一種基于過程控制的燃料管理信息系統(tǒng)開發(fā)

單紅星，任志平

(國電江蘇電力有限公司諫壁發(fā)電廠，上海 212006)

1 項(xiàng)目目標(biāo)

通過對國電諫壁發(fā)電廠燃料管理現(xiàn)狀的深入分析，將國電諫壁燃料管理系統(tǒng)改造項(xiàng)目建設(shè)歸納為以下目標(biāo)(圖1)。

圖1 燃料系統(tǒng)改造結(jié)構(gòu)

1.1 構(gòu)建1個(gè)管理系統(tǒng)

構(gòu)建國電諫壁發(fā)電廠燃料管理信息系統(tǒng)。

1.2 形成5化管理模式

形成燃料管理智能化、實(shí)時(shí)化、全面化、自動(dòng)化、主動(dòng)化的管理模式。

1.3 實(shí)現(xiàn)4項(xiàng)提升

提升對燃料成本控制與預(yù)測能力。

提升對燃料業(yè)務(wù)過程的管控能力。

提升對燃料信息處理與分析能力。

提升對燃料市場的靈活應(yīng)變能力。

2 改造內(nèi)容

系統(tǒng)改造主要從煤場管理、需求菜單、采購菜單、摻燒菜單、船舶調(diào)運(yùn)、燃料KPI等六個(gè)方面進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與智能化管理模式。

2.1 煤場管理

系統(tǒng)中煤場管理模塊包含場存示意圖、煤場庫存臺(tái)帳、船運(yùn)煤堆放、煤場搬倒、煤場調(diào)整以及煤場溫度管理等子模塊，實(shí)現(xiàn)對煤場的進(jìn)煤、耗煤、存煤三方面進(jìn)行管理。通過在系統(tǒng)中進(jìn)行堆放和入爐操作，完成進(jìn)煤、耗煤數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，同時(shí)對煤場存煤實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)煤場管理數(shù)字化。

場存示意圖通過二維圖形的方式來對煤場狀態(tài)(進(jìn)耗存、來船比例、煤種比例、供應(yīng)商比例、始發(fā)港比例、量質(zhì)價(jià))進(jìn)行全面直觀動(dòng)態(tài)展示，包括煤場不同區(qū)域的存煤量、熱值、硫分、揮發(fā)分、灰分、煤價(jià)，并且在系統(tǒng)中可通過點(diǎn)擊單個(gè)煤場，顯示該煤場每層的詳細(xì)信息。

通過煤場庫存臺(tái)帳圖表的形式顯示各個(gè)供應(yīng)商的各個(gè)煤種的庫存情況，煤場庫存臺(tái)帳包含庫存煤的來煤批次、供應(yīng)商名稱、煤種情況、始發(fā)港口以及堆放時(shí)間、位置、堆放量等詳細(xì)庫存煤信息，同時(shí)展示各種庫存煤的低位熱值、硫分等煤質(zhì)詳情，清楚的展現(xiàn)煤場庫存詳情。

船運(yùn)煤堆放將入廠來煤航次、煤種、煤量以及審核狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并匯總，實(shí)現(xiàn)對船運(yùn)入廠來煤的精準(zhǔn)管理。

煤場轉(zhuǎn)運(yùn)記錄來源煤場轉(zhuǎn)運(yùn)煤種的煤質(zhì)和煤量信息；將來源煤場質(zhì)量信息和目標(biāo)煤場質(zhì)量信息加權(quán)，記錄在轉(zhuǎn)運(yùn)后目標(biāo)煤場質(zhì)量信息。

煤場調(diào)整是系統(tǒng)通過獲取船煤批次和初始堆放信息，結(jié)合盤煤數(shù)據(jù)，對煤場中某一煤種的存煤量及其存煤區(qū)間進(jìn)行調(diào)整修正，實(shí)現(xiàn)存煤的動(dòng)態(tài)精確管理。

煤場溫度管理通過煤場分區(qū)，每月定時(shí)對煤場各區(qū)域進(jìn)行煤堆溫度測量，并且按照煤場溫度的高低，將煤場的溫度分為“低溫/正常溫度/高溫/高溫警報(bào)”溫度段，并以四種不同的顏色顯示，便于管理人員進(jìn)行查看以及對煤場溫度管理(圖2)。

圖2 煤場管理首頁圖

2.2 需求菜單

系統(tǒng)中需求菜單模塊包含生產(chǎn)計(jì)劃、需求計(jì)算、需求菜單三個(gè)子模塊，通過電量計(jì)劃以及下月的檢修計(jì)劃，結(jié)合煤炭市場信息，以綜合發(fā)電成本最低進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，生成對煤種、煤量的需求信息，實(shí)現(xiàn)對需求的標(biāo)準(zhǔn)化精準(zhǔn)化管理(圖3)。

生產(chǎn)計(jì)劃模塊中，系統(tǒng)按機(jī)組期數(shù)來錄入總計(jì)劃電量與總計(jì)劃供汽量，并通過公式折算出所需求總參考耗原煤量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃的清晰展示。

需求計(jì)算中通過需求計(jì)算尋優(yōu)對計(jì)劃電量與計(jì)劃供汽量進(jìn)行計(jì)算，從而得出總需求煤量，同時(shí)在系統(tǒng)中進(jìn)行展示，便于管理者知曉各個(gè)機(jī)組每月的需求情況。

需求菜單通過選擇年份、月份、期數(shù)，調(diào)取各個(gè)機(jī)組的計(jì)劃電量、計(jì)劃供汽量、參考耗煤量，并將原煤價(jià)與運(yùn)費(fèi)進(jìn)行統(tǒng)一展示，便于相關(guān)管理人員對需求計(jì)劃進(jìn)行了解。

圖3 需求菜單匯總列表

2.3 采購菜單

系統(tǒng)中采購菜單模塊包含價(jià)格和指數(shù)、期初庫存信息、采購約束條件以及月度采購計(jì)劃等子模塊，采購菜單通過建立采購策略尋優(yōu)模型，通過預(yù)計(jì)計(jì)劃電量及工況，推算下個(gè)周期的各煤種消耗量，參照庫存結(jié)構(gòu)控制控制目標(biāo)(庫存煤量目標(biāo)及庫存煤質(zhì)目標(biāo))，反推補(bǔ)償采購量(或建議采購量)，尋優(yōu)采購燃煤成本最低，綜合擬定采購策略。實(shí)現(xiàn)“摻燒指導(dǎo)采購、市場指導(dǎo)摻燒”的管理思路。

價(jià)格與指數(shù)是對當(dāng)前市場煤炭價(jià)格信息的匯總，通過對煤炭市場成本的計(jì)算展示，對煤炭成本進(jìn)行相應(yīng)的估算，在保證煤炭成本最低的情況下進(jìn)行采購(圖4)。

圖4 采購菜單綜合信息

期初庫存信息可按月度設(shè)置煤場期初庫存，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間，獲取煤場實(shí)時(shí)庫存信息，可人為手動(dòng)調(diào)整。采購約束條件中通過設(shè)置期初煤場庫存耗用及庫存耗用熱值，設(shè)置期末預(yù)計(jì)庫存總量及期末預(yù)計(jì)熱值，并提取自動(dòng)關(guān)聯(lián)計(jì)劃電量及耗煤量信息模塊，獲取耗煤邊際熱值及邊際耗煤量，通過提取自動(dòng)關(guān)聯(lián)煤炭市場信息提供對應(yīng)月份燃煤單位市場信息，通過以上條件設(shè)置月度采購約束條件，從而生成最佳采購指導(dǎo)。實(shí)現(xiàn)燃料采購的成本可控。

2.4 摻燒菜單

系統(tǒng)中摻燒菜單模塊包含摻燒監(jiān)控、摻配因子、負(fù)荷計(jì)劃、配倉方案、取煤方案、摻燒分析、摻燒評價(jià)、摻燒歷史以及成本分析等子模塊。摻燒菜單實(shí)現(xiàn)對摻燒的實(shí)時(shí)監(jiān)控，摻燒尋優(yōu)通過設(shè)定摻配因子，以煤種約束、煤倉約束、煤場煤量約束為條件，通過輸入可上倉煤種的量質(zhì)價(jià)、機(jī)組和煤倉的約束信息、摻配比例的約束以及給煤機(jī)最大出力和負(fù)荷時(shí)間段，進(jìn)行摻配尋優(yōu)計(jì)算，輸出燃料成本最低的配倉方案，該配倉方案中包含各煤倉中燃煤的種類與比例，同時(shí)還包含各方案的機(jī)組平均煤質(zhì)信息和原煤價(jià)格，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配倉，智能摻燒。

摻燒監(jiān)控將各原煤倉的進(jìn)出煤狀態(tài)實(shí)時(shí)反映到頁面中，包括每種上煤在各原煤倉中的剩余煤量，原煤倉中的煤質(zhì)情況，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)機(jī)組的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)化監(jiān)控。

摻配因子對摻配機(jī)組的煤質(zhì)范圍進(jìn)行約束設(shè)置，指出給個(gè)煤質(zhì)的最小值和最大值，同時(shí)設(shè)置各個(gè)機(jī)組下每個(gè)煤倉的煤質(zhì)范圍約束，并且設(shè)置各個(gè)機(jī)組“負(fù)荷-供電煤耗”計(jì)算公式，清晰的展示系統(tǒng)摻燒約束。

負(fù)荷計(jì)劃模塊支持每天采集網(wǎng)調(diào)/省調(diào)下發(fā)負(fù)荷計(jì)劃，通過新增負(fù)荷詳情或文件方式導(dǎo)入到系統(tǒng)，并對電廠各機(jī)組每日的發(fā)電計(jì)劃進(jìn)行登記，獲取數(shù)據(jù)后生成日負(fù)荷計(jì)劃曲線，指導(dǎo)配煤摻燒。

配倉方案中通過負(fù)荷計(jì)劃、當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)組煤質(zhì)要求、煤倉煤質(zhì)要求，結(jié)合煤場存煤情況，以綜合發(fā)電成本最低為目標(biāo)，編制配倉方案，指導(dǎo)取煤操作。實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配倉操作，為精確摻燒提供保障。

取煤方案中在選定配倉方案后，通過輸入爐燃燒特性、負(fù)荷情況及配倉方案，在滿足機(jī)組約束、煤倉約束、安全約束、比例約束、便利性約束和煤量約束的條件下，利用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，通過內(nèi)置模型進(jìn)行智能尋優(yōu)計(jì)算，得到燃煤成本/燃用煤原煤均價(jià)最低的取煤方案。

摻燒分析通過對今日計(jì)劃負(fù)荷與今日實(shí)際負(fù)荷的展示，實(shí)現(xiàn)摻燒實(shí)際方案與計(jì)劃方案的對比分析展示。摻燒評價(jià)通過煤炭耗用量、摻燒煤種、摻燒比例、摻燒熱值、入爐標(biāo)煤單價(jià)、摻燒經(jīng)濟(jì)煤種、經(jīng)濟(jì)煤種標(biāo)煤單價(jià)等，得出本次摻燒節(jié)約成本，生成對本次摻燒方案的評價(jià)。

圖5 摻燒菜單監(jiān)控圖

摻燒歷史模塊通過集中所有摻配歷史取煤方案，展示指定機(jī)組不同負(fù)荷計(jì)劃時(shí)間段特定發(fā)電出力下取煤地點(diǎn)、摻配比例、流向倉等信息，建立摻配模型和燃煤摻配歷史數(shù)據(jù)庫，從而為后續(xù)摻配方案提供參考(圖5)。

成本分析模塊中通過經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)置成本模型計(jì)算綜合發(fā)電成本，預(yù)測每種煤在不同機(jī)組容量條件下的綜合發(fā)電成本，以此作為摻配的尋優(yōu)目標(biāo)。

2.5 船舶調(diào)運(yùn)

系統(tǒng)中船舶調(diào)運(yùn)模塊包含采購計(jì)劃拆分、本月啟用船舶、船舶調(diào)運(yùn)分配、船舶調(diào)運(yùn)跟蹤以及船舶效率聯(lián)動(dòng)費(fèi)用等子模塊。船舶調(diào)運(yùn)通過已經(jīng)制定并審批結(jié)束的“采購計(jì)劃”，并進(jìn)行拆分，結(jié)合船舶運(yùn)行情況，合理地對采購的煤種安排船舶進(jìn)行調(diào)運(yùn)。

采購計(jì)劃拆分從月度采購計(jì)劃中進(jìn)行取值，相應(yīng)管理人員可對計(jì)劃進(jìn)行拆分操作，實(shí)現(xiàn)具體的采購計(jì)劃列表。

本月啟動(dòng)船舶子模塊包含本月所啟用船舶批次、船名、載重、到港時(shí)間、裝港時(shí)長等基本信息，實(shí)現(xiàn)對船舶入廠的精準(zhǔn)管理。

船舶調(diào)運(yùn)分配將采購計(jì)劃于對應(yīng)的船舶進(jìn)行匹配，將船舶分配到對應(yīng)的采購計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，同時(shí)可顯示未分配采購計(jì)劃、未分配船舶，便于管理人員進(jìn)行相關(guān)操作。

船舶調(diào)運(yùn)跟蹤以日歷表的形式，將各個(gè)船舶的計(jì)劃到廠時(shí)間顯示在日歷圖中，同時(shí)船舶調(diào)運(yùn)計(jì)劃詳情可展示各個(gè)船舶的狀態(tài)信息與調(diào)運(yùn)情況。

船舶效率聯(lián)動(dòng)費(fèi)用展示船舶的詳細(xì)信息與結(jié)算金額，實(shí)現(xiàn)調(diào)運(yùn)成本的展示(圖6)。

圖6 船舶調(diào)運(yùn)跟蹤圖

2.6 燃料KPI

系統(tǒng)中燃料KPI模塊包含燃料KPI指標(biāo)、月度標(biāo)煤單價(jià)、船舶調(diào)運(yùn)實(shí)況圖以及單船全流程數(shù)據(jù)等子模塊。燃料kPI模塊通過展示煤場詳情與標(biāo)煤單價(jià)，實(shí)現(xiàn)對煤炭成本的管理與監(jiān)控。

燃料KPI指標(biāo)子模塊以圖形化的方式多維度地展示煤場庫存，用曲線圖的顯示入廠入爐標(biāo)煤單價(jià)、摻燒率，直觀地顯示燃料關(guān)鍵指標(biāo)，便于管理者掌握燃料的關(guān)鍵指標(biāo)。

月度標(biāo)煤單價(jià)模塊將上一年度的入廠標(biāo)煤單價(jià)、本年度入廠標(biāo)煤單價(jià)以及本年度當(dāng)月考核值進(jìn)行展示，清晰的顯示標(biāo)煤單價(jià)變動(dòng)情況，便于管理者掌握標(biāo)煤單價(jià)變動(dòng)信息。

船舶調(diào)運(yùn)實(shí)況圖以日歷的形式顯示來船的狀態(tài)信息，并且可通過點(diǎn)擊日歷顯示船舶的詳細(xì)情況，便于對船舶調(diào)運(yùn)的整體情況進(jìn)行監(jiān)控管理。

單船全流程數(shù)據(jù)將各個(gè)船舶的入廠時(shí)間、供應(yīng)商、航次、接卸時(shí)間、接卸位置、煤量、煤種等信息進(jìn)行展示，實(shí)現(xiàn)船舶從入廠到出廠的全流程過程管控，實(shí)現(xiàn)了燃料接卸的可視化(圖7)。

圖7 燃料KPI指標(biāo)圖

3 建設(shè)效果

國電諫壁發(fā)電廠燃料管理系統(tǒng)改造項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在管理方面的提升，同時(shí)響應(yīng)了三單六化的建設(shè)需求，推進(jìn)燃料思路的開拓以及管理方式的升級，標(biāo)準(zhǔn)化燃料管理流程，實(shí)現(xiàn)燃料管理關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化，降低了燃料成本，增加了綜合效益。具體實(shí)現(xiàn)了如下建設(shè)效果：

3.1 采購尋優(yōu)實(shí)現(xiàn)成本可控

根據(jù)機(jī)組下月計(jì)劃發(fā)電和供熱負(fù)荷要求，結(jié)合發(fā)電負(fù)荷適應(yīng)煤質(zhì)、燒舊存新、煤場庫存結(jié)構(gòu)及庫存目標(biāo)綜合考慮，通過規(guī)劃求解尋優(yōu)模型生成滿足負(fù)荷計(jì)劃、煤場庫存耗用增補(bǔ)的采購方案，實(shí)現(xiàn)燃煤采購綜合成本最低的尋優(yōu)流程管理。

3.2 卸煤尋優(yōu)實(shí)現(xiàn)精細(xì)堆煤

根據(jù)船運(yùn)來煤礦點(diǎn)、供應(yīng)商、煤質(zhì)、煤量情況，結(jié)合煤場堆存規(guī)則、煤場庫存情況，提供基于供應(yīng)商礦點(diǎn)匹配、煤質(zhì)匹配，提供具有參考性及操作性堆放建議，促進(jìn)煤場精益管理，為配煤摻燒提供堆放支持。

3.3 配倉尋優(yōu)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配倉

系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷計(jì)劃、當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)組煤質(zhì)要求、煤倉煤質(zhì)要求，再結(jié)合煤場存煤情況，以綜合發(fā)電成本最低為目標(biāo)，編制配倉方案，指導(dǎo)取煤操作，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配倉。

3.4 摻配尋優(yōu)實(shí)現(xiàn)智能摻燒

通過設(shè)置燃燒目標(biāo)參數(shù)，建立摻配摻燒數(shù)學(xué)模型，提供安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的取煤方案，將不同種類、不同性質(zhì)的煤場堆煤及入廠來煤應(yīng)用最佳比例混配，實(shí)現(xiàn)燃煤摻燒智能化標(biāo)準(zhǔn)化。

3.5 過程管控實(shí)現(xiàn)價(jià)值可視

系統(tǒng)內(nèi)置實(shí)時(shí)成本計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)電廠燃煤成本最低核算。通過燃煤采購尋優(yōu)及摻配尋優(yōu)形成經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理全過程指導(dǎo)意見，建立燃煤從采購到入爐全過程管控機(jī)制。