输煤皮带红外热成像监测系统设计及应用

郑大兴，陈寿辉

(广东粤电集团有限公司珠海发电厂，广东 珠海 519050)

输煤皮带红外热成像监测系统设计及应用

郑大兴，陈寿辉

(广东粤电集团有限公司珠海发电厂，广东 珠海 519050)

因珠海发电厂贮煤场的来煤煤种较多，有许多高挥发分的煤容易自燃，易造成运输皮带损坏。根据现场实际勘察，利用红外热成像技术来监测输煤皮带。这一设计有利于实时监测，能及时发现皮带发热燃烧、撕裂等隐患，确保输煤皮带及皮带沿线辅助设备的安全。

红外成像；监测；皮带喷淋；消防报警

0 引言

珠海发电厂输煤系统负责珠海、金湾2厂的燃煤供应，其贮煤场为露天布置，分A，B，C，D 4个区。2套堆取料机分别通过C4A，C4B皮带将煤场存煤输送到锅炉原煤仓，沿输煤皮带及转运塔设有视频监控系统。根据GB 50229—2006《火力发电厂及变电站设计防火规范》中“燃用褐煤或易自燃的高挥发分煤种时，从贮煤设施取煤的第1条胶带机上应设置明火煤监测装置”，需在煤场皮带C4A，C4B处各加装1套红外热成像监测装置。

1 输煤皮带红外热成像监测系统简介

该电厂输煤皮带红外热成像防火报警监控系统，采用先进的红外焦平面红外成像技术，无须扫描就可以对整个平面成像，每秒可向后台分析软件传送高达30帧、420×315像素甚至更高的红外温度图像，对输煤皮带上传送的煤炭进行全天候的温度监测和防火报警。

2 红外热成像原理

红外线是一种电磁波，具有与无线电波及可见光一样的特性。在自然界，红外线辐射普遍存在，温度在绝对零度以上的物体都会因自身的分子运动不停地向周围空间发出红外辐射能量，分子运动愈剧烈，辐射的能量越大，反之则越小。由于物体红外辐射能量的大小及辐射波长的分布与物体表面温度密切相关，因此通过热成像技术测量物体自身辐射的红外能量，可以准确地测定物体的表面温度。

通过分析、处理热像探头采集到的红外信息，能够及时发现煤场中潜伏的火灾源头或事故隐患，并能准确定位他们的位置，生成可视化图像，还能对火灾隐患严重程度做出定量判定。

与传统方案相比，采用红外热成像监测设备具有以下几点优势：

(1) 在初期萌芽状态检测火灾；

(2) 快速准确定位煤炭的“热斑”位置，找到自燃点；

(3) 能实现自动检测、自动报警、智能分析；

(4) 全天候、全时段监控火情隐患；

(5) 实时生成可视化图像；

(6) 图像420×315像素，帧频30帧/s；

(7) 对火情严重程度做出定量判定；

(8) 能透过烟雾发现问题；

(9) 可以现场及远程报警。

3 红外热成像监控系统组成及特点

3.1 系统组成

系统网络拓扑结构如图1所示。系统主要由以下3部分组成。

(1) 红外热成像摄像机。珠海发电厂煤场分A，B，C，D 4个区域，因为C4A皮带属于A，B煤场上煤的第1条皮带，C4B皮带属于C，D煤场上煤的第1条皮带，所以系统配有2台红外热成像摄像机，分别安装在C4A和C4B输煤带前端，用于监测输煤皮带上煤的实时温度变化。

(2) 监控配电箱。监控配电箱与红外热成像摄像机配套使用，主要用于光纤收发器、电源适配器、电源空开等设备的统一管理。

(3) 监控机柜。监控机柜安装在煤控楼的监控室内，柜内设有服务器、硬盘录像机、网络交换机、光纤收发器、电源空开、适配器等设备，通过显示器能实时监控现场输煤皮带的温度变化情况。

图1 系统网络拓扑结构

3.2 实现的监控要求

C4A皮带单程长度779 m，C4B皮带单程长度732 m，1，2号堆取料机分别位于C4A和C4B皮带上方。机组上煤时，通过堆取料机将煤场上的堆煤放置在C4A和C4B皮带上，C4A皮带将煤输送至C6A和C6B皮带，C4B皮带将煤输送至C5A和C5B皮带。在C4A和C4B皮带前端安装红外热成像摄像机，其监测点位于皮带刮水器处，该处位于皮带头部与堆取料机行走前限位之间，是机组上煤必经之处，可以对运行皮带上的煤温度进行实时监控。摄像头所监测到的数据和画面通过光纤上传到煤控楼的监控机柜，由后台管理系统进行数据接收和处理，完成整体的监控要求。C4A皮带红外成像现场安装如图2所示。

为实现与皮带头部喷淋控制系统的报警联动，将C4A和C4B处的热成像摄像头的报警信号通过RS485通信线接到TT5转运塔(位于C4A头部)水抑尘通信箱内。当摄像头监测到输煤皮带上的煤温度高于预先设定值时，可将报警信号上传到后台管理中心及消防管理系统，实现C4A和C4B头部水喷淋动作喷水与消防控制系统的报警功能。

3.3 电气接线原理

系统电气接线的原理如图3所示。由原理图可知，该接线方式能实现以下几个功能。

图2 C4A皮带红外成像现场安装

(1) 可将TT5转运塔PLC的(programmable logic controller，可编程逻辑控制器)信号传输到输煤中央控制室，当温度超过报警值时，报警提示值班人员。

(2) 配电箱及红外成像摄像机位于皮带旁，检测皮带上煤流的温度。

(3) 主机柜位于输煤中央控制室，可实时监控皮带上煤流的温度变化。

(4) 温度超过报警值时启动皮带头部水喷淋装置，对皮带上的煤进行喷洒降温灭火。

(5) 消防控制箱控制每条皮带头部所对应的消防系统，在煤温度超过报警值时启动消防报警。由于该项功能会涉及消防联动整个转运塔喷水，而第4项功能已能实现消防喷水，故现在电气线路已进入消防控制箱，但没有接入报警点。

3.4 皮带头部水喷淋逻辑

皮带头部水喷淋电磁阀开启条件增加了C4A头部红外成像报警信号，逻辑如图4所示。对该程序说明如下。

(1) 皮带运行时，选择好皮带线路后，远程启动C6A，C4A皮带。当皮带上有煤时，触发C6A尾部喷淋，C4A头部喷淋即时启动喷水。

(2) 若C4A皮带上的煤温度高，则在高温煤经过红外成像摄像头监测区域时，触发红外成像报警信号，触发C4A皮带头部喷淋。红外报警信号复位后，C4A皮带头部喷淋会延续30 s。由于红外成像检测点在喷淋处之前90 m，根据皮带速度3.15 m/s，可算好预喷淋时间，保证报警点前后的煤充分被喷淋到。如果红外报警一直有，喷淋会一直持续，当上煤煤种粉尘大时也可以选择手动喷淋。

图3 电器接线的原理

图4 C4A皮带头部水喷淋逻辑

C4B皮带红外成像系统及头部喷淋原理与C4A相同。

4 运行效果

珠海发电厂煤场储存煤种有神华煤与印尼煤。由于印尼煤含硫量大、挥发分高，在上印尼煤时，红外成像摄像头检测到印尼煤表面温度普遍偏高(白天90 ℃)，最高时为204 ℃(煤自燃的温度)，且温度变化很大。经过多次观察，会同生产技术部及运行负责人员同意，将温度预警值设定为125 ℃。当监测温度超过125 ℃时，电脑人机界面立即有报警显示，并启动联锁喷淋。

本套红外热成像监测系统能够有效监测皮带上煤时煤的实时温度，并有效防止皮带上煤时煤发生自燃，保护了输煤皮带及皮带沿线辅助设备的安全。

1 中国电力企业联合会.GB 50229—2006火力发电厂及变电站设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

2 邱东晓，陈永根，刘 伟，等.影响带电设备红外检测及诊断的因素[J].电力安全技术，2011，13(9)：62-63.

3 车 凯.在线监测红外热成像系统的关键技术研究[D].成都：成都电子科技大学，2016.

2016-12-28；

2017-03-08。

郑大兴(1979—)，男，助理工程师，主要从事燃料电气维修技术工作，email：56330455@qq.com。

陈寿辉(1974—)，男，工程师，主要从事燃料运行、维修技术管理工作。