火電廠儲煤筒倉綜合安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計概述

1、半井*坪畢業(yè)設計（論文）題 目火電廠儲煤筒倉綜合安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計機械工程系專業(yè)班級學生姓名指導教師二O六年六月火電廠儲煤筒倉綜合安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計摘要在火力發(fā)電廠、煤炭轉運站等一些地方，煤炭存儲已經成為其燃料管理控制的一個重 要環(huán)節(jié)。然而由于沒有安裝安全監(jiān)測系統(tǒng)的筒倉內的環(huán)境狀況無法知道，經常發(fā)生毒氣如 CO等，可燃氣體如CH4等含量過多，致使國內的儲煤筒倉因為種種原因發(fā)生多次著火， 甚至有筒倉發(fā)生爆炸的情況，而且筒倉一旦著火，很難將其在短時間內撲滅，并會造成人 員傷亡和財產損失，所以筒倉安全保護裝置的重要性也就越來越突出。鑒于此本文研究設 計了一種儲煤筒倉安全監(jiān)測與控制系統(tǒng)，并在此基礎

2、上介紹和設計了筒倉安全監(jiān)測的相關 參數(shù)的測量，希望可以有效地改變儲煤筒倉使用管理中存在的一些問題。 b5E2RGbCAP文中主要設計了一種基于 MSP430單片機的儲煤筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)，選擇筒倉內部及筒倉壁的溫度監(jiān)測時的溫度傳感器型號，以及設計其安裝位置、保護措施，并對筒倉中的 可燃氣體濃度、 CO 濃度、煙霧等參數(shù)進行監(jiān)測，最后實物模擬了筒倉壁測溫的過程，實 時顯示測量的溫度并且擁有報警裝置。論文最后給出了總結以及未來工作方向的展望。 p1EanqFDPw關鍵詞：MSP430單片機；傳感器；儲煤筒倉；安全監(jiān)測HARDWARE DESIGN FOR SAFETY MONITORING SYST

3、EM FOR COAL-FIRED POWER PLANT COAL STORAGE SILO DXDiTa9E3dAbstractIn thermal power plants, transfer stations and other places of coal, coal storage has become an important part of its fuel management control. However, due to environmental health safety monitoring system is not installed inside the s

4、ilo can not know, as often happens too much gas such as CO, CH4 and other combustible gases such as content, resulting in domestic coal storage silo fire occurred many times for various reasons, even silo explosion happened, and silos once ignited, it is difficult to extinguish in a short time, and

5、will cause casualties and property losses, so the importance of the silo safety devices is more and more prominent. In view of this paper studies the design of a coal storage silo safety monitoring and control system, and describes the design and measurement of silo safety monitoring of relevant par

6、ameters on the basis of hope that can effectively change the use of coal storage silo management in some of the problems.RTCrpUDGiTThis paper mainly designed Coal Silo Safety Monitoring System Based on MSP430 choose internal silos and silo wall temperature monitoring when a temperature sensor models

7、, as well as its design mounting position, protective measures, and silos combustible gas concentration, CO concentration, the concentration of dust, smoke and other parameters for selection of design monitoring and control device, and finally the silo wall temperature simulate physical processes, r

8、eal-time display of temperature measurements and has an alarm system. Finally, a summary and future work directions.5PCzVD7HxAKeywords: MSP430 Microcontroller; Sensor; Coal Storage Silo; Safety MonitoringjLBHrnAILg目錄摘要.AbstractII1緒論1.1.1國內外研究基本現(xiàn)狀 1.1.2設計目的及意義2.1.3本文主要設計內容 2.2筒倉儲煤溫度的安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 3.2.1筒倉儲

9、煤溫度監(jiān)控原因 3.2.2筒倉周壁溫度監(jiān)控詳細設計4.2.2筒倉內部溫度監(jiān)控的詳細設計 5.2.3筒倉壁周壁測溫防砸結構設計 .8.3筒倉氣體、料位高度安全監(jiān)控系統(tǒng)設計 103.1可燃氣體的監(jiān)測 103.2煙霧濃度監(jiān)測1.13.3料位高度監(jiān)測1.1雷達料位監(jiān)測 1.1高料位監(jiān)測114實物設計與結果分析134.1 MSP430單片機的特點及應用134.2溫度傳感器信號的采集1.54.3采集信號的處理164.4軟件程序的設計1.94.5結果分析20總結與展望21參考文獻22致謝24.附錄A25.1 緒論在火力發(fā)電廠、焦化廠、鋼鐵廠、港口、煤炭轉運站等場所，為了保證日常生產的正 常運行，都需要儲存大

10、量的煤炭。然而以前這些場所的煤炭都堆放在露天煤場上，這種儲 存方式往往會造成環(huán)境污染、煤炭損失、煤質下降、占地面積大、以及含水量增加、煤炭 凍結等現(xiàn)象，影響工廠日常正常生產。而且隨著我國城市規(guī)模的不斷擴展，城市用電量和 相關產品類需求的增加，導致以前一些位于郊區(qū)的用煤工廠和企業(yè)相對于以前更近于城 市，有的甚至位于城市腹地，故原有的露天儲煤場也已成為市區(qū)環(huán)境的主要污染源1 。所以，為了保證生產正常、保護環(huán)境等，必須采取新型的儲煤方式。而采用筒倉儲煤后可以 做到最大程度的環(huán)保和節(jié)能效果，同時作業(yè)生產效率也得到大大提高。 xHAQX74J0X1.1 國內外研究基本現(xiàn)狀在我國國內傳統(tǒng)的煤炭儲存管理過程

11、中，煤炭一般都是露天堆放的，但是這很容易造 成大風揚塵和堆料取料過程中的二次揚塵污染， 和暴雨條件下煤炭流失、 煤炭水分不穩(wěn)定、 污染環(huán)境、煤質下降、占地面積大以及凍結等問題2，我國南方雨水較多的地方的電廠采用隨后出現(xiàn)的半開放式煤場儲煤，而采用封閉式儲煤工藝堆存煤炭，作業(yè)效率較高，環(huán)境 污染少，系統(tǒng)調度靈活，在煤廠、煤炭裝卸港口、大型燃煤電廠等領域也得到認可并已推 廣應用。目前，國內常見的封閉式儲煤場主要有圓形煤場、封閉式條形煤場、矩形封閉煤 場、圓筒倉并列群倉等。并且隨著社會對工廠和企業(yè)燃料管理水平和環(huán)保要求的不斷提高 提高，圓筒倉或圓筒倉并列群倉以及大型全封閉圓形煤場等新興儲煤技術逐漸被廣

12、泛使用 到火電廠等一些污染度較高的工廠3。LDAYtRyKfE目前，國內各地的煤化工、火力發(fā)電廠等企業(yè)應用筒倉儲煤的情況較多。而且國內大 多數(shù)電廠均用筒倉代替了原來的露天堆放的儲煤方法。但是，使用筒倉儲煤也會產生新的 危險因素，有資料顯示，筒倉的安全問題并沒有引起足夠的重視，很多筒倉只設置了簡單 的防爆措施，用以排放筒倉爆炸時所產生的沖擊， 以減少事故損失 4。然而國內筒倉儲煤 已多次發(fā)生著火，甚至有筒倉發(fā)生爆炸的情況，造成人員傷亡和財產損失，通常沒有安裝 安全監(jiān)測系統(tǒng)的筒倉內的環(huán)境狀況無法知道，而且經常發(fā)生由于毒氣含量過多，造成筒倉 爆炸和人員傷亡的情況 5,6。所以筒倉保護裝置的重要性也就

13、越來越突出。 Zzz6ZB2Ltk 國內煤場監(jiān)測監(jiān)控主要有 2 種方式：一、傳統(tǒng)的有線傳輸方式，即監(jiān)測系統(tǒng)各個部分 的信號采集、通信、控制均通過線纜完成，然而煤場現(xiàn)場環(huán)境復雜并且煤場距離總控制室 較遠，故有線傳輸方式安裝布線復雜，工作量大，耗時長，成本高；二、多點插入傳感器 方式，即隨時根據(jù)煤場環(huán)境的變化進行接觸式手動檢測方式， 然而由于煤升溫時放出的 CO 對人體有害，且煤場的煤需要經常使用和填補，每次的改變就需要重復安插溫度傳感器， 而這種檢測方式容易對運行操作人員安全和健康容易造成威脅并且耗費大量時間和財力 7。以上兩種監(jiān)測方法都不能非常滿足國內筒倉現(xiàn)有的安全監(jiān)測要求，因此，本文在此基

14、礎上設計了新型的筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)，能全面監(jiān)測煤炭溫度、有毒有害和可燃氣體、筒倉dvzfvkwMI1料位等相關信息，能及時向中央控制室操作人員提供報警信號和筒倉相關信息1.2 設計目的及意義一般來說，煤炭長期存放筒倉將會使煤的溫度升高。而且因為儲煤的導熱系數(shù)相對而 言較小，熱量向四周擴散速度較慢，所以隨著時間的積累，熱量聚集在筒倉煤堆內使煤堆 內部溫度不斷升高，當溫度達到煤的燃點時，煤就發(fā)生自燃，而且隨著溫度的升高，煤的 氧化速度也在不斷的加快。與此同時，生成的熱量、一氧化碳 CO煙霧也在迅速增加， 當溫度、可燃氣體濃度等物質達到一定的數(shù)值后，極易發(fā)生自燃，甚至火災、爆炸等重大 事故。而筒倉一旦

15、發(fā)生火災，很難撲滅，爆炸也很容易造成人員傷亡和財產損失，所以， 加強預防是關鍵 9 。因此為了防止事故的發(fā)生，非常有必要對筒倉中的儲煤溫度、可燃氣 體濃度、CO濃度、粉塵濃度、煙霧等參數(shù)進行監(jiān)測和自動控制，并針對出現(xiàn)的異常情況采 取正確及時的應對方案和補救措施，以保證筒倉的安全運行。本文主要是為了 研究開發(fā)儲 煤筒倉安全監(jiān)測與控制系統(tǒng)，希望可以有效地改變目前儲煤筒倉使用管理中存在的問題， 減少事故的發(fā)生。 rqyn14ZNXI1.3 本文主要設計內容本次設計任務主要是完成對筒倉安全監(jiān)測的硬件平臺方案設計，即對筒倉中的儲煤溫 度、可燃氣體濃度、 CO 濃度、煙霧等參數(shù)進行監(jiān)測，并完成了對筒倉儲煤

16、溫度、料位高 度以及氣體監(jiān)測的詳細設計，包括儲煤筒倉周壁測溫裝置防砸的結構設計，以及設計完成 對筒倉煤內部溫度各個斷面的測量方案。以上各個監(jiān)測系統(tǒng)之間既相互獨立又互相聯(lián)系， 然后通過控制系統(tǒng)將他們無縫連接到一起，實現(xiàn)對筒倉內的溫度、氣體、料位高度、煙霧 等的實時監(jiān)測，為筒倉煤炭的儲存和安全生產運行提供了保障。最后還利用 MSP430 單片 機和溫度傳感器實物模擬了筒倉壁溫度監(jiān)測系統(tǒng)。EmxvxOtOco2 筒倉儲煤溫度的安全監(jiān)控系統(tǒng)設計2.1 筒倉儲煤溫度監(jiān)控原因本次設計是基于一個筒倉直徑為 40m,高約43m,儲煤量約為3萬噸，能夠防雨雪、 防流失、防自燃，可有效保證煤炭成分和濕度穩(wěn)定的儲煤

17、筒倉的安全監(jiān)測系統(tǒng)設計，并對 筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)中最能反應其內部情況的幾種重要的監(jiān)測參數(shù)進行設計并正確安裝其 傳感器元件,且該種筒倉采用了雙環(huán)縫進的出料系統(tǒng)也是國內外同型號筒倉中的領先水 平。使其在筒倉安全運行過程中：進出料均勻、流暢、連續(xù)并且不堵煤,不起拱,儲煤對 筒倉壁沒有不均勻的壓力等特性，保證了筒倉可以安全運行的基礎10。SixE2yXPq5筒倉內是否會發(fā)生自燃與爆炸取決于筒倉內儲煤溫度及其空間溫度的高低,因此筒倉 溫度監(jiān)測是筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)中的重要組成部分。從煤的自燃原理可以知道,煤的自燃需 要有氧氣的存在。而在整個相對密封的筒倉里除了煤自然堆積的上表面接觸氧氣較多之 外,自然堆積煤的

18、過程中粒度相對較大的煤往往會向四周滑落,導致靠近筒倉壁的儲煤由 于間隙相對較大,與氧氣接觸的可能性也大大提高,故屬與易燃區(qū)域。另外,在煤靠近筒 倉錐部出料口的地方,由于煤與錐壁之間相互碰撞摩擦比較多并且也處于氧氣含量充足的 環(huán)境,因此在筒倉錐部也屬于易燃區(qū)域 11。所以,對筒倉溫度的監(jiān)測首先要對筒倉壁的溫 度進行監(jiān)測。 6ewMyirQFL由于儲煤粒度的差異,當煤落向筒倉時會發(fā)生離析,顆粒大的回流向落料點的外側, 而顆粒小的如粉末等則會集中于落料點中心。這樣就形成了筒倉外側物料密度小,而中心 處物料密度大的情況。并且在煤的存儲過程中不可避免地發(fā)生氧化反應而使煤發(fā)熱,且由 于筒倉壁處的物料密度小

19、, 熱量相對易于散發(fā), 而中心部位的物料密度大, 熱量不易散出, 使得筒倉中心部位物料溫度普遍高于筒倉壁處物料溫度12。因此對筒倉內儲煤溫度的監(jiān)測不僅要監(jiān)測筒倉壁處的溫度,更要監(jiān)測筒倉中心處的溫度,這樣才能全面地了解筒倉內儲 煤的溫度。而且筒倉中心和筒倉壁的溫度變化值會隨著煤炭種類、儲煤顆粒度大小以及儲 存的時間長短等因素的變化而變化,沒有相對固定的關系值。所以,對筒倉溫度的監(jiān)測也 要對筒倉中心內部的溫度進行監(jiān)測。綜上所述,故此對筒倉儲煤溫度的監(jiān)測分為筒倉周壁 測溫和筒倉內部測溫。 kavU42VRUs煤堆在2060 °C時與空氣接觸，會被氧化生成不穩(wěn)定的氧化物，此時煤的氧化過程 平

20、穩(wěn)而緩慢，氧化放熱量很少，有微量的CO釋放出。如果儲煤溫度繼續(xù)上升，假設從60C 上升至80 C,煤的氧化速度會加快，煤中不穩(wěn)定的氧化物就會開始分解成水，且釋放出 等 CH4、 CO 等氣體，并且伴隨著氧化釋放出大量的熱量。氧化產生的熱量也會使煤溫繼 續(xù)升高，達到臨界點 （約 80C ），此階段耗氧量明顯增加，產生的 CO 也隨溫度上升而逐漸 增加。當煤溫超過臨界溫度80 C后，煤的氧化反應速率加快，并且隨著煤溫的不斷升高， 就會開始出現(xiàn)煤的干餾， 生成可燃氣體如氫和 CO 等 13。當環(huán)境條件能繼續(xù)維持煤氧化自 熱進行時，則會使煤溫上升到煤的著火點而導致自燃，甚至發(fā)生爆炸。因此，報警值選擇 70C作為臨界點，可以滿足及時發(fā)現(xiàn)警報以及安全處理自然問題的時間差，有效防止煤的 進一步自燃，防止發(fā)生更大的安全事故。y6v3ALoS89對于溫度的監(jiān)測，必然會使用到溫度傳感器。然而隨著社會的不斷發(fā)展，各種技術不 斷精進，溫度傳感器也朝著高精度、高可靠性、多功能和總線標準化以及超高的安全性方 面發(fā)展。目前市面上主要有單點和多點兩種測溫儀器。對于單點測溫，主要采用傳統(tǒng)的模 擬集成溫度傳感器，其中又以熱電偶、熱電阻等傳感器的測量精度最高，并且測量范圍大， 應用廣泛；對于多點溫度測量，相對于單點測溫測量精度有一定的差距，雖然實現(xiàn)了多路 溫度的測控，但價格卻昂貴。綜上，在本課題中，以PT100熱電