數(shù)字化技術(shù)在燃煤發(fā)電廠燃料管理中的應(yīng)用

陳 實(shí)，王宏斌，陸國棟，李小波

（電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120）

數(shù)字化技術(shù)在燃煤發(fā)電廠燃料管理中的應(yīng)用

陳 實(shí)，王宏斌，陸國棟，李小波

（電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120）

燃料管理關(guān)乎燃煤發(fā)電廠安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。在燃煤發(fā)電廠燃料管理系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)可提高電廠燃料管理水平和效率，對于提高電廠經(jīng)濟(jì)效益具有非常明顯的效果。本文通過對可應(yīng)用于燃料管理系統(tǒng)新技術(shù)的介紹，提出了數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)的解決方案和應(yīng)用建議。

數(shù)字化；燃料管理；激光盤煤；RFID

1　燃煤發(fā)電廠燃料管理現(xiàn)狀

目前，大多數(shù)的燃煤發(fā)電廠在燃料管理上主要存在著以下三方面問題：

（1）管理粗放：計(jì)量、取樣、制樣、化驗(yàn)操作不規(guī)范；煤場堆煤無規(guī)劃，取煤無計(jì)劃，煤堆不分類，堆放時間無控制；摻配方法原始，不能有效指導(dǎo)安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保配煤摻燒工作和煤場科學(xué)儲存管理。

（2）軟件系統(tǒng)性差：燃料管理過程中應(yīng)用了一些軟件，但是各個子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，沒有形成一個完整的軟件管理系統(tǒng)鏈，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、實(shí)時性、共享性差，難以滿足生產(chǎn)調(diào)度的實(shí)際需要。

（3）硬件不完善：原有設(shè)備的功能不能滿足新型數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)的要求，如設(shè)備精度不夠，設(shè)備狀態(tài)、功能參數(shù)的輸出信號不足等。

2　與現(xiàn)有系統(tǒng)的關(guān)系

在常規(guī)的燃料控制與管理系統(tǒng)中，管理部分的很多信息需要手工錄入，信息的實(shí)時性、準(zhǔn)確性無法得到保證，且管理與控制之間沒有數(shù)據(jù)共享，存在著脫節(jié)的問題。

數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)是對傳統(tǒng)電廠燃料管理系統(tǒng)的再造與升級，與常規(guī)燃料管控系統(tǒng)相比，其主要變化體現(xiàn)在燃料管控的管理部分，即在燃料管理現(xiàn)場層的進(jìn)、存、耗、驗(yàn)各個環(huán)節(jié)增加數(shù)字化的監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以獲取更多的現(xiàn)場信息，在燃料管理的系統(tǒng)層對軟件系統(tǒng)的各個功能模塊進(jìn)行統(tǒng)籌與整合，各個模塊既有自己獨(dú)立的功能，又能與其它功能模塊共享數(shù)據(jù)、協(xié)同工作。此外燃料控制系統(tǒng)和機(jī)組控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也可通過SIS或單向數(shù)據(jù)接口傳送至軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)中各個功能模塊通過對這些數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析，向運(yùn)行人員發(fā)出運(yùn)行警報或操作指導(dǎo)，通過運(yùn)行人員將數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)，或者向管理人員提供采購建議，實(shí)現(xiàn)管理與控制統(tǒng)一協(xié)作，達(dá)到提高燃料管理效率的目的。數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)的關(guān)系見圖1。

圖1　數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)關(guān)系圖

3　可應(yīng)用于燃料管理的數(shù)字化技術(shù)

3.1車輛識別系統(tǒng)

射頻識別（RFID：Radio Frequency Identification）技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。RFID系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽（射頻標(biāo)簽）和閱讀器（包括天線）組成。RFID具有快速識別、體積小、穿透性好、抗污損能力強(qiáng)的特點(diǎn)，十分適合燃料運(yùn)輸車輛識別使用。將RFID技術(shù)應(yīng)用于汽車或火車識別，可以實(shí)現(xiàn)電廠對于燃料運(yùn)輸車輛的識別、引導(dǎo)與檢查，輔助完成燃料入廠管理。

3.2自動采樣系統(tǒng)

自動采樣系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動采樣、自動縮分、制樣、集樣，保證采樣樣本的真實(shí)性，采樣點(diǎn)由計(jì)算機(jī)隨機(jī)選擇，保證采樣的公平性和公正性。對于火車和汽車來煤，可采用橋式（門式）、或者懸臂式采樣機(jī)；對于采用翻車機(jī)卸煤方式的鐵路來煤、水路來煤、帶式輸送機(jī)來煤可采用帶式輸送機(jī)中部或頭部采樣機(jī)。

3.3自動制樣系統(tǒng)

利用自動制樣機(jī)，可實(shí)現(xiàn)自動除鐵、輸送、稱重、破碎、縮分、干燥等功能，根據(jù)選擇設(shè)備的不同，可以自動制出6 mm、3 mm和0.2 mm等若干煤樣。整個過程全自動、無人值守，煤樣可自動分裝噴碼。

3.4數(shù)字化化驗(yàn)

化驗(yàn)室所用的儀器設(shè)備，如萬分之一天平、水分測定儀、工業(yè)分析儀、定硫儀、量熱儀等，均通過計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)相連，測量數(shù)據(jù)可自動上傳至相關(guān)的管理系統(tǒng)。不僅降低了化驗(yàn)室工作人員的勞動強(qiáng)度，也提高了數(shù)據(jù)上報的準(zhǔn)確性和實(shí)時性。

3.5自動存樣柜和氣動輸送裝置

全自動存樣柜結(jié)構(gòu)類似于超市入口的自動存包柜，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)樣品條碼自動安排存樣位置、記錄存樣時間、提醒樣品過期等功能。

氣動輸送裝置可實(shí)現(xiàn)小顆粒樣品的快速輸送，防止樣品輸送過程中可能產(chǎn)生的問題。

3.6數(shù)字化盤煤系統(tǒng)

激光盤煤儀利用激光測距原理，采用發(fā)射—接收一體化的掃描設(shè)備，對煤場表面進(jìn)行高頻率斷面掃描，獲得高密度的斷面數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的處理能力，計(jì)算出煤場的堆放體積，再利用系統(tǒng)從其它環(huán)節(jié)獲得的煤炭密度資料，計(jì)算出煤場存煤重量，并可將煤場形態(tài)利用三維模型顯示出來。

激光盤煤系統(tǒng)有移動式和固定式兩種。固定式的測量速度和精度要優(yōu)于移動式。固定式激光盤煤儀只需提供穩(wěn)定的安裝位置，且其掃描周期可以自由設(shè)置（需配合裝設(shè)煤場作業(yè)設(shè)備的位置信號反饋裝置），見圖2、圖3。

圖2　封閉式煤場激光盤煤儀示意圖

3.7煤場溫度監(jiān)測系統(tǒng)

測試煤堆溫度變化的儀器，主要有溫度傳感器和紅外熱成像儀兩種方法。

溫度傳感器主要有預(yù)埋式和移動式兩種。大部分工程反應(yīng)預(yù)埋式應(yīng)用效果不好；移動式采用帶無線發(fā)射裝置的測溫桿，其使用時要避開煤場作業(yè)機(jī)具，適合人員對煤場進(jìn)行巡檢時使用，或者用于存煤場易發(fā)生自燃位置的煤堆內(nèi)部溫度監(jiān)測。

紅外熱成像儀利用光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，紅外輻射能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，再經(jīng)換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。紅外熱成像儀的使用基本不受煤場作業(yè)影響，但會受陽光、環(huán)境溫度、遠(yuǎn)近、角度等因素影響。由于紅外熱成像儀只能測量物體表面溫度，因而其測量有較大的滯后性。

3.8皮帶明火監(jiān)測系統(tǒng)

煤炭經(jīng)過長時間運(yùn)輸或儲存，由于水分揮發(fā)、壓實(shí)程度變化等因素影響，在經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸時容易發(fā)生自燃，會對皮帶安全及電廠正常生產(chǎn)造成影響，在皮帶上裝設(shè)紅外溫度監(jiān)測儀，監(jiān)測皮帶運(yùn)輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)，當(dāng)有超溫時迅速報警并做相應(yīng)處理。

3.9視頻監(jiān)視和門禁管理系統(tǒng)

視頻監(jiān)視系統(tǒng)和門禁管理系統(tǒng)是火電廠建設(shè)方案中的常規(guī)配置系統(tǒng)，可將這兩個系統(tǒng)的應(yīng)用擴(kuò)展至燃料管理全過程，尤其是對燃料進(jìn)廠、煤質(zhì)取樣、送樣和化驗(yàn)的人員參與環(huán)節(jié)的監(jiān)視，以及化驗(yàn)室、存查樣室出口的控制。通過應(yīng)用這兩個系統(tǒng)，可以對燃料管理全過程進(jìn)行監(jiān)視及記錄，以達(dá)到規(guī)范燃料管理流程、減少燃料管理過程中舞弊行為的目的。

圖3　露天煤場激光盤煤儀示意圖

4　數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)解決方案

4.1硬件部分

表1列出了可用于數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備或系統(tǒng)，其中“常規(guī)配置”一欄中標(biāo)“是”的項(xiàng)目為電廠常規(guī)配置方案中已有設(shè)備，標(biāo)“否”的項(xiàng)目為數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)新增加的設(shè)備。

在數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)應(yīng)用之前，電廠會按照常規(guī)燃料管理要求配置相應(yīng)的設(shè)備，數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)雖然有新設(shè)備的引入，但是也要依賴于上述常規(guī)設(shè)備所獲得的數(shù)據(jù)，而且可能會對上述傳統(tǒng)設(shè)備的參數(shù)輸出功能提出更高的要求。

4.2軟件部分

軟件系統(tǒng)是數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)的核心，所有現(xiàn)場設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)，都要經(jīng)過軟件系統(tǒng)的分析處理，才能發(fā)揮這些數(shù)據(jù)的功用，有效指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行燃料管理工作。按照功能可將軟件系統(tǒng)劃分為以下幾部分：采購計(jì)劃管理、進(jìn)料管理、化驗(yàn)管理、煤場管理、摻配燒管理。這些功能既相對獨(dú)立，又共享部分?jǐn)?shù)據(jù)，共同構(gòu)成了電廠的燃料管理功能。

進(jìn)料管理系統(tǒng)主要針對廠外來煤，包括入廠調(diào)度管理、采樣管理、計(jì)量管理、一次編碼管理等功能。

化驗(yàn)管理系統(tǒng)主要完成制樣、煤質(zhì)分析和存查樣等管理功能。

煤場管理系統(tǒng)主要完成煤場的實(shí)時盤煤、煤場狀態(tài)顯示、堆料管理和取料管理等功能。

摻配燒管理系統(tǒng)根據(jù)發(fā)電機(jī)組發(fā)電調(diào)度指令、鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)、煤場存煤情況以及系統(tǒng)存儲的配煤摻燒方案，進(jìn)行匹配計(jì)算，生成摻配列表，由審核者選定最優(yōu)取煤方案，實(shí)時指導(dǎo)輸煤運(yùn)行人員進(jìn)行取煤工作。當(dāng)某種優(yōu)化混配方案實(shí)施后，必須對其進(jìn)行定量的跟蹤評價，從而進(jìn)一步修正方案，以達(dá)到最佳的摻配效果。

表1　數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)主要設(shè)備

圖4　軟件系統(tǒng)組成示意圖

5　應(yīng)用建議

由于不同的電廠在燃料管理方面面臨的問題不同，且燃料系統(tǒng)的組成也不盡相同，因此本文按照進(jìn)、驗(yàn)、存、耗4個部分，根據(jù)需求類型進(jìn)行了分類，提出可采用的配置方案。

5.1進(jìn)料

按照電廠已配置自動采樣機(jī)和相應(yīng)的稱重裝置（如汽車衡、軌道衡、皮帶秤等）考慮。

對于采用汽車或火車進(jìn)廠方式的電廠，可配置汽車入廠調(diào)度系統(tǒng)或火車入廠調(diào)度系統(tǒng)，具體數(shù)量可根據(jù)汽車衡、汽車卸煤溝、行車線、翻車機(jī)的配置情況確定。

5.2化驗(yàn)

化驗(yàn)環(huán)節(jié)包括制樣、化驗(yàn)和存樣，其基本配置按照裝設(shè)常規(guī)制樣設(shè)備、全水分分析儀、量熱儀、測硫儀、馬弗爐、電子天平、工業(yè)分析儀等分析儀器考慮。

對于此部分的數(shù)字化建設(shè)方案，可分為低、中、高3檔配置方案。

低方案：增配編碼機(jī)3套、掃碼器若干、制樣管理系統(tǒng)1套、煤質(zhì)分析管理系統(tǒng)1套，可實(shí)現(xiàn)自動生成煤樣標(biāo)簽、掃碼識別煤樣和化驗(yàn)數(shù)據(jù)直接上傳系統(tǒng)的功能。

中方案1：增配測氫儀、灰熔點(diǎn)儀各1套，增加存查樣管理系統(tǒng)1套，實(shí)現(xiàn)完善煤質(zhì)分析指標(biāo)和存查樣管理的目的。

中方案2：增配制樣、送樣、化驗(yàn)全程視頻監(jiān)視及門禁管理系統(tǒng)，增加存查樣管理系統(tǒng)1套，實(shí)現(xiàn)采、制、化全過程無死角監(jiān)視和存查樣管理的目的。

高方案：增配全自動制樣機(jī)1套。

自動存查樣柜和氣動輸送系統(tǒng)不推薦采用。

5.3存料

按照電廠已配置煤場作業(yè)設(shè)備位置信號反饋裝置考慮。

對于此部分的數(shù)字化建設(shè)方案，可分為低、中、高3檔配置方案。

低方案：增配若干移動測溫儀，布置于煤場易自燃位置，或由巡檢人員使用，監(jiān)測煤堆內(nèi)部溫度，對于煤堆自燃進(jìn)行預(yù)警。

中方案：此方案僅針對露天煤場。增配移動式激光盤煤儀和相應(yīng)車輛或軌道，并設(shè)置煤場管理系統(tǒng)。

高方案1：增配固定式激光盤煤儀和相應(yīng)支架（如有必要），并設(shè)置煤場管理系統(tǒng)。對于封閉式圓形煤場，按照2個煤場、每個煤場設(shè)置3個120度均布的激光盤煤儀考慮；對于封閉式或露天條形煤場，激光盤煤儀的數(shù)量與煤場的長度有關(guān)，是變化的，取決于裝設(shè)高度和盤煤儀視角。

高方案2：增配煤場紅外線熱成像儀和相應(yīng)支架（如有必要），加強(qiáng)對煤場溫度監(jiān)控，盡量減少自燃損失。

5.4取料

本部分的數(shù)字化建設(shè)主要是配置摻配燒管理系統(tǒng)。

建議對于新建燃煤電廠，可考慮數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)的同步實(shí)施，實(shí)施前應(yīng)有總體考慮，以滿足數(shù)字化管理的通訊及精度等要求，減少重復(fù)配置；對于煤源復(fù)雜，且以汽車或火車來煤為主的電廠，推薦設(shè)置進(jìn)料管理系統(tǒng)；封閉煤場，且主要來煤為自燃傾向高或者煤種復(fù)雜的電廠，推薦配置煤場管理系統(tǒng)，對于易自燃煤種，可配置少量移動式測溫桿；所有的電廠均推薦配置帶數(shù)據(jù)接口的煤質(zhì)化驗(yàn)設(shè)備；摻配燒系統(tǒng)可根據(jù)電廠煤源和資金情況酌情配置。

6　結(jié)語

在燃煤電廠中應(yīng)用數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)，可為電廠燃煤全過程管理提供信息化、智能化技術(shù)支持，可以整合全流程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為電廠燃煤管理提供科學(xué)的決策依據(jù)；可實(shí)現(xiàn)管理環(huán)節(jié)無縫對接，數(shù)據(jù)不落地，提高整個電廠的生產(chǎn)管理效率和數(shù)據(jù)的真實(shí)性。隨著電力體制改革的不斷深化，電力企業(yè)對于成本控制的要求會越來越嚴(yán)格，通過數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)的應(yīng)用，可以為進(jìn)行精細(xì)化管理提供技術(shù)手段，減少人為因素造成的損失，降低運(yùn)行人員工作量，有效的幫助企業(yè)降本增效。隨著應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品量產(chǎn)以及充分競爭帶來的價格下降，將進(jìn)一步推動數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用。數(shù)字化燃料管理系統(tǒng)在今后必將成為燃煤電廠燃料管理的發(fā)展方向。

［1］ 劉俊業(yè).橋二電廠1#儲煤場激光盤煤系統(tǒng)安裝及應(yīng)用［J］.青海電力，2001，（3）.

［2］ 裘叢杰，吳永朋.火電廠煤場自燃監(jiān)測系統(tǒng)探討［J］.發(fā)電與空調(diào)，2012，（1）.

Application of Digital Technology to Fuel Management in Fossil Power Plant

CHEN Shi， WANG Hong-bin， LU Guo-dong， LI Xiao-bo
（Electric Power Planning & Engineering Institute， Beijing 100120， China）

Coal management is an important task of the safety and economic benefits for the fossil power plant. The application of digital technology in coal management system can improve the level and efficiency of coal management，therefore improve the economic benefit of the power plant. In this paper， the new technologies that can be applied to the coal management system are introduced， and the application suggestions of digital coal management system are put forward.

digital technology； coal management； laser coal inventory；RFID

TM621

A

1671-9913（2016）04-0056-05

2015-09-09

陳實(shí)（1977- ），男，河北定興縣人，碩士，高級工程師，主要從事電廠儀控系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的研究。