火電廠智能燃料管理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馮立忠

（中煤能源新疆煤電化有限公司，新疆 昌吉 831799）

0 引言

煤炭仍是當(dāng)前我國(guó)火電企業(yè)冬季發(fā)電消耗的一個(gè)主要基礎(chǔ)燃料，占全國(guó)發(fā)電建設(shè)總成本能耗的70%以上，是促進(jìn)火電企業(yè)持續(xù)增效的主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)。煤炭的生產(chǎn)、運(yùn)輸、保管、流通已形成一套復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行體系，每一個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)行的流暢程度和經(jīng)濟(jì)性都會(huì)對(duì)影響最終的發(fā)電成本。然而，人們普遍都忽視掉了系統(tǒng)銜接的重要性，缺乏一個(gè)科學(xué)系統(tǒng)的燃料管理控制策略，導(dǎo)致火電廠的燃料物流組織結(jié)構(gòu)一直無(wú)法進(jìn)一步優(yōu)化。同時(shí)，龐雜的銜接流程、復(fù)雜繁多的設(shè)備種類(lèi)，安全事故隱患都對(duì)這個(gè)體系的正常運(yùn)行提出了挑戰(zhàn)。

1 智能燃料管理控制系統(tǒng)的建設(shè)理念

大氣污染防治的持續(xù)深入，工業(yè)4.0 智能生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)施，使火電廠在燃料監(jiān)管、節(jié)能減排、安全可靠等方面的要求更高?；痣姀S的燃料成本約占運(yùn)營(yíng)成本的60%～70%，由于在卸、運(yùn)、儲(chǔ)、配煤過(guò)程中缺合理的管控，提高了燃煤電廠的運(yùn)行成本[1]。

火電廠應(yīng)圍繞燃料的高效利用，建立全運(yùn)營(yíng)周期的智能化管理系統(tǒng)，從燃煤到工廠信息采集、鍋爐燃燒，全面采集燃煤及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息。研發(fā)計(jì)劃建立圖形化、數(shù)字化、實(shí)時(shí)化、高可靠管控系統(tǒng)，滿足分級(jí)、可擴(kuò)展的電廠安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行要求。

發(fā)電企業(yè)的目標(biāo)是重管理、增企業(yè)規(guī)模效益、創(chuàng)全省一流規(guī)模的火電發(fā)電生產(chǎn)企業(yè)。圍繞以上的遠(yuǎn)景目標(biāo)新要求，在現(xiàn)代化工業(yè)信息社會(huì)發(fā)展大潮中，利用生產(chǎn)信息化和綜合化管理的電廠建設(shè)已變得越來(lái)越重要，成為現(xiàn)代企業(yè)和當(dāng)今現(xiàn)代化管理發(fā)展必然出現(xiàn)的新方向。生產(chǎn)管理采用數(shù)字化設(shè)計(jì)的智能自動(dòng)化管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)供應(yīng)與管理生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)及全生命周期工作信息資料的高度統(tǒng)一與標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、科學(xué)化，堵住傳統(tǒng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理中技術(shù)的漏洞，在一定程度上提高了管理的效率。

2 火電廠燃料管理的各個(gè)環(huán)節(jié)分析

2.1 測(cè)量環(huán)節(jié)

對(duì)于一些部署使用智能燃料自動(dòng)管理平臺(tái)和遠(yuǎn)程控制平臺(tái)的中小型火電廠來(lái)說(shuō)，其用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量運(yùn)煤車(chē)輛的技術(shù)是射頻自動(dòng)識(shí)別防偽技術(shù)，即RFID 自動(dòng)射頻防偽技術(shù)。值班人員儀表將向進(jìn)站登記驗(yàn)證車(chē)輛發(fā)放一次車(chē)輛識(shí)別登記防偽專(zhuān)用電子標(biāo)簽，該專(zhuān)用電子標(biāo)簽也必須直接貼打在該車(chē)輛擋風(fēng)玻璃上。稱(chēng)重車(chē)輛到達(dá)目的地前，遠(yuǎn)程智能讀卡器系統(tǒng)自動(dòng)智能識(shí)別稱(chēng)重車(chē)輛目的地等相關(guān)信息，自動(dòng)匹配完成車(chē)輛稱(chēng)重任務(wù)。

2.2 采樣環(huán)節(jié)

機(jī)械取樣裝置目前主要廣泛用于我國(guó)火電企業(yè)的煤炭取樣環(huán)節(jié)，如果發(fā)現(xiàn)部分企業(yè)機(jī)械或部分采礦取樣設(shè)備出現(xiàn)重大故障，需要進(jìn)行立刻的修復(fù)或者更換。機(jī)械人工采樣系統(tǒng)存在著采樣精度盲區(qū)、采樣深度控制不足、煤樣代表性度無(wú)法完全保證、進(jìn)入煤信息系統(tǒng)無(wú)法完全自動(dòng)識(shí)別、無(wú)法自動(dòng)采樣、點(diǎn)隨機(jī)分布無(wú)法實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題。人工自動(dòng)取樣一般是在卸貨入庫(kù)后從貨物托盤(pán)的頂部或底部表面采集出煤樣數(shù)據(jù)的作業(yè)方法，勞動(dòng)強(qiáng)度更大，標(biāo)準(zhǔn)化操作程度比較低，無(wú)法預(yù)測(cè)、監(jiān)督和管理。所以，相關(guān)工作人員需要考慮自動(dòng)取樣，確定采樣方案，利用智能化管理系統(tǒng)，分配樣品儲(chǔ)罐，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)樣品包裝運(yùn)輸?shù)裙ぷ?，合理設(shè)置采樣方案、選點(diǎn)、點(diǎn)位及布置方案，確定必要的位置和人工操作，減少管理方面的漏洞。

2.3 樣品材料的加工制備儲(chǔ)存等主要環(huán)節(jié)

目前，燃煤火電企業(yè)系統(tǒng)基本上都采用比較普通的煤樣裝置直接制備儲(chǔ)存全無(wú)水分煤樣，煤樣裝置直接用于煤炭生產(chǎn)、儲(chǔ)存性能檢驗(yàn)和性能分析檢驗(yàn)，煤樣也直接用于現(xiàn)場(chǎng)各種情況的檢驗(yàn)或分析。該工藝系統(tǒng)中制樣儲(chǔ)存方式目前大多采用為純?nèi)斯ず碗x線制樣，勞動(dòng)強(qiáng)度差別較大，工作運(yùn)行效率甚低，環(huán)境較為惡劣。

2.4 樣品運(yùn)輸和樣品儲(chǔ)存的鏈接環(huán)節(jié)

在煤樣轉(zhuǎn)移過(guò)程中，煤樣桶或煤樣袋的密封措施簡(jiǎn)單，煤樣安全存在不可控風(fēng)險(xiǎn)。所以，樣品儲(chǔ)藏室需要采用智能化管理系統(tǒng)加強(qiáng)樣品運(yùn)輸和樣品儲(chǔ)存的鏈接，提升兩個(gè)環(huán)節(jié)之間的過(guò)渡環(huán)節(jié)，提升傳輸?shù)男省?/p>

2.5 測(cè)試環(huán)節(jié)

火電公司的實(shí)驗(yàn)室均滿足煤炭質(zhì)量驗(yàn)收需要，可測(cè)量總水分、工業(yè)分析、熱值和總硫，部分實(shí)驗(yàn)室還可以測(cè)量氫和煤灰溶解度。如果在總水分測(cè)試之前或之后改變稱(chēng)量質(zhì)量，總水分會(huì)發(fā)生變化，并影響接收到的基礎(chǔ)低熱值的沉降指數(shù)。且煤樣總水分不儲(chǔ)存、可追溯、不可重現(xiàn)。檢測(cè)過(guò)程中人為因素較多，風(fēng)險(xiǎn)失控。

2.6 管理環(huán)節(jié)

火電企業(yè)燃料管理人員對(duì)燃料計(jì)量測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，處理付款。然而，人工統(tǒng)計(jì)相關(guān)的測(cè)量、驗(yàn)收、結(jié)算、報(bào)告等數(shù)據(jù)效率低下且容易出錯(cuò)?；痣娖髽I(yè)煤炭庫(kù)存管理仍有待完善，煤炭分區(qū)、堆垛存儲(chǔ)不可行。相關(guān)工作人員需要根據(jù)火電廠燃料管理的具體要求，開(kāi)展一定的管理智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。依據(jù)相關(guān)的適應(yīng)性、實(shí)用性、可靠性的相關(guān)原則。利用相關(guān)的火電廠局域網(wǎng)，并且相關(guān)的工作人員需要進(jìn)一步加強(qiáng)防火墻的建設(shè)，格外重視相關(guān)體系網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量以及安全性，使用交換機(jī)，進(jìn)行一定高質(zhì)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸。與此同時(shí)，相關(guān)工作還需要對(duì)采制樣設(shè)備開(kāi)展一定的改造工作，讓整個(gè)系統(tǒng)具備一定的自動(dòng)化能力，從而完成的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采樣以及制樣等一系列的工作。還需要注意的是，還需要進(jìn)一步構(gòu)建智能化系統(tǒng)監(jiān)控中心，進(jìn)行一定的動(dòng)態(tài)監(jiān)控與管理工作[2]。

設(shè)計(jì)的智能化燃料管理系統(tǒng)包括燃料管理信息系統(tǒng)與自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，其中燃料管理信息系統(tǒng)主要搜集燃料計(jì)量數(shù)據(jù)、采制樣數(shù)據(jù)、盤(pán)煤儀數(shù)據(jù)等，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析與處理，進(jìn)而合理調(diào)度燃料，科學(xué)控制燃料庫(kù)存。自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)則負(fù)責(zé)燃料的進(jìn)出廠、采樣環(huán)節(jié)、計(jì)量環(huán)節(jié)的自動(dòng)化與信息化管理。

3 智能燃料管理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用策略

3.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

智能燃料管理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是根據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和系統(tǒng)要求，系統(tǒng)中使用的設(shè)備、工具和技術(shù)、測(cè)量、取樣和其他相關(guān)設(shè)備必須遵守這些規(guī)章制度，與系統(tǒng)接口的工具都必須是最先進(jìn)的。智能燃料管理控制系統(tǒng)還必須保證與生產(chǎn)工廠現(xiàn)場(chǎng)原有裝置相匹配，控制系統(tǒng)本身必須實(shí)現(xiàn)冗余控制，控制通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須同時(shí)實(shí)現(xiàn)冗余信號(hào)設(shè)置。系統(tǒng)應(yīng)用中采用的服務(wù)器、計(jì)算機(jī)外設(shè)等相關(guān)設(shè)備均必須要求使用高性能的CPU、大內(nèi)存設(shè)計(jì)和超大硬盤(pán)等存儲(chǔ)性能空間，以更好滿足整個(gè)系統(tǒng)需求的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性需求和高度可擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置應(yīng)考慮采用高性能工業(yè)級(jí)交換機(jī)，采用雙端口網(wǎng)絡(luò)的冗余端口設(shè)置，預(yù)留擴(kuò)展接口。應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的人機(jī)實(shí)時(shí)交互系統(tǒng)界面的響應(yīng)時(shí)間一般不需要有明顯的延遲。

3.2 智能自助樣本制備系統(tǒng)

與全自動(dòng)智能采樣及分析采集系統(tǒng)可進(jìn)行完全無(wú)縫連接，將已自動(dòng)分析采集好后的煤樣數(shù)據(jù)直接通過(guò)智能提升機(jī)直接輸至全自動(dòng)采集的制樣機(jī)，具有可移動(dòng)采集設(shè)備等諸多獨(dú)特的功能，最終可檢測(cè)得到直徑6mm 以下的全無(wú)水分煤樣，3mm 煤樣可以進(jìn)行制備工藝與成品儲(chǔ)存情況的綜合分析，煤樣信息均可實(shí)時(shí)自動(dòng)分析采集，并完全實(shí)現(xiàn)各種型號(hào)規(guī)格煤樣信息在內(nèi)的自動(dòng)分析定量包裝、自動(dòng)打碼、煤樣信息數(shù)據(jù)的自動(dòng)錄入等工作[3]。燃料自動(dòng)回收系統(tǒng)智能自動(dòng)化回收制樣生產(chǎn)系統(tǒng)，可同時(shí)通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)回收還原的煤樣數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化自動(dòng)采集分析與稱(chēng)重分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)智能化自動(dòng)分析計(jì)算以控制還原率，剩余回收的煤炭樣品均可以通過(guò)智能自動(dòng)回收傳送帶等多種輸送方式回送至生產(chǎn)線。利用智能自動(dòng)回收儲(chǔ)存裝置和智能化自動(dòng)分析檢驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)制樣到生產(chǎn)的全部過(guò)程實(shí)行智能化無(wú)人操作實(shí)時(shí)監(jiān)控值守，消除掉了在燃料的制備與工藝無(wú)人操作系統(tǒng)中產(chǎn)生的所有人為錯(cuò)誤，消除了人工的操作或干預(yù)，實(shí)現(xiàn)并杜絕了任何人與還原煤樣產(chǎn)品之間的接觸，防止作弊。

3.3 智能自動(dòng)儲(chǔ)檢系統(tǒng)

智能物流自動(dòng)分揀倉(cāng)儲(chǔ)管理及監(jiān)控巡檢系統(tǒng)平臺(tái)主要包括由監(jiān)控硬件子系統(tǒng)和智能軟件兩部分組合成。硬件系統(tǒng)部分主要有由組合柜架、智能機(jī)器人、送貨風(fēng)系統(tǒng)、煤樣自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)模塊等部分組成。軟件系統(tǒng)模塊主要是由物料運(yùn)動(dòng)過(guò)程控制系統(tǒng)、庫(kù)存數(shù)據(jù)信息查詢管理平臺(tái)系統(tǒng)模塊和用戶權(quán)限控制管理后臺(tái)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)通過(guò)供氣管道路系統(tǒng)與自動(dòng)制樣系統(tǒng)直接相連，將通過(guò)自動(dòng)制樣機(jī)產(chǎn)生出的6mm 全樣、3mm 存儲(chǔ)和測(cè)試的樣品以及分析的樣品全部輸送到自動(dòng)樣品存儲(chǔ)管理和自動(dòng)檢驗(yàn)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了3mmn的儲(chǔ)存、測(cè)試管理樣品的儲(chǔ)存運(yùn)輸、自動(dòng)檢驗(yàn)管理、水樣收集、取樣分析管理、樣品的臨時(shí)運(yùn)輸處理和自動(dòng)臨時(shí)儲(chǔ)存管理。采用伺服自動(dòng)控制系統(tǒng)，是獨(dú)立執(zhí)行整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和樣品儲(chǔ)存信息的中心系統(tǒng)和授權(quán)管理系統(tǒng)批準(zhǔn)的抽樣控制系統(tǒng)。在收到樣品信息后，將其用于傳輸[4]。同時(shí)，系統(tǒng)也可以隨時(shí)根據(jù)權(quán)限和管理系統(tǒng)所批準(zhǔn)使用的樣品瓶中的樣品保存期限信息，自動(dòng)進(jìn)行定期的清洗取樣和丟棄樣品。在完成取樣保存和樣品運(yùn)輸任務(wù)過(guò)程中，也需要對(duì)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)讀取存儲(chǔ)和分析驗(yàn)證，并同時(shí)將所有樣品信息數(shù)據(jù)通過(guò)管控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸存儲(chǔ)到管理系統(tǒng)下一個(gè)運(yùn)行階段。煤樣采集作為一項(xiàng)循環(huán)的試驗(yàn)過(guò)程，相關(guān)工作人員可以實(shí)行油品從設(shè)計(jì)生產(chǎn)加工到計(jì)量測(cè)試出廠的全監(jiān)控工作，并實(shí)現(xiàn)一定程度上的無(wú)人值守。并同時(shí)可隨時(shí)將各類(lèi)數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳輸反饋至燃油品質(zhì)管控平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息流之間的有效無(wú)縫銜接。

3.4 樣瓶氣送系統(tǒng)

樣品瓶送風(fēng)系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)、風(fēng)向開(kāi)關(guān)、傳輸站、管道換向器、收發(fā)站、傳輸瓶、中控站、傳輸管道等組成[5]。樣品瓶通過(guò)多個(gè)連接件進(jìn)行運(yùn)輸。將站點(diǎn)發(fā)送到自動(dòng)化樣品制備室、實(shí)驗(yàn)室、自動(dòng)化存儲(chǔ)和測(cè)試樣品柜、廢物裝瓶室等。在運(yùn)輸煤樣過(guò)程中避免人為干預(yù)，消除人為樣品改變的風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 網(wǎng)絡(luò)配置

智能燃料管理控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，滿足高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸帶寬要求，保證網(wǎng)絡(luò)管理員可以隨時(shí)高速訪問(wèn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。采用相關(guān)的模式，局域網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的部分任務(wù)主要包括與燃料、實(shí)驗(yàn)室、煤場(chǎng)、礦山、加工中心場(chǎng)地等單位各種硬件設(shè)施之間的網(wǎng)絡(luò)連接，有關(guān)煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸信息程序網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行控制，以及硬件設(shè)施網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)與各信息點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信連接。需要冗余配置，由于燃油數(shù)據(jù)與汽車(chē)其他輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接通信時(shí)具有的高度安全性特征和獨(dú)立性，保證了信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全，阻擋了病毒和黑客的攻擊，并根據(jù)管理信息區(qū)的防護(hù)等級(jí)。

3.6 設(shè)置全程一體化監(jiān)控平臺(tái)

由于管理的環(huán)節(jié)較多，所以相關(guān)工作人員需要整合內(nèi)外部信息，建立高效融化的集中管控平臺(tái)，從而在一定程度上推動(dòng)燃料的精細(xì)化、智能化管理。智慧管理系統(tǒng)的深入應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)管理，有利于促進(jìn)信息集成，并提升管理的信息流通以及處理的效率與品質(zhì)，并在一定程度上推動(dòng)了電廠與集團(tuán)燃料的縱向貫通。與此同時(shí)，相關(guān)工作人員利用完善、體系化的數(shù)字化管理，讓煤場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用。并利用實(shí)時(shí)監(jiān)控的技術(shù)來(lái)檢測(cè)煤堆，從而實(shí)現(xiàn)了智能精細(xì)化的管理，有利于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高質(zhì)量的傳輸。并且，還可以進(jìn)行一定的混配管理，利用這一個(gè)科學(xué)先進(jìn)的算法，依據(jù)煤場(chǎng)存煤情況、燃料特性等數(shù)據(jù)開(kāi)展一定的綜合運(yùn)算工作，從而使用合理的混配策略，提升數(shù)據(jù)的科學(xué)性。實(shí)現(xiàn)了企業(yè)燃油的供應(yīng)與管理生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)及全生命周期工作信息資料的高度統(tǒng)一與標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、科學(xué)化，堵住傳統(tǒng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理中技術(shù)的漏洞，提高效率。

3.7 來(lái)料閉環(huán)管理

3.7.1 列車(chē)進(jìn)出閉環(huán)管理

相關(guān)工作人員可以將車(chē)輪識(shí)別和車(chē)號(hào)識(shí)別裝置安裝在工廠主軌道上，用于自動(dòng)識(shí)別進(jìn)出車(chē)廂的車(chē)號(hào)。該裝置具有防止車(chē)皮脫落和記錄汽車(chē)上下的時(shí)間的功能。與此同時(shí)，后續(xù)的測(cè)量、采樣等環(huán)節(jié)形成了列車(chē)的閉環(huán)管理。

3.7.2 水運(yùn)進(jìn)煤實(shí)時(shí)跟蹤

通過(guò)高清視頻運(yùn)動(dòng)識(shí)別技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)港船舶的行程以及變化。相關(guān)工作人員可以通過(guò)手機(jī)APP 實(shí)現(xiàn)煤炭運(yùn)輸船的離港管理。并同時(shí)可以隨時(shí)將各類(lèi)數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳輸反饋至燃油品質(zhì)管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息之間的有效無(wú)縫的銜接。讓相關(guān)工作人員可以收集更多的數(shù)據(jù)，并利用大數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃油消耗質(zhì)量和價(jià)格的變化，從而實(shí)現(xiàn)煤炭燃燒精細(xì)化、智能化管理。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，火電廠智能燃料管理控制系統(tǒng)運(yùn)用現(xiàn)代成熟技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)煤炭從入廠到燃燒控制全流程、全數(shù)據(jù)覆蓋及重要數(shù)據(jù)可視化等智能管控，最終實(shí)現(xiàn)樣本分析、成本分析、摻配管控，從而有效降低燃料成本，提高火力發(fā)電廠的競(jìng)爭(zhēng)能力，在電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。