火電廠智能燃料管理控制系統(tǒng)的設計與應用

馮立忠

（中煤能源新疆煤電化有限公司，新疆 昌吉 831799）

0 引言

煤炭仍是當前我國火電企業(yè)冬季發(fā)電消耗的一個主要基礎燃料，占全國發(fā)電建設總成本能耗的70%以上，是促進火電企業(yè)持續(xù)增效的主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)。煤炭的生產(chǎn)、運輸、保管、流通已形成一套復雜的經(jīng)濟運行體系，每一個環(huán)節(jié)運行的流暢程度和經(jīng)濟性都會對影響最終的發(fā)電成本。然而，人們普遍都忽視掉了系統(tǒng)銜接的重要性，缺乏一個科學系統(tǒng)的燃料管理控制策略，導致火電廠的燃料物流組織結(jié)構(gòu)一直無法進一步優(yōu)化。同時，龐雜的銜接流程、復雜繁多的設備種類，安全事故隱患都對這個體系的正常運行提出了挑戰(zhàn)。

1 智能燃料管理控制系統(tǒng)的建設理念

大氣污染防治的持續(xù)深入，工業(yè)4.0 智能生產(chǎn)目標的實施，使火電廠在燃料監(jiān)管、節(jié)能減排、安全可靠等方面的要求更高。火電廠的燃料成本約占運營成本的60%～70%，由于在卸、運、儲、配煤過程中缺合理的管控，提高了燃煤電廠的運行成本[1]。

火電廠應圍繞燃料的高效利用，建立全運營周期的智能化管理系統(tǒng)，從燃煤到工廠信息采集、鍋爐燃燒，全面采集燃煤及設備運行狀態(tài)信息。研發(fā)計劃建立圖形化、數(shù)字化、實時化、高可靠管控系統(tǒng)，滿足分級、可擴展的電廠安全、經(jīng)濟、環(huán)保運行要求。

發(fā)電企業(yè)的目標是重管理、增企業(yè)規(guī)模效益、創(chuàng)全省一流規(guī)模的火電發(fā)電生產(chǎn)企業(yè)。圍繞以上的遠景目標新要求，在現(xiàn)代化工業(yè)信息社會發(fā)展大潮中，利用生產(chǎn)信息化和綜合化管理的電廠建設已變得越來越重要，成為現(xiàn)代企業(yè)和當今現(xiàn)代化管理發(fā)展必然出現(xiàn)的新方向。生產(chǎn)管理采用數(shù)字化設計的智能自動化管控系統(tǒng)，實現(xiàn)了企業(yè)供應與管理生產(chǎn)運營及全生命周期工作信息資料的高度統(tǒng)一與標準化、信息化、科學化，堵住傳統(tǒng)企業(yè)經(jīng)營管理中技術(shù)的漏洞，在一定程度上提高了管理的效率。

2 火電廠燃料管理的各個環(huán)節(jié)分析

2.1 測量環(huán)節(jié)

對于一些部署使用智能燃料自動管理平臺和遠程控制平臺的中小型火電廠來說，其用于現(xiàn)場測量運煤車輛的技術(shù)是射頻自動識別防偽技術(shù)，即RFID 自動射頻防偽技術(shù)。值班人員儀表將向進站登記驗證車輛發(fā)放一次車輛識別登記防偽專用電子標簽，該專用電子標簽也必須直接貼打在該車輛擋風玻璃上。稱重車輛到達目的地前，遠程智能讀卡器系統(tǒng)自動智能識別稱重車輛目的地等相關(guān)信息，自動匹配完成車輛稱重任務。

2.2 采樣環(huán)節(jié)

機械取樣裝置目前主要廣泛用于我國火電企業(yè)的煤炭取樣環(huán)節(jié)，如果發(fā)現(xiàn)部分企業(yè)機械或部分采礦取樣設備出現(xiàn)重大故障，需要進行立刻的修復或者更換。機械人工采樣系統(tǒng)存在著采樣精度盲區(qū)、采樣深度控制不足、煤樣代表性度無法完全保證、進入煤信息系統(tǒng)無法完全自動識別、無法自動采樣、點隨機分布無法實現(xiàn)等問題。人工自動取樣一般是在卸貨入庫后從貨物托盤的頂部或底部表面采集出煤樣數(shù)據(jù)的作業(yè)方法，勞動強度更大，標準化操作程度比較低，無法預測、監(jiān)督和管理。所以，相關(guān)工作人員需要考慮自動取樣，確定采樣方案，利用智能化管理系統(tǒng)，分配樣品儲罐，實現(xiàn)自動樣品包裝運輸?shù)裙ぷ鳎侠碓O置采樣方案、選點、點位及布置方案，確定必要的位置和人工操作，減少管理方面的漏洞。

2.3 樣品材料的加工制備儲存等主要環(huán)節(jié)

目前，燃煤火電企業(yè)系統(tǒng)基本上都采用比較普通的煤樣裝置直接制備儲存全無水分煤樣，煤樣裝置直接用于煤炭生產(chǎn)、儲存性能檢驗和性能分析檢驗，煤樣也直接用于現(xiàn)場各種情況的檢驗或分析。該工藝系統(tǒng)中制樣儲存方式目前大多采用為純?nèi)斯ず碗x線制樣，勞動強度差別較大，工作運行效率甚低，環(huán)境較為惡劣。

2.4 樣品運輸和樣品儲存的鏈接環(huán)節(jié)

在煤樣轉(zhuǎn)移過程中，煤樣桶或煤樣袋的密封措施簡單，煤樣安全存在不可控風險。所以，樣品儲藏室需要采用智能化管理系統(tǒng)加強樣品運輸和樣品儲存的鏈接，提升兩個環(huán)節(jié)之間的過渡環(huán)節(jié)，提升傳輸?shù)男省?/p>

2.5 測試環(huán)節(jié)

火電公司的實驗室均滿足煤炭質(zhì)量驗收需要，可測量總水分、工業(yè)分析、熱值和總硫，部分實驗室還可以測量氫和煤灰溶解度。如果在總水分測試之前或之后改變稱量質(zhì)量，總水分會發(fā)生變化，并影響接收到的基礎低熱值的沉降指數(shù)。且煤樣總水分不儲存、可追溯、不可重現(xiàn)。檢測過程中人為因素較多，風險失控。

2.6 管理環(huán)節(jié)

火電企業(yè)燃料管理人員對燃料計量測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，處理付款。然而，人工統(tǒng)計相關(guān)的測量、驗收、結(jié)算、報告等數(shù)據(jù)效率低下且容易出錯。火電企業(yè)煤炭庫存管理仍有待完善，煤炭分區(qū)、堆垛存儲不可行。相關(guān)工作人員需要根據(jù)火電廠燃料管理的具體要求，開展一定的管理智能化系統(tǒng)設計。依據(jù)相關(guān)的適應性、實用性、可靠性的相關(guān)原則。利用相關(guān)的火電廠局域網(wǎng)，并且相關(guān)的工作人員需要進一步加強防火墻的建設，格外重視相關(guān)體系網(wǎng)絡的質(zhì)量以及安全性，使用交換機，進行一定高質(zhì)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸。與此同時，相關(guān)工作還需要對采制樣設備開展一定的改造工作，讓整個系統(tǒng)具備一定的自動化能力，從而完成的實現(xiàn)自動采樣以及制樣等一系列的工作。還需要注意的是，還需要進一步構(gòu)建智能化系統(tǒng)監(jiān)控中心，進行一定的動態(tài)監(jiān)控與管理工作[2]。

設計的智能化燃料管理系統(tǒng)包括燃料管理信息系統(tǒng)與自動識別系統(tǒng)，其中燃料管理信息系統(tǒng)主要搜集燃料計量數(shù)據(jù)、采制樣數(shù)據(jù)、盤煤儀數(shù)據(jù)等，經(jīng)過系統(tǒng)分析與處理，進而合理調(diào)度燃料，科學控制燃料庫存。自動識別系統(tǒng)則負責燃料的進出廠、采樣環(huán)節(jié)、計量環(huán)節(jié)的自動化與信息化管理。

3 智能燃料管理控制系統(tǒng)設計與應用策略

3.1 規(guī)劃設計應遵循的原則

智能燃料管理控制系統(tǒng)設計是根據(jù)相關(guān)行業(yè)標準、規(guī)范和系統(tǒng)要求，系統(tǒng)中使用的設備、工具和技術(shù)、測量、取樣和其他相關(guān)設備必須遵守這些規(guī)章制度，與系統(tǒng)接口的工具都必須是最先進的。智能燃料管理控制系統(tǒng)還必須保證與生產(chǎn)工廠現(xiàn)場原有裝置相匹配，控制系統(tǒng)本身必須實現(xiàn)冗余控制，控制通信網(wǎng)絡系統(tǒng)必須同時實現(xiàn)冗余信號設置。系統(tǒng)應用中采用的服務器、計算機外設等相關(guān)設備均必須要求使用高性能的CPU、大內(nèi)存設計和超大硬盤等存儲性能空間，以更好滿足整個系統(tǒng)需求的動態(tài)響應性需求和高度可擴展性。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡配置應考慮采用高性能工業(yè)級交換機，采用雙端口網(wǎng)絡的冗余端口設置，預留擴展接口。應用軟件開發(fā)的人機實時交互系統(tǒng)界面的響應時間一般不需要有明顯的延遲。

3.2 智能自助樣本制備系統(tǒng)

與全自動智能采樣及分析采集系統(tǒng)可進行完全無縫連接，將已自動分析采集好后的煤樣數(shù)據(jù)直接通過智能提升機直接輸至全自動采集的制樣機，具有可移動采集設備等諸多獨特的功能，最終可檢測得到直徑6mm 以下的全無水分煤樣，3mm 煤樣可以進行制備工藝與成品儲存情況的綜合分析，煤樣信息均可實時自動分析采集，并完全實現(xiàn)各種型號規(guī)格煤樣信息在內(nèi)的自動分析定量包裝、自動打碼、煤樣信息數(shù)據(jù)的自動錄入等工作[3]。燃料自動回收系統(tǒng)智能自動化回收制樣生產(chǎn)系統(tǒng)，可同時通過控制系統(tǒng)對回收還原的煤樣數(shù)據(jù)進行智能化自動采集分析與稱重分析檢測數(shù)據(jù)，并實時智能化自動分析計算以控制還原率，剩余回收的煤炭樣品均可以通過智能自動回收傳送帶等多種輸送方式回送至生產(chǎn)線。利用智能自動回收儲存裝置和智能化自動分析檢驗監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)制樣到生產(chǎn)的全部過程實行智能化無人操作實時監(jiān)控值守，消除掉了在燃料的制備與工藝無人操作系統(tǒng)中產(chǎn)生的所有人為錯誤，消除了人工的操作或干預，實現(xiàn)并杜絕了任何人與還原煤樣產(chǎn)品之間的接觸，防止作弊。

3.3 智能自動儲檢系統(tǒng)

智能物流自動分揀倉儲管理及監(jiān)控巡檢系統(tǒng)平臺主要包括由監(jiān)控硬件子系統(tǒng)和智能軟件兩部分組合成。硬件系統(tǒng)部分主要有由組合柜架、智能機器人、送貨風系統(tǒng)、煤樣自動檢測監(jiān)控系統(tǒng)模塊等部分組成。軟件系統(tǒng)模塊主要是由物料運動過程控制系統(tǒng)、庫存數(shù)據(jù)信息查詢管理平臺系統(tǒng)模塊和用戶權(quán)限控制管理后臺系統(tǒng)組成。系統(tǒng)通過供氣管道路系統(tǒng)與自動制樣系統(tǒng)直接相連，將通過自動制樣機產(chǎn)生出的6mm 全樣、3mm 存儲和測試的樣品以及分析的樣品全部輸送到自動樣品存儲管理和自動檢驗處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了3mmn的儲存、測試管理樣品的儲存運輸、自動檢驗管理、水樣收集、取樣分析管理、樣品的臨時運輸處理和自動臨時儲存管理。采用伺服自動控制系統(tǒng)，是獨立執(zhí)行整個機器人系統(tǒng)運動和樣品儲存信息的中心系統(tǒng)和授權(quán)管理系統(tǒng)批準的抽樣控制系統(tǒng)。在收到樣品信息后，將其用于傳輸[4]。同時，系統(tǒng)也可以隨時根據(jù)權(quán)限和管理系統(tǒng)所批準使用的樣品瓶中的樣品保存期限信息，自動進行定期的清洗取樣和丟棄樣品。在完成取樣保存和樣品運輸任務過程中，也需要對樣品數(shù)據(jù)進行自動讀取存儲和分析驗證，并同時將所有樣品信息數(shù)據(jù)通過管控網(wǎng)絡系統(tǒng)實時傳輸存儲到管理系統(tǒng)下一個運行階段。煤樣采集作為一項循環(huán)的試驗過程，相關(guān)工作人員可以實行油品從設計生產(chǎn)加工到計量測試出廠的全監(jiān)控工作，并實現(xiàn)一定程度上的無人值守。并同時可隨時將各類數(shù)據(jù)信息及時傳輸反饋至燃油品質(zhì)管控平臺系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息流之間的有效無縫銜接。

3.4 樣瓶氣送系統(tǒng)

樣品瓶送風系統(tǒng)主要由風機、風向開關(guān)、傳輸站、管道換向器、收發(fā)站、傳輸瓶、中控站、傳輸管道等組成[5]。樣品瓶通過多個連接件進行運輸。將站點發(fā)送到自動化樣品制備室、實驗室、自動化存儲和測試樣品柜、廢物裝瓶室等。在運輸煤樣過程中避免人為干預，消除人為樣品改變的風險。

3.5 網(wǎng)絡配置

智能燃料管理控制系統(tǒng)實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)實時傳輸，滿足高速實時數(shù)據(jù)的傳輸帶寬要求，保證網(wǎng)絡管理員可以隨時高速訪問實時數(shù)據(jù)。采用相關(guān)的模式，局域網(wǎng)系統(tǒng)建設的部分任務主要包括與燃料、實驗室、煤場、礦山、加工中心場地等單位各種硬件設施之間的網(wǎng)絡連接，有關(guān)煤炭生產(chǎn)運輸信息程序網(wǎng)絡的運行控制，以及硬件設施網(wǎng)絡系統(tǒng)內(nèi)與各信息點網(wǎng)絡系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信連接。需要冗余配置，由于燃油數(shù)據(jù)與汽車其他輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接通信時具有的高度安全性特征和獨立性，保證了信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全，阻擋了病毒和黑客的攻擊，并根據(jù)管理信息區(qū)的防護等級。

3.6 設置全程一體化監(jiān)控平臺

由于管理的環(huán)節(jié)較多，所以相關(guān)工作人員需要整合內(nèi)外部信息，建立高效融化的集中管控平臺，從而在一定程度上推動燃料的精細化、智能化管理。智慧管理系統(tǒng)的深入應用，實現(xiàn)了閉環(huán)管理，有利于促進信息集成，并提升管理的信息流通以及處理的效率與品質(zhì)，并在一定程度上推動了電廠與集團燃料的縱向貫通。與此同時，相關(guān)工作人員利用完善、體系化的數(shù)字化管理，讓煤場實現(xiàn)了全自動盤點技術(shù)的應用。并利用實時監(jiān)控的技術(shù)來檢測煤堆，從而實現(xiàn)了智能精細化的管理，有利于數(shù)據(jù)的實時高質(zhì)量的傳輸。并且，還可以進行一定的混配管理，利用這一個科學先進的算法，依據(jù)煤場存煤情況、燃料特性等數(shù)據(jù)開展一定的綜合運算工作，從而使用合理的混配策略，提升數(shù)據(jù)的科學性。實現(xiàn)了企業(yè)燃油的供應與管理生產(chǎn)運營及全生命周期工作信息資料的高度統(tǒng)一與標準化、信息化、科學化，堵住傳統(tǒng)企業(yè)經(jīng)營管理中技術(shù)的漏洞，提高效率。

3.7 來料閉環(huán)管理

3.7.1 列車進出閉環(huán)管理

相關(guān)工作人員可以將車輪識別和車號識別裝置安裝在工廠主軌道上，用于自動識別進出車廂的車號。該裝置具有防止車皮脫落和記錄汽車上下的時間的功能。與此同時，后續(xù)的測量、采樣等環(huán)節(jié)形成了列車的閉環(huán)管理。

3.7.2 水運進煤實時跟蹤

通過高清視頻運動識別技術(shù)實時監(jiān)控來港船舶的行程以及變化。相關(guān)工作人員可以通過手機APP 實現(xiàn)煤炭運輸船的離港管理。并同時可以隨時將各類數(shù)據(jù)信息及時傳輸反饋至燃油品質(zhì)管控系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息之間的有效無縫的銜接。讓相關(guān)工作人員可以收集更多的數(shù)據(jù)，并利用大數(shù)據(jù)庫管理模式，實時監(jiān)測燃油消耗質(zhì)量和價格的變化，從而實現(xiàn)煤炭燃燒精細化、智能化管理。

4 結(jié)語

綜上所述，火電廠智能燃料管理控制系統(tǒng)運用現(xiàn)代成熟技術(shù)手段，實現(xiàn)煤炭從入廠到燃燒控制全流程、全數(shù)據(jù)覆蓋及重要數(shù)據(jù)可視化等智能管控，最終實現(xiàn)樣本分析、成本分析、摻配管控，從而有效降低燃料成本，提高火力發(fā)電廠的競爭能力，在電力市場競爭中占得先機。