數字化技術在燃煤發電廠燃料管理中的應用

陳 實，王宏斌，陸國棟，李小波

（電力規劃設計總院，北京 100120）

數字化技術在燃煤發電廠燃料管理中的應用

陳 實，王宏斌，陸國棟，李小波

（電力規劃設計總院，北京 100120）

燃料管理關乎燃煤發電廠安全生產和經濟效益。在燃煤發電廠燃料管理系統應用數字化技術可提高電廠燃料管理水平和效率，對于提高電廠經濟效益具有非常明顯的效果。本文通過對可應用于燃料管理系統新技術的介紹，提出了數字化燃料管理系統的解決方案和應用建議。

數字化；燃料管理；激光盤煤；RFID

1　燃煤發電廠燃料管理現狀

目前，大多數的燃煤發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：計量、取樣、制樣、化驗操作不規范；煤場堆煤無規劃，取煤無計劃，煤堆不分類，堆放時間無控制；摻配方法原始，不能有效指導安全、經濟、環保配煤摻燒工作和煤場科學儲存管理。

（2）軟件系統性差：燃料管理過程中應用了一些軟件，但是各個子系統獨立運行，沒有形成一個完整的軟件管理系統鏈，數據準確性、實時性、共享性差，難以滿足生產調度的實際需要。

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

2　與現有系統的關系

在常規的燃料控制與管理系統中，管理部分的很多信息需要手工錄入，信息的實時性、準確性無法得到保證，且管理與控制之間沒有數據共享，存在著脫節的問題。

數字化燃料管理系統是對傳統電廠燃料管理系統的再造與升級，與常規燃料管控系統相比，其主要變化體現在燃料管控的管理部分，即在燃料管理現場層的進、存、耗、驗各個環節增加數字化的監測及數據采集設備，以獲取更多的現場信息，在燃料管理的系統層對軟件系統的各個功能模塊進行統籌與整合，各個模塊既有自己獨立的功能，又能與其它功能模塊共享數據、協同工作。此外燃料控制系統和機組控制系統的數據也可通過SIS或單向數據接口傳送至軟件系統，軟件系統中各個功能模塊通過對這些數據的計算與分析，向運行人員發出運行警報或操作指導，通過運行人員將數字化燃料管理系統的優化結果反饋給控制系統，或者向管理人員提供采購建議，實現管理與控制統一協作，達到提高燃料管理效率的目的。數字化燃料管理系統與現有系統的關系見圖1。

圖1　數字化燃料管理系統與現有系統關系圖

3　可應用于燃料管理的數字化技術

3.1車輛識別系統

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

3.2自動采樣系統

自動采樣系統可實現自動采樣、自動縮分、制樣、集樣，保證采樣樣本的真實性，采樣點由計算機隨機選擇，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；對于采用翻車機卸煤方式的鐵路來煤、水路來煤、帶式輸送機來煤可采用帶式輸送機中部或頭部采樣機。

3.3自動制樣系統

利用自動制樣機，可實現自動除鐵、輸送、稱重、破碎、縮分、干燥等功能，根據選擇設備的不同，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數字化化驗

化驗室所用的儀器設備，如萬分之一天平、水分測定儀、工業分析儀、定硫儀、量熱儀等，均通過計算機與網絡相連，測量數據可自動上傳至相關的管理系統。不僅降低了化驗室工作人員的勞動強度，也提高了數據上報的準確性和實時性。

3.5自動存樣柜和氣動輸送裝置

全自動存樣柜結構類似于超市入口的自動存包柜，可實現根據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。

氣動輸送裝置可實現小顆粒樣品的快速輸送，防止樣品輸送過程中可能產生的問題。

3.6數字化盤煤系統

激光盤煤儀利用激光測距原理，采用發射—接收一體化的掃描設備，對煤場表面進行高頻率斷面掃描，獲得高密度的斷面數據，利用計算機強大的處理能力，計算出煤場的堆放體積，再利用系統從其它環節獲得的煤炭密度資料，計算出煤場存煤重量，并可將煤場形態利用三維模型顯示出來。

激光盤煤系統有移動式和固定式兩種。固定式的測量速度和精度要優于移動式。固定式激光盤煤儀只需提供穩定的安裝位置，且其掃描周期可以自由設置（需配合裝設煤場作業設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煤場溫度監測系統

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埋式和移動式兩種。大部分工程反應預埋式應用效果不好；移動式采用帶無線發射裝置的測溫桿，其使用時要避開煤場作業機具，適合人員對煤場進行巡檢時使用，或者用于存煤場易發生自燃位置的煤堆內部溫度監測。

紅外熱成像儀利用光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量，紅外輻射能量聚焦在光電探測器上并轉變為相應的電信號，再經換算轉變為被測目標的溫度值。紅外熱成像儀的使用基本不受煤場作業影響，但會受陽光、環境溫度、遠近、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皮帶明火監測系統

煤炭經過長時間運輸或儲存，由于水分揮發、壓實程度變化等因素影響，在經帶式輸送機運輸時容易發生自燃，會對皮帶安全及電廠正常生產造成影響，在皮帶上裝設紅外溫度監測儀，監測皮帶運輸的工作狀態，當有超溫時迅速報警并做相應處理。

3.9視頻監視和門禁管理系統

視頻監視系統和門禁管理系統是火電廠建設方案中的常規配置系統，可將這兩個系統的應用擴展至燃料管理全過程，尤其是對燃料進廠、煤質取樣、送樣和化驗的人員參與環節的監視，以及化驗室、存查樣室出口的控制。通過應用這兩個系統，可以對燃料管理全過程進行監視及記錄，以達到規范燃料管理流程、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　數字化燃料管理系統解決方案

4.1硬件部分

表1列出了可用于數字化燃料管理系統的主要硬件設備或系統，其中“常規配置”一欄中標“是”的項目為電廠常規配置方案中已有設備，標“否”的項目為數字化燃料管理系統新增加的設備。

在數字化燃料管理系統應用之前，電廠會按照常規燃料管理要求配置相應的設備，數字化燃料管理系統雖然有新設備的引入，但是也要依賴于上述常規設備所獲得的數據，而且可能會對上述傳統設備的參數輸出功能提出更高的要求。

4.2軟件部分

軟件系統是數字化燃料管理系統的核心，所有現場設備所采集的數據，都要經過軟件系統的分析處理，才能發揮這些數據的功用，有效指導運行人員進行燃料管理工作。按照功能可將軟件系統劃分為以下幾部分：采購計劃管理、進料管理、化驗管理、煤場管理、摻配燒管理。這些功能既相對獨立，又共享部分數據，共同構成了電廠的燃料管理功能。

進料管理系統主要針對廠外來煤，包括入廠調度管理、采樣管理、計量管理、一次編碼管理等功能。

化驗管理系統主要完成制樣、煤質分析和存查樣等管理功能。

煤場管理系統主要完成煤場的實時盤煤、煤場狀態顯示、堆料管理和取料管理等功能。

摻配燒管理系統根據發電機組發電調度指令、鍋爐設計參數、煤場存煤情況以及系統存儲的配煤摻燒方案，進行匹配計算，生成摻配列表，由審核者選定最優取煤方案，實時指導輸煤運行人員進行取煤工作。當某種優化混配方案實施后，必須對其進行定量的跟蹤評價，從而進一步修正方案，以達到最佳的摻配效果。

表1　數字化燃料管理系統主要設備

圖4　軟件系統組成示意圖

5　應用建議

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

5.1進料

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

對于采用汽車或火車進廠方式的電廠，可配置汽車入廠調度系統或火車入廠調度系統，具體數量可根據汽車衡、汽車卸煤溝、行車線、翻車機的配置情況確定。

5.2化驗

化驗環節包括制樣、化驗和存樣，其基本配置按照裝設常規制樣設備、全水分分析儀、量熱儀、測硫儀、馬弗爐、電子天平、工業分析儀等分析儀器考慮。

對于此部分的數字化建設方案，可分為低、中、高3檔配置方案。

低方案：增配編碼機3套、掃碼器若干、制樣管理系統1套、煤質分析管理系統1套，可實現自動生成煤樣標簽、掃碼識別煤樣和化驗數據直接上傳系統的功能。

中方案1：增配測氫儀、灰熔點儀各1套，增加存查樣管理系統1套，實現完善煤質分析指標和存查樣管理的目的。

中方案2：增配制樣、送樣、化驗全程視頻監視及門禁管理系統，增加存查樣管理系統1套，實現采、制、化全過程無死角監視和存查樣管理的目的。

高方案：增配全自動制樣機1套。

自動存查樣柜和氣動輸送系統不推薦采用。

5.3存料

按照電廠已配置煤場作業設備位置信號反饋裝置考慮。

對于此部分的數字化建設方案，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，監測煤堆內部溫度，對于煤堆自燃進行預警。

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車輛或軌道，并設置煤場管理系統。

高方案1：增配固定式激光盤煤儀和相應支架（如有必要），并設置煤場管理系統。對于封閉式圓形煤場，按照2個煤場、每個煤場設置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，激光盤煤儀的數量與煤場的長度有關，是變化的，取決于裝設高度和盤煤儀視角。

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

5.4取料

本部分的數字化建設主要是配置摻配燒管理系統。

建議對于新建燃煤電廠，可考慮數字化燃料管理系統的同步實施，實施前應有總體考慮，以滿足數字化管理的通訊及精度等要求，減少重復配置；對于煤源復雜，且以汽車或火車來煤為主的電廠，推薦設置進料管理系統；封閉煤場，且主要來煤為自燃傾向高或者煤種復雜的電廠，推薦配置煤場管理系統，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據接口的煤質化驗設備；摻配燒系統可根據電廠煤源和資金情況酌情配置。

6　結語

在燃煤電廠中應用數字化燃料管理系統，可為電廠燃煤全過程管理提供信息化、智能化技術支持，可以整合全流程數據進行分析，為電廠燃煤管理提供科學的決策依據；可實現管理環節無縫對接，數據不落地，提高整個電廠的生產管理效率和數據的真實性。隨著電力體制改革的不斷深化，電力企業對于成本控制的要求會越來越嚴格，通過數字化燃料管理系統的應用，可以為進行精細化管理提供技術手段，減少人為因素造成的損失，降低運行人員工作量，有效的幫助企業降本增效。隨著應用范圍的不斷擴大，產品量產以及充分競爭帶來的價格下降，將進一步推動數字化燃料管理系統的推廣與應用。數字化燃料管理系統在今后必將成為燃煤電廠燃料管理的發展方向。

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

［2］ 裘叢杰，吳永朋.火電廠煤場自燃監測系統探討［J］.發電與空調，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（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與信息系統的研究。