火電企業燃料智能化管理系統的構建

王亞瓊　毛勇祥　張冬練　梁銀海　賈儒雅

摘 要：根據火電企業燃料管理的現狀，為解決火電企業燃料管理中存在的弊端，提高火電企業的核心競爭力，提高燃料管理水平，針對火電企業燃料計量、采樣、制樣、化驗、煤場及耗用等管理環節，改善相關工作環境、設備、設施及工器具，實現煤炭計量、采制化全過程自動化、信息化、無人值守和在線管控。

關鍵詞：火電企業 燃料管理 智能化 信息化 無人值守

中圖分類號：F764.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（a）-0025-03

近年來隨著電力體制改革的不斷深入，電力生產已經從計劃經濟逐步向市場經濟轉變，發電成本控制已經成為發電企業增強核心競爭力的關鍵因素。燃料作為火電企業的主要生產原料，占火電企業發電成本的70%以上，已成為火電企業最大的成本，燃料管理水平的高低不僅反映了火電企業管理水平的高低，更加影響著火電企業的經營效益。并且隨著我國煤炭市場化改革、信息化和工業化深度融合等科技進步的推進，火電企業的燃料管理工作出現了很多新情況、新問題，面臨著新形勢、新挑戰，同時也帶來了新機遇。

1 當前火電企業燃料管理現狀

當前國內火電企業燃料管理的技術裝備和管理手段與企業對燃料管理的需求存在不小差距。企業在燃料采購、調運、計量、采制樣、化驗、煤場管理等環節基本依靠人工完成，工作強度較大，智能化程度較低，燃料管理信息系統不能覆蓋燃料管理全過程，燃料管理工作效率低，并存在人為因素的風險隱患。

當前火電企業燃料管理工作典型現狀歸納如下。

（1）計量環節：①衡器基本具備稱重數據自動上傳功能，但大部分火電廠計量環節不具備車輛及礦別信息自動識別功能，需人工錄入車號等信息；②人工錄入車輛信息存在錯誤錄入等隱患。

（2）采樣環節：①部分火電廠仍是人工采樣；②相當一部分火電廠機械采樣裝置的參數、位置、環境不符合國標規定；③大部分火電廠的機械采樣裝置存在無法實現全斷面采樣、采樣盲區較大、無法自動識別來煤車輛及礦別信息、無法自動確定采樣方案并自動分配存樣裝置、無法實現煤樣的自動縮分、封裝等問題。

（3）制樣環節：①通過人工制樣方式制備全水分煤樣、存查煤樣和一般分析煤樣；②制樣環節環境惡劣、噪聲大、粉塵大；③勞動強度大、工作效率低。

（4）化驗環節：①部分火電廠入廠煤化驗室的房屋面積、環境、設施位置等不符合國家標準要求，管理不規范；②大部分火電廠不具備碳氫元素分析條件；③大部分火電廠煤質化驗儀器并未接入化驗網絡，化驗數據無法進行實時上傳，仍需人工錄入才能形成完整的化驗報告。

（5）煤場管理：①目前煤場接卸大多只能依靠人工，大部分火電廠無法實現來煤按照預計方案引導接卸；②煤場接卸驗收環節，驗收信息不能自動上傳；③對煤場中不同煤種的煤炭數量、質量、存煤位置及存煤時間等信息不能實現全面了解；④部分企業采用人工方式進行盤煤，工作效率和盤煤準確度較低。

（6）燃料管理系統：①部分火電企業沒有燃料管理信息系統，燃料信息傳遞、統計分析均由人工錄入，工作量大、效率低、且存在人為作弊等風險，各個環節的信息位于各自的客戶端上，不能實現信息共享；②部分企業的燃料管理信息系統由于開發較早，功能不夠完善，數據統計和分析功能不強，不能對管理決策提供詳細支持。

2 燃料智能化建設的重要作用

燃料智能化管理的根本任務在于：做好入廠煤的驗收，特別是要按照標準要求進行煤的采制化，確保進廠煤質符合供煤合同要求；做好煤場存煤及摻配監督，控制好入爐煤質，以保證鍋爐機組的安全經濟運行。

燃料智能化建設是一項系統工程，更是一項管理理念的變革。它有機整合自動化設備及網絡信息系統等技術手段，從根本上消除燃料管理環節的人為因素，實現煤炭計量、采制化全過程自動化、信息化、無人值守和在線管控，保證入廠、入爐、庫存煤炭的數量、質量、價格數據準確、真實，不僅節省人力、提高工作效率，更有效推動了燃料管理方式的轉變，成為火電企業提升管理、提升效益、科技強企的有效路徑，而且還可以減少腐敗問題發生。可以說誰能在燃料智能化管理建設上搶占先機，誰就能在規范管理、提升經營效益上贏得主動權。

燃料智能化管理針對火電企業燃料計量、采樣、制樣、化驗、煤場及耗用等管理環節，改善相關工作環境、設備、設施及工器具，使燃料管理符合管理及技術要求。通過燃料集中管控系統集中使用燃料管理數據、實時采集展現燃料信息、集中反饋設備異常情況。通過燃料管理信息系統，對燃料業務流程進行優化和軟件程序固化，實現燃料資源管理集約化，信息傳遞規范化、自動化，保證了管理數據的實時性、準確性，管理銜接更順暢。

3 燃料智能化建設各環節

火電企業燃料入廠驗收主要包括燃煤數量與質量的驗收，按照國家標準對相關作業環節的要求，通過對現有采樣機、計量器具等硬件設備改造和新增部分設備與程序（如采樣機隨機布點、紅外線擋車器、防計量遙控作弊等），對入廠煤入廠登記引導、過衡計量、機械采樣、集樣制樣、接卸指揮及煤場扣雜、車輛回空、出廠磅單等業務流程，實現計算機程序自動閉環控制和視頻全程監控。并能通過網絡信息、移動通信等手段將現場實時采集的數據自動上傳到燃料管理信息系統和相關管理者的通信工具中，及時發現和處理異常現象，減少人為干擾，提高工作效率，確保燃料驗收數據的準確性、安全性和透明性。

火電企業來煤主要分為火車煤、船運煤、汽車煤及部分皮帶輸煤，皮帶輸煤多為坑口電廠專用，占得比重較少，且與火車計量采樣極為相似，此處不做贅述。下面分別對火車煤、船運煤及汽車煤入廠驗收分別做介紹。

3.1 火車煤

（1）入廠環節：火車煤來煤前，值班人員根據“提煤單”進行大票錄入和車輛分批。火車煤入廠時通過車號識別裝置，系統自動識別火車車廂的車號、車型、自重、車種、車長等信息，根據車號自動與系統錄入的大票信息進行匹配。

（2）計量環節：火車煤通常采用兩種計量方法：一是軌道衡直接稱量法；二是采用檢尺丈量車廂容積，再根據裝滿車廂的煤量，換算成煤的密度（t/m3），從而計算煤量。由于后者存在誤差較大、計量方法較復雜、人為影響因素等缺陷，現今大中型火電企業普遍采用軌道衡驗收入廠煤量，而對檢尺計量驗收煤量已經較少采用。

軌道衡分為靜態軌道衡和動態軌道衡，顧名思義靜態軌道衡是車輛在軌道衡臺面上于處于靜止狀態下進行稱量；而動態軌道衡是車輛處于低速行駛狀態下進行稱量。為了縮短過衡時間，加快車輛的調度、周轉，多數企業采用動態軌道衡計量煤量。

車輛駛入動態軌道衡，獲取車廂總重，系統將車號及過衡信息通過接口程序傳入到燃料智能化管控系統中，從而實現計量環節無人值守。

（3）采用環節：火車煤采樣裝置分為火車煤流機械采樣裝置與皮帶煤流采樣裝置。

火車煤流機械采樣裝置又分為橋式和龍門式采樣裝置。該裝置是一種安裝在進煤鐵路線旁，從裝好煤的車廂中，按有關標準規定選點采取煤樣，并經過破碎縮分制成一定粒度要求煤樣的專用設備。在預先設定程序的控制下，實現自動運行。

皮帶煤流采樣裝置通常分為皮帶端部采樣裝置和皮帶中部采樣裝置。皮帶端部采樣裝置是指初級采樣機安裝在皮帶輸送機端部位置，從輸送機端部料流中采集子樣的方式。皮帶中部采樣裝置是指初級采樣機安裝在皮帶輸送機中部位置，從水平或傾斜運行中的輸送帶上采集子樣的方法。皮帶煤流采樣裝置對來煤進行全斷面采樣并根據批次信息自動分配集樣桶，余料輸入斗提機或螺旋輸送機等設備返回到主煤流中。

由于火車煤流機械采樣裝置存在采樣深度有限、采樣盲點多、易出現混煤、堵煤等現象，在現在企業中逐漸退出歷史的舞臺，大部分企業采用皮帶煤流采樣裝置進行火車煤采樣。

3.2 船運煤

（1）入廠環節：部分沿海電廠采用船舶運煤，船舶入廠前，電子倉單發送至廠內燃料部，燃料部錄入倉單信息（包含船名、供應商、航次、批單號、煤種、代碼、裝船重量、卸船重量）并生成來煤預報信息。船舶到港后生成紙質單據并遞送到至燃料部。

（2）計量環節：船運煤計量方法有水尺計量與電子皮帶秤計量。由于水尺計量存在人為觀測誤差大等缺陷，多數企業采用電子皮帶秤進行煤量計量。

在一些沿江沿海的火電企業，通過海輪將煤運至企業專用碼頭，卸煤后由輸煤皮帶將煤轉運進電廠。在輸煤皮帶上安裝電子皮帶秤，因其準確度可達到±2‰，準確度較高，在火電企業得到廣泛應用。

（3）采樣環節：企業采用皮帶煤流采樣裝置對船運煤進行采樣，當卸船機通過抓斗抓取一斗煤樣送入皮帶時，入廠皮帶動作，輸煤程控系統發送皮帶運行信號至管控中心識別系統，識別系統將采樣動作指令傳遞至皮帶機械采樣裝置控制系統開始采樣。當卸船機停止作業時，入廠皮帶不動作，識別系統通知采樣機停止運行。

3.3 汽車煤

（1）重車入廠環節：汽車煤對于所有車輛都必須進行“車輛信息卡”和“礦別卡”雙卡驗證，“車輛信息卡”和“礦別卡”由電廠編碼室人員統一印制發放。通過射頻技術獲取雙卡信息，自動進行車輛合法性判斷并根據礦點信息分配采樣方案。

（2）計量環節：應用RFID無線射頻技術，實現車輛電子標簽自動讀取，通過紅外線車輛定位系統對汽車停車位進行定位，徹底杜絕車輛不完全上衡和多臺車輛同時上衡的現象。系統實現了儀表聯機取數，自動記錄車輛毛重，實現了汽車煤計量過程自動計量、無人值守。

（3）采樣環節：汽車駛入采樣區域，系統通過掃描車輛信息卡獲取車輛基本信息，采樣機通過超聲波定位裝置確定停車方位，并且根據該車輛對應的煤樣信息自動形成采樣方案，自動選擇采樣點、自動選擇集樣桶，通過PLC控制原理控制采樣頭完成多點隨機全斷面采樣，并將采樣信息傳輸到管控中心系統數據庫。整個采樣過程做到無人值守，確保煤樣信息真正具有代表性，減少人為干預，提高采樣效率。

3.4 火車煤、船運煤及汽車煤共同進入的環節

全自動制樣環節：全自動制樣機分為在線制樣與離線制樣兩種方式。在線制樣流程如下：采樣機采集到的煤樣，在系統控制下進行初級破碎縮分后通過全封閉皮帶傳送到指定全自動制樣機，全自動制樣機根據煤樣信息進行相應的破碎、縮分、烘干等操作，自動制備出一個6 mm全水分煤樣、一個3 mm存查煤樣及一個0.2 mm存查煤樣、一個0.2 mm化驗樣，并完成自動封裝、芯片寫碼。自動制樣系統實現了對煤樣的自動稱重、自動破碎縮分、自動調節縮分比、自動封裝寫碼，真正達到了無人值守。采制樣一體化的布局與傳統的采制樣相比，減少了采樣送樣、制樣接樣、混樣環節，減少了制樣人員的工作量，實現了采制樣過程透明化、機械化、無人干預。

離線制樣流程如下：對于采樣機與全自動制樣機布置位置相對較遠無法實現在線制樣的電廠，采用離線制樣方式。離線制樣方式又分為汽車送樣與氣動傳輸兩種方式，下面分別做介紹。

（1）汽車送樣：在各個采樣間設計安裝次級煤樣收集單元，在全自動制樣機的離線煤樣上料裝置前端設計安裝分散次級樣品自動分選供料單元。次級煤樣集樣桶的運輸系統通過運輸車實現，運輸車與次級煤樣收集單元及分散次級樣品自動分選供料單元無縫對接。

次級煤樣收集單元主要實現采樣機來料時自動上桶接料、自動稱重、讀寫碼信息關聯、灌裝、自動封蓋等功能。次級煤樣桶經封蓋后，自動輸送到樣桶緩存位，等待運輸車進行對接。

運輸車為人工駕駛電動車，具備反復充電功能。運輸車應保證與次級煤樣收集單元、分散次級樣品自動分選供料單元接口對接，具備電動開關廂門、自動裝卸樣桶及車內樣桶固定等功能。

分散次級樣品自動分選供料單元實現多批次不同編碼樣桶自動讀碼分選、自動開蓋、自動將樣桶擺放到全自動制樣機的離線煤樣上料裝置，從而實現離線全自動制樣。

（2）氣動傳輸：氣動管道傳輸系統由中央控制機、全自動工作站、半自動工作站、動力風機單元、轉換器、旁通管及傳輸管道組成。通過傳輸管道將采樣機與全自動制樣機聯接在一起，通過動力風機的吸氣和吹氣，使管道內形成正負空氣壓力差，在中央控制系統的控制下，實現煤樣瓶從采樣機到全自動制樣機的氣動傳輸。從而實現離線全自動制樣。

（3）煤樣傳輸環節：全自動制樣機制備的煤樣通過氣動管道傳輸系統，實現了存樣間、全自動制樣間、常規制樣間和化驗室各設備的聯接，在中央控制系統的控制下，實現煤樣瓶在各點的往返運動。從而實現煤樣在多點的全自動存樣、取樣和棄樣，做到全程自動化，全封閉，無人為參與。

（4）智能存查樣環節：存查煤樣主要是進行化驗室質量管理，原始化驗結果有疑問或丟失時進行再檢驗或發生品質糾紛或疑問時進行再檢驗。智能存查樣柜主要用于存查樣的存儲及部分化驗樣的暫存。智能存查樣柜與氣動傳輸系統無縫對接，實現煤樣從全自動制樣機到智能存查樣柜、從智能存查樣柜到化驗室的氣動傳輸，通過智能存查樣柜管理煤樣的存樣、取樣及棄樣操作，實時顯示存查煤樣的位置，實時監督查詢存查煤樣的狀態，并將存查煤樣管理與門禁系統結合，確保存煤、取煤動作可控、在控。智能存查樣柜通過網絡與管控系統進行連接，通過存查樣管理系統進行統一管理，系統實時顯示煤樣的位置、制樣存樣時間、煤樣類型、封裝碼及存取人員信息。

（5）化驗室網絡管理環節：燃料化驗管理是入廠質量驗收的末端環節，化驗結果與燃煤的經濟指標及發電企業效益息息相關，傳統化驗作業采用人工操作、分散式管理，化驗結果容易因人為因素導致偏差和錯漏。為了解決傳統化驗作業的缺陷，提高化驗工作的信息化和智能化程度，采用化驗室網絡管理系統，建立一體化標準實驗室，確保化驗數據在化驗室不落地的直接存儲到智能管控平臺的化驗室信息系統。化驗室網絡管理主要由智能化管控平臺、化驗管控終端、化驗儀器組成，化驗管控終端完成與化驗設備的接口，對化驗設備進行控制，接收設備提交的化驗數據，通過運算，得出化驗結果。智能化管控平臺與化驗管控終端形成接口，交互化驗信息。數據采集完成后，同一煤樣的所有指標即實時生成化驗單，相關管理人員可查詢已提交到服務器的所有化驗單信息，并對數據進行審核。

（6）智能化管控中心：以智能化管控平臺為中心，通過子系統網絡化，信息技術、控制技術相結合。與衡器建立數據接口，實現計量數據自動計算；與采樣機控制系統建立數據接口，實現自動生成采樣方案；與全自動制樣機接口，自動生成編碼信息；與化驗設備接口，自動接收化驗數據；與視頻門禁系統接口，自動獲取所需視頻監控數據，實現對各設備運行情況的實時監控，并在設備發生異常時可以通過報警信息迅速做出響應。系統具備與自動識別系統的接口，可以動態顯示車輛入廠后各個環節中數量及車號信息，方便監控人員進行車輛的調度。以燃料管理智能化、燃料信息實時化、燃料數據全面化、燃料異常管理主動化為目標，以必要的硬件設備為支撐，以數據采集技術、接口技術、圖形化技術、網絡技術為基礎，以組態、流程方式直觀展示燃料管理環節，逐漸形成燃料管理智能化、信息集成化、業務主動反饋模式。基于燃料管理網絡集中、設備接口完備、多系統協調同步，實現燃料管理提升。

4 燃料智能化建設給火電企業帶來的機遇

通過燃料智能化建設：以機械化作業、自動化控制、信息化管理的手段來升級改造傳統燃料管理模式，促進火電企業燃料管理實現質的轉變。

（1）實現管理方式的轉變，使燃料管理由人工操作轉變為機械自動化、網絡信息化，節約人力資源、實現無人值守，提高工作效率，增強煤樣代表性及化驗準確性。

（2）實現管控對象的轉變，使燃料管理由對采制化人員的管理轉變為對設備的維護管理，實現了管理工作程序化、規范化。

（3）實現工作質量的轉變，使燃料管理由粗放式管理轉變為精細化管理，通過管控系統實時采集各環節設備數據、加工處理并編織成各種信息表格，及時提供給管理人員預測數據及管理依據，達到優化進煤、準確計量、真實化驗、優化摻配等輔助決策效果。

近年來隨著電力體制改革的不斷深入，發電成本控制已經成為發電企業增強核心競爭力的關鍵因素。對燃料成本的控制已成為火電企業提高自身競爭力的主要途徑，然而燃料智能化建設是針對火電企業燃料管理量身打造的控制系統，燃料智能化的建設必將給火電企業帶來新的革命。

參考文獻

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