火電廠數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)優(yōu)化研究

侍云貴

（中電國際蕪湖發(fā)電有限責任公司，安徽 蕪湖　241009）

火電廠數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)優(yōu)化研究

侍云貴

（中電國際蕪湖發(fā)電有限責任公司，安徽 蕪湖241009）

通過對數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)現(xiàn)狀的分析，對該系統(tǒng)的優(yōu)化進行了探討，闡述了該系統(tǒng)優(yōu)化后的典型功能，并針對當前該系統(tǒng)在露天條形煤場情況下如何形成真實且實時更新的可視化煤場三維圖形問題，以及激光掃描儀安裝和維護及夜間掃描操作環(huán)境照度低的問題提出了解決方案，以提高數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)的實用性和智能化。

火電廠；條形煤場；數(shù)字化；煤場管理系統(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，為實現(xiàn)發(fā)電機組安全和經(jīng)濟運行提供燃料保障。在燃煤管理的燃料采購、檢質(zhì)計量及驗收、以數(shù)字化煤場為核心的廠內(nèi)卸/儲/運全過程管理中，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。對于實際采購燃煤煤種煤質(zhì)與設計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計值，避免因入爐煤質(zhì)差異導致機組運行不經(jīng)濟、不穩(wěn)定甚至停機情況發(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分區(qū)存儲的各種煤種，按預先設定的取料比例，在輸煤膠帶流程中進行摻配，使摻混后的入爐煤煤質(zhì)盡量接近鍋爐燃煤設計值。因此，如何使這項工作精細化、規(guī)范化、智能化和標準化，是數(shù)字化煤場的核心使命所在，也是數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)不斷完善和發(fā)展的必然趨勢。

1　數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

根據(jù)對國內(nèi)多家燃煤電廠露天條形煤場數(shù)字化管理系統(tǒng)的調(diào)研，目前數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)還處于初級階段，亟待在生產(chǎn)實用性方面進行深度開發(fā)。數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)現(xiàn)狀分析如下。

（1） 多家燃煤電廠數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)中的核心圖形——煤場三維圖形都是基于煤場縱向（長度方向）地址的模擬圖形，而非煤場實際堆形，不能反映煤場存煤真實全貌。某火電廠煤場三維模擬圖形如圖1所示。

圖1　某火電廠煤場三維模擬圖形

（2） 煤場三維模擬圖形的建模數(shù)據(jù)來源于煤場皮帶電子秤裝置、斗輪機定位裝置和安裝在斗輪機上的激光盤煤系統(tǒng)。

（3） 由于煤場三維圖形為模擬圖形，因此不能精準標注和顯示煤場各種存煤的位置和煤質(zhì)數(shù)據(jù)，進而無法實施對煤場存煤的相關內(nèi)容精細化管理。

（4） 由于安裝在斗輪機上的激光盤煤系統(tǒng)對煤場存煤盤測1次耗時長，會影響日常煤場運行生產(chǎn)，所以不能每天實施，這就導致煤場三維模擬圖形的更新是定期性的，而不是實時跟蹤煤場堆形變化而更新的。此外，皮帶電子秤裝置和斗輪機定位裝置對工作環(huán)境要求較高，存在一定故障率，維護工作量也較大。

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

綜上所述，對于露天條形煤場，目前國內(nèi)燃煤電廠數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)都未實現(xiàn)對煤場存煤各項數(shù)據(jù)、圖表（三維真實圖形和煤炭報表系統(tǒng)）2方面的實時動態(tài)、便捷高頻監(jiān)測，也就無從直接指導、分析、跟蹤調(diào)整入爐煤進行運行生產(chǎn)，使得數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)的功能僅限于煤場存煤的定期靜態(tài)報表管理，降低了數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)的智能化和實用性。

2　數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)深度設計

2.1目標和方向

（1） 數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)的煤場三維圖形必須是與實際完全吻合的真實圖形；煤場三維圖形必須實時跟蹤煤場每發(fā)生一次堆/取煤后的堆形變化而更新；煤場三維圖形應標注煤種、煤量（或體積）、煤質(zhì)、溫度等參數(shù)，并形成煤場存煤情況明細附表。

（2） 利用實時更新的煤場真實三維圖形和附注報表，結合機組負荷情況、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)方案和運行方式，直接參與指導輸煤運行生產(chǎn)。

（3） 根據(jù)鍋爐燃燒效果和主要污染物排放情況，通過煤場真實三維圖形及附表的歷史數(shù)據(jù)變化和趨勢，跟蹤分析并探索出適宜于機組安全、經(jīng)濟運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，實施燃煤的對標管理。

（4） 對因煤質(zhì)影響機組安全、經(jīng)濟運行的安全事件，可以通過煤場三維圖形及附表的歷史圖形和數(shù)據(jù)，精確地對輸煤運行對應的歷史配煤煤種、數(shù)量、配比等重要數(shù)據(jù)進行技術分析，還原輸煤運行生產(chǎn)歷史過程和原貌，查找煤質(zhì)影響因素。

（5） 煤場數(shù)字化管理系統(tǒng)接入公司SIS系統(tǒng)后，相關部門和人員可對煤場數(shù)字化管理進行監(jiān)督和查詢，并為公司燃料采購決策和采購計劃提供真實、科學的第一手資料。

2.2設計總體方案

燃煤服務于火電廠生產(chǎn)系統(tǒng)，主要是通過數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)為核心環(huán)節(jié)的廠內(nèi)卸/儲/運燃煤管理系統(tǒng)來實現(xiàn)的。燃煤采購信息管理系統(tǒng)、燃煤檢質(zhì)計量管理系統(tǒng)、數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)與其他生產(chǎn)管理系統(tǒng)的關系如圖2所示。

圖2　數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)與其他生產(chǎn)管理系統(tǒng)的關系

燃煤經(jīng)檢質(zhì)和計量驗收后進入廠內(nèi)儲煤場，燃煤在煤場的信息管理和摻配煤入爐管理以真實動態(tài)3D圖形和煤炭報表形式，智能化、規(guī)范化、標準化地科學合理實施，這就是數(shù)字化煤場管理的內(nèi)容。數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)深度設計要實現(xiàn)的主要功能如圖3所示。

圖3　數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)的主要功能

2.3數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)優(yōu)化典型功能

（1） 煤場3D圖表動態(tài)可視化，且實時更新功能。煤場3D圖表隨現(xiàn)場煤堆變化實時更新，默認展示當前煤場真實三維圖形和附注報表，三維圖形可360°旋轉查看各位置堆/取煤情況，不同煤種煤質(zhì)參數(shù)都有標注顯示（接入入廠煤檢質(zhì)系統(tǒng)），并有當前實際溫度標注（接入煤場存煤溫度監(jiān)測系統(tǒng)），賦予煤場不同煤種煤垛的生產(chǎn)屬性。煤場3D圖表范例如圖4和圖5所示。圖4揭示煤場存煤結構，包括存煤總量、有效可取煤量、含風險煤種在內(nèi)的各種煤種存量及煤質(zhì)參數(shù)、結構比例、可使用周期和風險預警等。

圖4　3D數(shù)字化煤場存煤實況界面

圖5　煤場3D圖表范例

（2） 智能配煤、堆煤方案提報功能。系統(tǒng)能依據(jù)煤場場存結構數(shù)據(jù)庫，并結合煤倉煤位煤量、鍋爐信息、機組負荷計劃等，經(jīng)運算后，智能化提報入爐煤種煤質(zhì)摻配方案、堆煤位置和堆煤量等參數(shù)的堆煤方案，供工作負責人審批或修改后，下達運行指令指導輸煤運行生產(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、機組負荷情況、主要污染物排放情況等方面跟蹤數(shù)據(jù)比對，對各煤種或摻配方案運行結果做定量或定性評價。

（4） 燃煤的對標管理功能。系統(tǒng)增加對標管理智能軟件應用，以設計煤種煤質(zhì)和機組設計耗煤量為基準，通過對入廠入爐燃煤煤種煤質(zhì)、煤量、單價等方面比對，同時與其他發(fā)電集團先進電廠燃煤指標比對，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決策提供科學依據(jù)。

（5） SIS系統(tǒng)監(jiān)視和技術分析功能。煤場數(shù)字化管理系統(tǒng)接入企業(yè)的SIS生產(chǎn)系統(tǒng)，可實施對煤場燃煤管理全方位監(jiān)測，透明管理，便于數(shù)據(jù)查詢和調(diào)用。煤場數(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)影響機組運行的安全事件分析提供技術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實現(xiàn)煤場三維圖形真實且實時更新

對于條形煤場，要實現(xiàn)煤場數(shù)字化管理系統(tǒng)的煤場三維圖形真實且實時更新，則必須首先解決真實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斗輪機定位系統(tǒng)，可通過煤場激光盤煤系統(tǒng)獨立完成。

由于安裝在斗輪機上的激光盤煤系統(tǒng)盤測整個煤場耗時長，對煤場輸煤運行生產(chǎn)影響較大，因此，必須重新設計激光盤煤系統(tǒng)，改變其操作費時、程序繁瑣、故障點多、對生產(chǎn)有干擾等缺點?？蓪⒈P煤系統(tǒng)的激光掃描儀安裝在斗輪機等輸煤運行設備以外的其他建筑設施上，并在附近設置操作站，隨時對煤場存煤變化進行三維圖形采集。這樣就可實現(xiàn)煤場存煤三維圖形的實時快捷更新，同時因其獨立于輸煤生產(chǎn)系統(tǒng)之外，也不會對輸煤運行生產(chǎn)產(chǎn)生任何干擾和影響。且因為關注的是煤場存煤實時更新的真實變化而非斗輪機，因此斗輪機定位系統(tǒng)和煤場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、煤場現(xiàn)場實際、維護方便、安裝難易、投入成本、操作便捷和測量精準度，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，確定所需布設的激光掃描儀和高桿燈的數(shù)量和位置，并兼顧條形煤場夜間照度對高桿燈位置要求。該方案適用于已建露天條形煤場的改造項目，可同時解決全方位掃描范圍和夜間工作照度問題，非常便于維護和檢修。因激光掃描儀安裝位置固定、精準無位移，使得煤場激光盤煤系統(tǒng)測量精準度高。其缺點是系統(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） 利用煤場的抑塵網(wǎng)、干煤棚來安裝激光掃描儀。在煤場四周的抑塵網(wǎng)頂端部分和干煤棚內(nèi)廊道外側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)煤場現(xiàn)有照度適當增加。該方案一般只需4只掃描儀即可，而且對高桿燈新增要求不是很高，所以成本相對（1）方案較低，缺點是維護不便，而且安裝較復雜。但該方案適用于新建電廠煤場或新建煤場。在建設期，結合煤場場地情況、干煤棚和抑塵網(wǎng)構造及維護檢修便捷要求，設計、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　結束語

煤場存煤本身的規(guī)范化和信息化管理并不是數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)的終極目標，只有讓它與火電機組運行生產(chǎn)系統(tǒng)緊密結合起來，智能化、標準化地服務于機組運行生產(chǎn)系統(tǒng)，從燃料方面保證機組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，其實用價值才能得以體現(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：中國電力出版社，2015.

2 中國工程建設標準化協(xié)會化工分會.GB 50131—2007自動化儀表工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2008.

我國可再生能源發(fā)電占比超20 %

國家能源局2016-08-23對外發(fā)布《2015年度全國可再生能源電力發(fā)展監(jiān)測評價報告》。

報告顯示，到2015年底，全國可再生能源發(fā)電裝機容量達4.8億kW，發(fā)電量占全部發(fā)電量的比重超過20 %。其中，水電裝機容量3億kW，發(fā)電量10 985億kWh，占全部發(fā)電量的19.6 %；風電裝機容量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：國家電網(wǎng)公司網(wǎng)站 2016-08-27）

2016-04-20。

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