火电厂燃料智能管理系统设计方案

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摘要：针对电厂迫切需要实现降本增效的现状，开展燃料智能管理系统的研究工作。以火力发电企业燃煤为管理对象，综合运用现代智能技术，建立统一的标准化业务管控体系，能够实现燃煤全过程无人干预、智能管理，提高燃料管理精细化程度，节约生产成本。

关键词：燃料智能管理系统；信息化；全过程；降本增效

近年来，燃料费用约占火电企业发电成本的70％以上［1］，多数火电企业在燃料入厂验收、接卸、煤场管理、配煤掺烧等环节，由于燃煤装备低下、分析手段不足、管理工具受限、信息覆盖面和数据共享不充分等，造成燃料生产和管理自动化和智能化水平有限、工作效率低、人工成本高，并存在人为因素的风险隐患［2］。笔者针对目前燃料管理环节存在的不足，在开展燃料智能管理系统架构和关键技术研究的基础上，提出燃料智能管理系统设计方案。

1系统构架

以燃料的全方位管理和燃料高效利用为中心点，立足于燃料现场基础技术升级改造，综合运用信息处理、自动控制、识别感知、数据挖掘等技术，建立燃煤入厂识别、质量验收、转运接卸、煤场管理、配煤掺烧的全流程、全周期、全方位的智能管控平台，全面采集燃料设备的信息并定义业务流程，设计建立自动、实时、完整和丰富的数据库，研究开发多层次模块化的应用软件。按照结构和功能智能燃煤系统可划分为现场层、管控层和应用层三个层次。现场层主要包含生产装备以及识别感知系统，是更高级别应用的基础条件，其技术水平、覆盖程度决定了应用的深度和广度；管控层实现现场设备远程状态监视、自动控制与反馈、自动诊断与报警、自动采集与管理，并实时展示相关数据信息；应用层建立在现场层、控制层以及电厂其他系统的各种数据的基础上，通过信息化实现燃料业务的全流程管理，强调对燃料数据的多维度分析图表化直观展示，为电厂运营、生产管理人员提供真实、可靠、准确、及时的数据分析和决策支持。燃料智能管理系统功能架构见图1，燃料智能管理系统网络结构见图2。

2主要子系统功能

2．1智能计量和质量检测。燃煤计量和质量检测以煤样处理和流转各环节的设备、人员、车辆等受控元素全方位管控为核心，主要由来煤识别系统、计量设备、采样设备、制样设备、原煤样输送设备、样品输送与存查、化验仪器及实验室实施设备等设施和相应配套控制系统组成。通过融合应用无线射频、移动终端、现场总线等物联网和控制网的相关技术，完成数据采集、信息关联、定位追溯、行为监视和设备监控等工作，实现燃煤的自动识别、计量、采样、制样、样品封装传输、存储和化验、燃煤计量、检测记录与报告的自动生成并上传等功能。2．1．1入厂煤自动识别系统在入厂、计量、采样、接卸、出厂等各环节设置自动识别装置，采用无线射频或其他信息识别技术，主动探测车辆上的电子标签，采集来煤信息，建立各环节作业信息与车辆信息、矿点信息的关联。该功能要满足来煤量、管控要求、工作环境要求，一般要求车辆识别时间≤1s，识别距离≤7m，系统识别率≥99．9％，防护等级不低于IP67［3］。2．1．2全自动制样系统。全自动制样机作为采制环节的关键设备，具有上料、称重、输送、除铁、破碎缩分、干燥、制粉、弃样等功能，各功能组成设备、制样程序、制样精密度和误差要符合GB／T19494．2—2004《煤炭机械采样第2部分：煤样的制备》和GB474—2008《煤样的制备方法》的要求，可自动制备颗粒直径为6mm、3mm、0．2mm的若干份煤样，煤样可自动装瓶并设置二级喷码或芯片写码，样瓶能按管控要求传送至智能存查样柜或化验室，整个过程无人为干预，全自动完成。2．1．3智能原煤样输送系统。原煤转运系统用于采样机的样品自动输送到全自动制样机，满足在线制样需求。原煤转运系统由上料对接装置、传输载体、卸料对接装置等相关配套设备组成，能够与采制样系统无缝连接，并采用全密封设计的通道或自动输送技术，真正实现人样分离。目前自动输送技术主要有样桶自动输送技术、样瓶气动自动输送技术、皮带自动输送技术等。2．1．4智能气动样品输送系统。样品传输系统用于人工制样间、全自动制样机间、化验间、存样间、弃样间等站点间的煤样瓶多点互传，应采用以动力风机作为动力源，全封闭式管道为传输通道，在管控中心的控制下实现样品高效、安全传输。2．1．5全自动智能存查样系统。全自动智能存查样系统基于自动化立体库的设计理念，通过与气动输送系统的无缝对接配合高精度伺服系统，实现全水样（颗粒直径为6mm的煤样）、存查样（颗粒直径为3mm的煤样）、分析样（颗粒直径为0．2mm的煤样）的转运及暂存管理，达到实现样品的“人样分离，盲存盲取”的要求。2．1．6实验室网络化管理系统。化验网络管理系统实时采集化验室煤质分析仪器的分析数据，自动生成煤质检测报告，并审核数据的准确性。系统能够实时监控仪器运行状态及化验环境的温度、湿度等参数，提示异常检测信息，形成质量控制台帐。2．2智能煤场子系统。2．2．1堆取料机自动堆取控制系统。为满足数字化煤场的智能堆场和配煤掺烧精确取料的要求，综合利用了自动化控制技术、三维成像技术、精确定位技术、图像监控、安全防护技术、数字化网络等技术，获取堆取料机实时数据、认知煤堆及设备自身位置，解析料堆模型，完成自动堆取作业。料堆三维扫描及成像技术：在煤场四周或堆取料机悬臂前方安装激光扫描装置对料堆进行动态扫描，获取料堆表面数据，经过软件处理生成料堆的三维成像，控制系统根据三维图像数据，确定料堆作业切入点坐标和取料料堆的边界。堆取料机定位检测技术：堆取料机回转、俯仰、走行位置检测应采用差分GPS、光电编码或数字刻度标尺等非接触式位置检测技术，要求检测无盲区，定位精度高，检测误差≤5cm或0．1°，检测装置的设计和安装应适应现场粉尘、温度、湿度、振动、电磁等恶劣环境，并有可靠的自动校正功能。防碰撞技术：为防止悬臂与煤堆以及堆取料机之间发生碰撞，需设计一套完整的防碰撞保护系统。硬件上除了钢丝绳限位开关，还应设置雷达、激光或超声波式非接触式防撞装置，软件设计上还应根据堆取料的大车位置、悬臂角度、回转角度实时计算出存在碰撞可能的位置信息，提供防碰撞预报，并协调各台堆取料机之间的作业，确保堆取料机安全作业距离，最终实现堆取料机多重级的防碰撞保护。2．2．2数字化煤场系统。数字化煤场管控系统是通过信息技术，采用数字化的形式来显示煤场的具体信息，指导来煤分区堆放和智能存取。煤场三维展示：实时采集激光盘煤仪等煤场成像设备的数据，采用三维重构技术，全面直观展示煤场状态，动态记录各区域的燃煤进存耗和煤质信息。来煤堆放指导：将煤场按照掺烧要求分为多个存煤分区，并根据电厂煤场管理的堆放原则和来煤煤种、煤量等相关参数建立堆煤模型，提供来煤堆放建议，引导原煤卸在指定的卸煤位置，实现不同煤种不同煤质的分区分层堆放。煤场取煤指导：根据掺烧系统的配煤方案，系统按照煤场存煤情况及堆料机设备状况生成煤场取煤方案，并在三维煤场上用不同的颜色标记待取煤分区，指导取煤上仓过程。2．3智能配煤掺烧子系统。通过与电厂SIS（厂级信息监控系统）的数据•654•接口获取锅炉的实时热力参数和制粉系统工况，并结合平台内的数字化煤场信息和实际上煤煤质等基础数据，依据以电厂燃烧试验数据或运行经验建立配煤掺烧模型，生成最佳掺配方案，跟踪掺配执行情况，自动统计实际煤种的掺烧量，监控掺配燃煤对锅炉影响，对掺配安全性、环保性、经济性等进行评价，提供掺配方案的优化及采煤优化参考建议，实现燃料掺配系统的闭环管理。掺烧模型：基于大量锅炉燃烧试验和实际掺烧方案大样本数据生成掺烧动态数据库，通过回归和仿真方法，建立智能掺烧数学模型，包括煤质元素分析预测模型、机组负荷预测模型、燃料特性分析模型、锅炉热力计算模型、指标分析模型、燃烧寻优模型等，根据机组负荷、存煤状况、锅炉热力参数、主要辅机设备工作状况自动生成在满足机组安全性、环保性的前提下最经济的掺配方案。燃烧综合成本分析模块：通过获取机组DCS（分布式控制系统）数据及其他生产管理系统的数据，综合厂用电率、标煤单价、煤耗、运行成本、锅炉效率、环保成本等各因素测算掺烧方案对应的综合成本，评估掺烧方案的经济性。燃烧环保指标分析模块：通过燃烧NOx／SO2，根据粉尘排放浓度实际测量数据，分析评估掺烧方案的环保性。燃烧安全分析模块：实时监测锅炉运行和主要辅机的运行参数，实时计算锅炉各受热面热力学参数，建立安全分析模型，综合磨煤机的安全特性、金属腐蚀、受热面结焦、机组带负荷能力等指标分析评估掺烧方案的安全性。

3结语

燃料智能管理系统借助新一代智能装备与智能技术，将燃料管理环节相对分散的生产设备、业务过程统一起来，实现设备远程管控、燃料信息实时共享、燃煤掺配、分析预警及决策辅助等功能，便于生产经营者实时掌握设备运行状态及燃料量、质、价的信息，有助于实现电厂经营的降本增效，也必将成为智能电厂的重要组成部分。随着相关关键技术特别是设备级自动化水平的不断改进和完善，能够在电厂生产和管理中产生更大的效益。

参考文献：

［1］王亚琼，毛勇祥，张冬练，等．火电企业燃料智能化管理系统的构建［J］．科技创新导报，2015，12（31）：25－27．

［2］黄平．论电厂燃料管理系统智能化设计及展望［J］．科技展望，2016，26（2）：89，91．

［3］沈军．燃料管控一体化信息系统的研究与应用［J］．电力信息与通信技术，2015，13（2）：87－91．

作者:应波涛 高飞 臧剑南 单位:1.国家电投江西电力有限公司 2.上海发电设备成套设计研究院有限责任公司