三維數(shù)字化管理系統(tǒng)圓形煤場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐

張海洋，臧杰

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261441)

三維數(shù)字化管理系統(tǒng)圓形煤場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐

張海洋，臧杰

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261441)

煤場(chǎng)管理是電廠燃料管理的重要環(huán)節(jié)，介紹了三維數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)在華電萊州發(fā)電有限公司圓形煤場(chǎng)的應(yīng)用推廣情況，論述了系統(tǒng)的主要功能和特點(diǎn)。該系統(tǒng)的建設(shè)能提升煤場(chǎng)的精益化管理水平，實(shí)現(xiàn)煤場(chǎng)燃料信息的數(shù)字化管理，對(duì)煤場(chǎng)的庫(kù)存盤點(diǎn)、摻配摻燒、采購(gòu)建議、防自燃等工作提升都有積極的促進(jìn)作用。

三維數(shù)字化管理系統(tǒng)；圓形煤場(chǎng)；精益化管理；煤場(chǎng)管理；燃料管理

0 引言

華電萊州發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱萊州公司)一期2臺(tái)百萬(wàn)千瓦機(jī)組配套建設(shè)了2個(gè)圓形煤場(chǎng)，直徑120 m，煤場(chǎng)擋煤墻凈高度17 m，儲(chǔ)煤量共36萬(wàn)t，足可供應(yīng)全廠20 d所用。投產(chǎn)后，針對(duì)圓形煤場(chǎng)堆存煤面積小、摻配摻燒難度大、煤場(chǎng)管理粗放等問(wèn)題，開展了三維數(shù)字化煤場(chǎng)項(xiàng)目試點(diǎn)建設(shè)。項(xiàng)目采用高精度傳感器和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，三維展現(xiàn)儲(chǔ)料分布的位置、形態(tài)及煤質(zhì)信息，為煤場(chǎng)管理提供了真實(shí)、高效、全方位的數(shù)據(jù)信息，并在此基礎(chǔ)上基于萊州公司的生產(chǎn)管理要求，開發(fā)試用智能摻配、科學(xué)采購(gòu)等指導(dǎo)功能模塊，將煤場(chǎng)精細(xì)化管理提升到一個(gè)新的臺(tái)階[1]。

1 系統(tǒng)布置

三維數(shù)字化煤場(chǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目搭建全時(shí)三維煤場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)和堆取料機(jī)定姿定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全天候、高精度的煤場(chǎng)形態(tài)和堆取料機(jī)姿態(tài)位置信息采集，并通過(guò)組建的千兆光纖局域網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸回集控中心中央控制站，完成數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析及應(yīng)用。

全時(shí)三維煤場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)采用3臺(tái)安裝在圓形煤場(chǎng)頂部檢修棧道上的三維激光掃描儀，全天候自動(dòng)掃描煤場(chǎng)儲(chǔ)煤形態(tài)并構(gòu)建三維模型，計(jì)算煤場(chǎng)內(nèi)的儲(chǔ)煤量。

堆取料機(jī)定姿定位系統(tǒng)，包括堆料臂的俯仰、回轉(zhuǎn)裝置，刮板機(jī)的俯仰、回轉(zhuǎn)裝置，保證堆取料作業(yè)時(shí)的精確定位。

中央控制站布置在輸煤程控室，配置服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算管理軟件和接口軟件，對(duì)采集的煤場(chǎng)形態(tài)數(shù)據(jù)和堆取料機(jī)定姿定位數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、處理，同時(shí)與已有的燃料信息管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，最終以虛擬三維和多維度數(shù)據(jù)標(biāo)簽的形式展現(xiàn)煤場(chǎng)動(dòng)態(tài)的量、質(zhì)、價(jià)、位、形信息。

2 實(shí)現(xiàn)功能

2.1 三維數(shù)據(jù)采集及存煤量計(jì)算

通過(guò)3臺(tái)盤煤儀掃描煤場(chǎng)形狀并構(gòu)建三維模型，計(jì)算出煤場(chǎng)內(nèi)的儲(chǔ)煤量，并自動(dòng)根據(jù)煤場(chǎng)作業(yè)導(dǎo)致的形態(tài)變化掃描后更新三維模型，得到不同煤種、不同時(shí)間來(lái)煤的精確存儲(chǔ)位置和存量。以往采用Excel軟件編制的煤場(chǎng)動(dòng)態(tài)管理示意圖，只能大致描述圓形煤場(chǎng)內(nèi)堆煤的煤種信息和存煤位置，并估算存煤重量，準(zhǔn)確度差，且所有工作必須手工輸入，在每次存煤和上煤后都要進(jìn)行更新，工作量大。采用三維數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)后，在每次堆取料后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行盤煤，對(duì)煤場(chǎng)存煤數(shù)據(jù)進(jìn)行更新并顯示在系統(tǒng)中，較以往手工繪圖更精準(zhǔn)高效。

2.2 堆取料作業(yè)范圍計(jì)算

根據(jù)煤場(chǎng)的實(shí)際儲(chǔ)煤分布及摻配用煤要求，自動(dòng)計(jì)算出堆取料機(jī)取料作業(yè)范圍，并通過(guò)直觀的圖形信息展現(xiàn)給運(yùn)行人員，提高上煤煤種的精確度，避免摻配取煤出現(xiàn)較大誤差。

2.3 煤場(chǎng)儲(chǔ)煤量變化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

生產(chǎn)過(guò)程中，煤場(chǎng)的卸煤、上煤、轉(zhuǎn)場(chǎng)等操作影響煤場(chǎng)儲(chǔ)煤量及儲(chǔ)煤分布變化，數(shù)字化煤場(chǎng)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)煤場(chǎng)形態(tài)及儲(chǔ)量變化。

2.4 燃煤數(shù)據(jù)歷史可溯

某一批次燃煤進(jìn)廠時(shí)，系統(tǒng)可精確知道該批次來(lái)煤的具體堆放位置、堆放形態(tài)及質(zhì)量。在持續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程中，該批次燃煤的使用情況根據(jù)三維形態(tài)實(shí)際變化詳細(xì)記錄，當(dāng)出現(xiàn)虧噸情況時(shí)可查詢某一批次來(lái)煤在廠內(nèi)的實(shí)際使用情況，真正實(shí)現(xiàn)全生命周期精細(xì)化管理。

2.5 堆取料指導(dǎo)

使用人員根據(jù)當(dāng)前煤場(chǎng)分布情況、生產(chǎn)負(fù)荷需求、配煤摻燒方案制定出堆取料方案后，輸入精確的堆取料位置，系統(tǒng)將該數(shù)據(jù)發(fā)送至位置控制終端，運(yùn)行人員按照系統(tǒng)提示的堆取料范圍進(jìn)行相關(guān)操作，同時(shí)系統(tǒng)記錄下該操作執(zhí)行時(shí)間，用于同步匹配三維掃描數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精確的堆取料操作及操作后的圖形更新。

2.6 摻配和采購(gòu)指導(dǎo)

煤場(chǎng)的科學(xué)規(guī)劃存儲(chǔ)為復(fù)雜煤源儲(chǔ)存管理提供了新的思路，結(jié)合三維煤場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量的儲(chǔ)量數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)的煤質(zhì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了不同煤種儲(chǔ)存量的實(shí)時(shí)反饋，有效縮短了生產(chǎn)用煤采購(gòu)計(jì)劃周期，降低了安全用煤儲(chǔ)存時(shí)間，減少了存煤熱值損耗。另一方面，智能摻配模塊提出了滿足萊州公司鍋爐燃燒特性及發(fā)電負(fù)荷所需的精確摻配方案，對(duì)所需煤種燃燒特性有了更全面的評(píng)估，為科學(xué)采購(gòu)提供了煤種選擇的依據(jù)。

3 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試用總結(jié)，該套系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 煤場(chǎng)盤煤管理工作

3.1.1 使用前

(1)月度頻率盤煤。(2)單個(gè)煤場(chǎng)盤煤耗時(shí)3 h。(3)受堆取料機(jī)機(jī)械限位，每個(gè)煤場(chǎng)有30°的盤存盲區(qū)。(4)依靠堆取料機(jī)盤煤，影響設(shè)備使用效率，盤煤時(shí)不能工作。(5)煤場(chǎng)盤存結(jié)果只有形態(tài)和體積數(shù)據(jù)，沒(méi)有關(guān)聯(lián)性。

3.1.2 使用后

(1)周期性或堆取料作業(yè)完成后進(jìn)行煤場(chǎng)測(cè)量。(2)每個(gè)煤場(chǎng)測(cè)量計(jì)算時(shí)間5 min。(3)無(wú)測(cè)量盲區(qū)。(4)不依靠堆取料機(jī)進(jìn)行盤煤，煤場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中可以進(jìn)行掃描。(5)提供煤場(chǎng)過(guò)程數(shù)據(jù)，形態(tài)、體積、關(guān)聯(lián)的相關(guān)屬性直觀展現(xiàn)。

3.2 煤場(chǎng)摻配管理工作

3.2.1 使用前

(1)定時(shí)人工繪制煤場(chǎng)儲(chǔ)煤分布圖。(2)人工畫圖效率低，實(shí)時(shí)性差，形狀與分界面精確度較低。(3)內(nèi)部?jī)?chǔ)煤實(shí)際情況無(wú)法知曉。(4)摻配取煤依靠人工經(jīng)驗(yàn)，容易取錯(cuò)，取煤量無(wú)法精確保障。(5)摻配效果無(wú)法真實(shí)評(píng)估。

3.2.2 使用后

(1)依靠三維激光掃描儀自動(dòng)、快速、精確繪制。(2)動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程中，對(duì)于料堆的實(shí)時(shí)變化過(guò)程進(jìn)行測(cè)量記錄，實(shí)時(shí)、真實(shí)地反饋不同料堆的邊界、位置和形態(tài)。(3)動(dòng)態(tài)測(cè)量能夠真實(shí)反映不可見的內(nèi)部料堆分布情況。(4)可視化展示摻配方案，并指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行精確取煤，異常作業(yè)報(bào)警提示。(5)能夠精確記錄實(shí)際上煤情況，計(jì)算不同煤種上煤量，為摻配效果評(píng)估提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)[2-4]。

3.3 煤場(chǎng)數(shù)據(jù)管理工作

3.3.1 使用前

(1)人工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。(2)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)容易形成數(shù)據(jù)孤島，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性差。(3)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析困難，指導(dǎo)性和前瞻性差。(4)歷史數(shù)據(jù)依靠人工查詢。

3.3.2 使用后

(1)數(shù)據(jù)自動(dòng)入庫(kù)，存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)。(2)通過(guò)各類接口實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈管理，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。(3)具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊，為摻配燃燒、科學(xué)采購(gòu)提供決策依據(jù)。(4)歷史數(shù)據(jù)可追溯，實(shí)現(xiàn)了燃料的全生命周期數(shù)據(jù)管理[3,5-6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

三維數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)在萊州公司試運(yùn)行以來(lái)，根據(jù)電廠提出的實(shí)際需求，逐步新增完善各項(xiàng)功能，較好地實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)，試用期間大幅度提高了煤場(chǎng)的精益化管理水平，也為后續(xù)智能電廠輸煤相關(guān)系統(tǒng)的建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1]孫云峰.數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)在電廠燃料管理中的應(yīng)用研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2011.

[2]夏季.火電機(jī)組配煤摻燒全過(guò)程優(yōu)化技術(shù)研究與應(yīng)用[D].武漢：華中科技大學(xué)，2013.

[3]馮星林.H火電廠智能煤場(chǎng)管理系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[4]馬愛莉.三維重建技術(shù)在數(shù)字化煤場(chǎng)中的應(yīng)用研究[D].西安：西安工業(yè)大學(xué),2011.

[5]黃立新.燃料智能化管控系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用前景[J].華電技術(shù)，2016，38(9):56-58.

[6]吳學(xué)慶,楊濤.智能煤場(chǎng)管理系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用[J].發(fā)電設(shè)備, 2012,26(4):271-274.

(本文責(zé)編：白銀雷)

2017-03-13；

2017-04-24

TM 62

B

1674-1951(2017)05-0060-02

張海洋(1983—)，男，重慶涪陵人，工程師，從事電廠輸煤系統(tǒng)設(shè)備管理方面的工作(E-mail:ocean328@163.com)。

臧杰(1983—)，女，山東濱州人，工程師，從事電廠燃料經(jīng)營(yíng)管理方面的工作。