火電廠數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)優(yōu)化研究

侍云貴

（中電國(guó)際蕪湖發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 蕪湖　241009）

火電廠數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)優(yōu)化研究

侍云貴

（中電國(guó)際蕪湖發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 蕪湖241009）

通過對(duì)數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀的分析，對(duì)該系統(tǒng)的優(yōu)化進(jìn)行了探討，闡述了該系統(tǒng)優(yōu)化后的典型功能，并針對(duì)當(dāng)前該系統(tǒng)在露天條形煤場(chǎng)情況下如何形成真實(shí)且實(shí)時(shí)更新的可視化煤場(chǎng)三維圖形問題，以及激光掃描儀安裝和維護(hù)及夜間掃描操作環(huán)境照度低的問題提出了解決方案，以提高數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)的實(shí)用性和智能化。

火電廠；條形煤場(chǎng)；數(shù)字化；煤場(chǎng)管理系統(tǒng)

0　引言

燃料成本占現(xiàn)代火電企業(yè)生產(chǎn)成本的80 %以上，因此，在火電企業(yè)生產(chǎn)管理的各環(huán)節(jié)中，燃料管理舉足輕重，它是衡量火電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理水平的重要方面。燃料管理不僅僅是為了降低生產(chǎn)成本，其最終目的是使鍋爐能穩(wěn)定燃燒，為實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供燃料保障。在燃煤管理的燃料采購(gòu)、檢質(zhì)計(jì)量及驗(yàn)收、以數(shù)字化煤場(chǎng)為核心的廠內(nèi)卸/儲(chǔ)/運(yùn)全過程管理中，燃煤入爐生產(chǎn)流程作為火電企業(yè)燃煤管理的終端部分，直接涉及入爐煤質(zhì)與鍋爐燃燒穩(wěn)定。對(duì)于實(shí)際采購(gòu)燃煤煤種煤質(zhì)與設(shè)計(jì)值差異化較大的多數(shù)非坑口燃煤電廠，如何使入爐燃煤煤質(zhì)最大限度趨于鍋爐燃煤設(shè)計(jì)值，避免因入爐煤質(zhì)差異導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)、不穩(wěn)定甚至停機(jī)情況發(fā)生，已成為企業(yè)內(nèi)部燃料管理的核心問題。近年來，這類電廠的通常做法是充分利用煤場(chǎng)分區(qū)存儲(chǔ)的各種煤種，按預(yù)先設(shè)定的取料比例，在輸煤膠帶流程中進(jìn)行摻配，使摻混后的入爐煤煤質(zhì)盡量接近鍋爐燃煤設(shè)計(jì)值。因此，如何使這項(xiàng)工作精細(xì)化、規(guī)范化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化，是數(shù)字化煤場(chǎng)的核心使命所在，也是數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)不斷完善和發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1　數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)多家燃煤電廠露天條形煤場(chǎng)數(shù)字化管理系統(tǒng)的調(diào)研，目前數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)還處于初級(jí)階段，亟待在生產(chǎn)實(shí)用性方面進(jìn)行深度開發(fā)。數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀分析如下。

（1） 多家燃煤電廠數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)中的核心圖形——煤場(chǎng)三維圖形都是基于煤場(chǎng)縱向（長(zhǎng)度方向）地址的模擬圖形，而非煤場(chǎng)實(shí)際堆形，不能反映煤場(chǎng)存煤真實(shí)全貌。某火電廠煤場(chǎng)三維模擬圖形如圖1所示。

圖1　某火電廠煤場(chǎng)三維模擬圖形

（2） 煤場(chǎng)三維模擬圖形的建模數(shù)據(jù)來源于煤場(chǎng)皮帶電子秤裝置、斗輪機(jī)定位裝置和安裝在斗輪機(jī)上的激光盤煤系統(tǒng)。

（3） 由于煤場(chǎng)三維圖形為模擬圖形，因此不能精準(zhǔn)標(biāo)注和顯示煤場(chǎng)各種存煤的位置和煤質(zhì)數(shù)據(jù)，進(jìn)而無法實(shí)施對(duì)煤場(chǎng)存煤的相關(guān)內(nèi)容精細(xì)化管理。

（4） 由于安裝在斗輪機(jī)上的激光盤煤系統(tǒng)對(duì)煤場(chǎng)存煤盤測(cè)1次耗時(shí)長(zhǎng)，會(huì)影響日常煤場(chǎng)運(yùn)行生產(chǎn)，所以不能每天實(shí)施，這就導(dǎo)致煤場(chǎng)三維模擬圖形的更新是定期性的，而不是實(shí)時(shí)跟蹤煤場(chǎng)堆形變化而更新的。此外，皮帶電子秤裝置和斗輪機(jī)定位裝置對(duì)工作環(huán)境要求較高，存在一定故障率，維護(hù)工作量也較大。

（5） 目前數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)的目標(biāo)和內(nèi)容局限于煤場(chǎng)燃煤本身的周期性信息化管理和對(duì)煤場(chǎng)燃煤數(shù)據(jù)的定期監(jiān)測(cè)，采集的數(shù)據(jù)僅用于煤場(chǎng)存煤的報(bào)表化管理，未能開發(fā)出以入爐配煤摻燒管理為直接服務(wù)目標(biāo)的終端核心內(nèi)容。數(shù)字化煤場(chǎng)管理屬于煤場(chǎng)燃煤的靜態(tài)管理。

綜上所述，對(duì)于露天條形煤場(chǎng)，目前國(guó)內(nèi)燃煤電廠數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)都未實(shí)現(xiàn)對(duì)煤場(chǎng)存煤各項(xiàng)數(shù)據(jù)、圖表（三維真實(shí)圖形和煤炭報(bào)表系統(tǒng)）2方面的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、便捷高頻監(jiān)測(cè)，也就無從直接指導(dǎo)、分析、跟蹤調(diào)整入爐煤進(jìn)行運(yùn)行生產(chǎn)，使得數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)的功能僅限于煤場(chǎng)存煤的定期靜態(tài)報(bào)表管理，降低了數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)的智能化和實(shí)用性。

2　數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)深度設(shè)計(jì)

2.1目標(biāo)和方向

（1） 數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)的煤場(chǎng)三維圖形必須是與實(shí)際完全吻合的真實(shí)圖形；煤場(chǎng)三維圖形必須實(shí)時(shí)跟蹤煤場(chǎng)每發(fā)生一次堆/取煤后的堆形變化而更新；煤場(chǎng)三維圖形應(yīng)標(biāo)注煤種、煤量（或體積）、煤質(zhì)、溫度等參數(shù)，并形成煤場(chǎng)存煤情況明細(xì)附表。

（2） 利用實(shí)時(shí)更新的煤場(chǎng)真實(shí)三維圖形和附注報(bào)表，結(jié)合機(jī)組負(fù)荷情況、鍋爐燃燒特性和主要污染物排放要求，確定最佳入爐煤種煤質(zhì)方案和運(yùn)行方式，直接參與指導(dǎo)輸煤運(yùn)行生產(chǎn)。

（3） 根據(jù)鍋爐燃燒效果和主要污染物排放情況，通過煤場(chǎng)真實(shí)三維圖形及附表的歷史數(shù)據(jù)變化和趨勢(shì)，跟蹤分析并探索出適宜于機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和主要污染物較低排放的各煤種煤質(zhì)直接入爐和摻配入爐的生產(chǎn)規(guī)律，實(shí)施燃煤的對(duì)標(biāo)管理。

（4） 對(duì)因煤質(zhì)影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的安全事件，可以通過煤場(chǎng)三維圖形及附表的歷史圖形和數(shù)據(jù)，精確地對(duì)輸煤運(yùn)行對(duì)應(yīng)的歷史配煤煤種、數(shù)量、配比等重要數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)分析，還原輸煤運(yùn)行生產(chǎn)歷史過程和原貌，查找煤質(zhì)影響因素。

（5） 煤場(chǎng)數(shù)字化管理系統(tǒng)接入公司SIS系統(tǒng)后，相關(guān)部門和人員可對(duì)煤場(chǎng)數(shù)字化管理進(jìn)行監(jiān)督和查詢，并為公司燃料采購(gòu)決策和采購(gòu)計(jì)劃提供真實(shí)、科學(xué)的第一手資料。

2.2設(shè)計(jì)總體方案

燃煤服務(wù)于火電廠生產(chǎn)系統(tǒng)，主要是通過數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)為核心環(huán)節(jié)的廠內(nèi)卸/儲(chǔ)/運(yùn)燃煤管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。燃煤采購(gòu)信息管理系統(tǒng)、燃煤檢質(zhì)計(jì)量管理系統(tǒng)、數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)與其他生產(chǎn)管理系統(tǒng)的關(guān)系如圖2所示。

圖2　數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)與其他生產(chǎn)管理系統(tǒng)的關(guān)系

燃煤經(jīng)檢質(zhì)和計(jì)量驗(yàn)收后進(jìn)入廠內(nèi)儲(chǔ)煤場(chǎng)，燃煤在煤場(chǎng)的信息管理和摻配煤入爐管理以真實(shí)動(dòng)態(tài)3D圖形和煤炭報(bào)表形式，智能化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化地科學(xué)合理實(shí)施，這就是數(shù)字化煤場(chǎng)管理的內(nèi)容。數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)深度設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的主要功能如圖3所示。

圖3　數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)的主要功能

2.3數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)優(yōu)化典型功能

（1） 煤場(chǎng)3D圖表動(dòng)態(tài)可視化，且實(shí)時(shí)更新功能。煤場(chǎng)3D圖表隨現(xiàn)場(chǎng)煤堆變化實(shí)時(shí)更新，默認(rèn)展示當(dāng)前煤場(chǎng)真實(shí)三維圖形和附注報(bào)表，三維圖形可360°旋轉(zhuǎn)查看各位置堆/取煤情況，不同煤種煤質(zhì)參數(shù)都有標(biāo)注顯示（接入入廠煤檢質(zhì)系統(tǒng)），并有當(dāng)前實(shí)際溫度標(biāo)注（接入煤場(chǎng)存煤溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)），賦予煤場(chǎng)不同煤種煤垛的生產(chǎn)屬性。煤場(chǎng)3D圖表范例如圖4和圖5所示。圖4揭示煤場(chǎng)存煤結(jié)構(gòu)，包括存煤總量、有效可取煤量、含風(fēng)險(xiǎn)煤種在內(nèi)的各種煤種存量及煤質(zhì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)比例、可使用周期和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等。

圖4　3D數(shù)字化煤場(chǎng)存煤實(shí)況界面

圖5　煤場(chǎng)3D圖表范例

（2） 智能配煤、堆煤方案提報(bào)功能。系統(tǒng)能依據(jù)煤場(chǎng)場(chǎng)存結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合煤倉(cāng)煤位煤量、鍋爐信息、機(jī)組負(fù)荷計(jì)劃等，經(jīng)運(yùn)算后，智能化提報(bào)入爐煤種煤質(zhì)摻配方案、堆煤位置和堆煤量等參數(shù)的堆煤方案，供工作負(fù)責(zé)人審批或修改后，下達(dá)運(yùn)行指令指導(dǎo)輸煤運(yùn)行生產(chǎn)。

（3） 入爐煤種煤質(zhì)的跟蹤分析功能。通過入爐燃燒的各煤種煤質(zhì)及摻配比例等參數(shù)與鍋爐燃燒情況、機(jī)組負(fù)荷情況、主要污染物排放情況等方面跟蹤數(shù)據(jù)比對(duì)，對(duì)各煤種或摻配方案運(yùn)行結(jié)果做定量或定性評(píng)價(jià)。

（4） 燃煤的對(duì)標(biāo)管理功能。系統(tǒng)增加對(duì)標(biāo)管理智能軟件應(yīng)用，以設(shè)計(jì)煤種煤質(zhì)和機(jī)組設(shè)計(jì)耗煤量為基準(zhǔn)，通過對(duì)入廠入爐燃煤煤種煤質(zhì)、煤量、單價(jià)等方面比對(duì)，同時(shí)與其他發(fā)電集團(tuán)先進(jìn)電廠燃煤指標(biāo)比對(duì)，查找差距，調(diào)整燃煤管理工作，為節(jié)約燃煤成本和燃煤采購(gòu)決策提供科學(xué)依據(jù)。

（5） SIS系統(tǒng)監(jiān)視和技術(shù)分析功能。煤場(chǎng)數(shù)字化管理系統(tǒng)接入企業(yè)的SIS生產(chǎn)系統(tǒng)，可實(shí)施對(duì)煤場(chǎng)燃煤管理全方位監(jiān)測(cè)，透明管理，便于數(shù)據(jù)查詢和調(diào)用。煤場(chǎng)數(shù)字化管理系統(tǒng)的三維圖表歷史數(shù)據(jù)可通過SIS系統(tǒng)調(diào)閱，為煤質(zhì)影響機(jī)組運(yùn)行的安全事件分析提供技術(shù)分析的新手段和新工具。

3　現(xiàn)存主要問題和解決方案

3.1實(shí)現(xiàn)煤場(chǎng)三維圖形真實(shí)且實(shí)時(shí)更新

對(duì)于條形煤場(chǎng)，要實(shí)現(xiàn)煤場(chǎng)數(shù)字化管理系統(tǒng)的煤場(chǎng)三維圖形真實(shí)且實(shí)時(shí)更新，則必須首先解決真實(shí)圖形而非模擬圖形問題。即圖形的形成不能再依賴皮帶電子秤和煤場(chǎng)斗輪機(jī)定位系統(tǒng)，可通過煤場(chǎng)激光盤煤系統(tǒng)獨(dú)立完成。

由于安裝在斗輪機(jī)上的激光盤煤系統(tǒng)盤測(cè)整個(gè)煤場(chǎng)耗時(shí)長(zhǎng)，對(duì)煤場(chǎng)輸煤運(yùn)行生產(chǎn)影響較大，因此，必須重新設(shè)計(jì)激光盤煤系統(tǒng)，改變其操作費(fèi)時(shí)、程序繁瑣、故障點(diǎn)多、對(duì)生產(chǎn)有干擾等缺點(diǎn)。可將盤煤系統(tǒng)的激光掃描儀安裝在斗輪機(jī)等輸煤運(yùn)行設(shè)備以外的其他建筑設(shè)施上，并在附近設(shè)置操作站，隨時(shí)對(duì)煤場(chǎng)存煤變化進(jìn)行三維圖形采集。這樣就可實(shí)現(xiàn)煤場(chǎng)存煤三維圖形的實(shí)時(shí)快捷更新，同時(shí)因其獨(dú)立于輸煤生產(chǎn)系統(tǒng)之外，也不會(huì)對(duì)輸煤運(yùn)行生產(chǎn)產(chǎn)生任何干擾和影響。且因?yàn)殛P(guān)注的是煤場(chǎng)存煤實(shí)時(shí)更新的真實(shí)變化而非斗輪機(jī)，因此斗輪機(jī)定位系統(tǒng)和煤場(chǎng)皮帶電子秤裝置也就不再需要了。

3.2解決激光掃描儀的安裝及照度低問題

在露天條形煤場(chǎng)現(xiàn)有抑塵網(wǎng)、干煤棚上安裝激光掃描儀存在安裝難度大、維護(hù)不便的問題。為了滿足激光掃描儀全天候和全方位無死角掃描的要求，必須在解決全方位掃描的同時(shí)解決好夜間激光掃描儀工作照度問題。根據(jù)激光掃描儀最大有效射程、煤場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際、維護(hù)方便、安裝難易、投入成本、操作便捷和測(cè)量精準(zhǔn)度，目前施工方案主要有如下2種。

（1） 在升降式高桿燈上安裝激光掃描儀。在1根升降式高桿燈的可升降照明盤上安裝1只激光掃描儀，根據(jù)激光掃描儀最大有效射程，確定所需布設(shè)的激光掃描儀和高桿燈的數(shù)量和位置，并兼顧條形煤場(chǎng)夜間照度對(duì)高桿燈位置要求。該方案適用于已建露天條形煤場(chǎng)的改造項(xiàng)目，可同時(shí)解決全方位掃描范圍和夜間工作照度問題，非常便于維護(hù)和檢修。因激光掃描儀安裝位置固定、精準(zhǔn)無位移，使得煤場(chǎng)激光盤煤系統(tǒng)測(cè)量精準(zhǔn)度高。其缺點(diǎn)是系統(tǒng)所需激光掃描儀和高桿燈較多，一般為5-8套，成本較高。

（2） 利用煤場(chǎng)的抑塵網(wǎng)、干煤棚來安裝激光掃描儀。在煤場(chǎng)四周的抑塵網(wǎng)頂端部分和干煤棚內(nèi)廊道外側(cè)安裝滑道和安全滑觸線，滑道用來行駛裝有激光掃描儀的小車，安全滑觸線為其提供電源。夜間激光掃描儀工作照度問題可根據(jù)煤場(chǎng)現(xiàn)有照度適當(dāng)增加。該方案一般只需4只掃描儀即可，而且對(duì)高桿燈新增要求不是很高，所以成本相對(duì)（1）方案較低，缺點(diǎn)是維護(hù)不便，而且安裝較復(fù)雜。但該方案適用于新建電廠煤場(chǎng)或新建煤場(chǎng)。在建設(shè)期，結(jié)合煤場(chǎng)場(chǎng)地情況、干煤棚和抑塵網(wǎng)構(gòu)造及維護(hù)檢修便捷要求，設(shè)計(jì)、制作出固定在干煤棚和抑塵網(wǎng)上的激光掃描儀滑道、滑線、升降架等安裝配件。

4　結(jié)束語

煤場(chǎng)存煤本身的規(guī)范化和信息化管理并不是數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)的終極目標(biāo)，只有讓它與火電機(jī)組運(yùn)行生產(chǎn)系統(tǒng)緊密結(jié)合起來，智能化、標(biāo)準(zhǔn)化地服務(wù)于機(jī)組運(yùn)行生產(chǎn)系統(tǒng)，從燃料方面保證機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，其實(shí)用價(jià)值才能得以體現(xiàn)。

1 賀小明，張順林，胡杰，等.火電企業(yè)燃料智能化管理［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2015.

2 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)化工分會(huì).GB 50131—2007自動(dòng)化儀表工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

我國(guó)可再生能源發(fā)電占比超20 %

國(guó)家能源局2016-08-23對(duì)外發(fā)布《2015年度全國(guó)可再生能源電力發(fā)展監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)報(bào)告》。

報(bào)告顯示，到2015年底，全國(guó)可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)4.8億kW，發(fā)電量占全部發(fā)電量的比重超過20 %。其中，水電裝機(jī)容量3億kW，發(fā)電量10 985億kWh，占全部發(fā)電量的19.6 %；風(fēng)電裝機(jī)容量1.29億kW，發(fā)電量1 863億kWh，占全部發(fā)電量的3.3 %；光伏發(fā)電裝機(jī)容量4 318萬kW，發(fā)電量392億kWh，占全部發(fā)電量的0.7 %；生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量1 031萬kW，發(fā)電量527億kWh，占全部發(fā)電量的0.9 %。

（來源：國(guó)家電網(wǎng)公司網(wǎng)站 2016-08-27）

2016-04-20。

侍云貴（1967-），男，高級(jí)工程師，主要從事發(fā)電設(shè)備技術(shù)方面的研究工作，email：120150425@qq.com。