火電廠數字化煤場管理系統優化研究

侍云貴

（中電國際蕪湖發電有限責任公司，安徽 蕪湖　241009）

火電廠數字化煤場管理系統優化研究

侍云貴

（中電國際蕪湖發電有限責任公司，安徽 蕪湖241009）

通過對數字化煤場管理系統現狀的分析，對該系統的優化進行了探討，闡述了該系統優化后的典型功能，并針對當前該系統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境照度低的問題提出了解決方案，以提高數字化煤場管理系統的實用性和智能化。

火電廠；條形煤場；數字化；煤場管理系統

0　引言

燃料成本占現代火電企業生產成本的80 %以上，因此，在火電企業生產管理的各環節中，燃料管理舉足輕重，它是衡量火電企業生產經營管理水平的重要方面。燃料管理不僅僅是為了降低生產成本，其最終目的是使鍋爐能穩定燃燒，為實現發電機組安全和經濟運行提供燃料保障。在燃煤管理的燃料采購、檢質計量及驗收、以數字化煤場為核心的廠內卸/儲/運全過程管理中，燃煤入爐生產流程作為火電企業燃煤管理的終端部分，直接涉及入爐煤質與鍋爐燃燒穩定。對于實際采購燃煤煤種煤質與設計值差異化較大的多數非坑口燃煤電廠，如何使入爐燃煤煤質最大限度趨于鍋爐燃煤設計值，避免因入爐煤質差異導致機組運行不經濟、不穩定甚至停機情況發生，已成為企業內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盡量接近鍋爐燃煤設計值。因此，如何使這項工作精細化、規范化、智能化和標準化，是數字化煤場的核心使命所在，也是數字化煤場管理系統不斷完善和發展的必然趨勢。

1　數字化煤場管理系統現狀分析

根據對國內多家燃煤電廠露天條形煤場數字化管理系統的調研，目前數字化煤場管理系統還處于初級階段，亟待在生產實用性方面進行深度開發。數字化煤場管理系統現狀分析如下。

（1） 多家燃煤電廠數字化煤場管理系統中的核心圖形——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據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。

（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數據，進而無法實施對煤場存煤的相關內容精細化管理。

（4） 由于安裝在斗輪機上的激光盤煤系統對煤場存煤盤測1次耗時長，會影響日常煤場運行生產，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境要求較高，存在一定故障率，維護工作量也較大。

（5） 目前數字化煤場管理系統的目標和內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據的定期監測，采集的數據僅用于煤場存煤的報表化管理，未能開發出以入爐配煤摻燒管理為直接服務目標的終端核心內容。數字化煤場管理屬于煤場燃煤的靜態管理。

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

2　數字化煤場管理系統深度設計

2.1目標和方向

（1） 數字化煤場管理系統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、溫度等參數，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方案和運行方式，直接參與指導輸煤運行生產。

（3） 根據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據變化和趨勢，跟蹤分析并探索出適宜于機組安全、經濟運行和主要污染物較低排放的各煤種煤質直接入爐和摻配入爐的生產規律，實施燃煤的對標管理。

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

（5） 煤場數字化管理系統接入公司SIS系統后，相關部門和人員可對煤場數字化管理進行監督和查詢，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系統，主要是通過數字化煤場管理系統為核心環節的廠內卸/儲/運燃煤管理系統來實現的。燃煤采購信息管理系統、燃煤檢質計量管理系統、數字化煤場管理系統與其他生產管理系統的關系如圖2所示。

圖2　數字化煤場管理系統與其他生產管理系統的關系

燃煤經檢質和計量驗收后進入廠內儲煤場，燃煤在煤場的信息管理和摻配煤入爐管理以真實動態3D圖形和煤炭報表形式，智能化、規范化、標準化地科學合理實施，這就是數字化煤場管理的內容。數字化煤場管理系統深度設計要實現的主要功能如圖3所示。

圖3　數字化煤場管理系統的主要功能

2.3數字化煤場管理系統優化典型功能

（1） 煤場3D圖表動態可視化，且實時更新功能。煤場3D圖表隨現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，不同煤種煤質參數都有標注顯示（接入入廠煤檢質系統），并有當前實際溫度標注（接入煤場存煤溫度監測系統），賦予煤場不同煤種煤垛的生產屬性。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、含風險煤種在內的各種煤種存量及煤質參數、結構比例、可使用周期和風險預警等。

圖4　3D數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。系統能依據煤場場存結構數據庫，并結合煤倉煤位煤量、鍋爐信息、機組負荷計劃等，經運算后，智能化提報入爐煤種煤質摻配方案、堆煤位置和堆煤量等參數的堆煤方案，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。

（3） 入爐煤種煤質的跟蹤分析功能。通過入爐燃燒的各煤種煤質及摻配比例等參數與鍋爐燃燒情況、機組負荷情況、主要污染物排放情況等方面跟蹤數據比對，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。系統增加對標管理智能軟件應用，以設計煤種煤質和機組設計耗煤量為基準，通過對入廠入爐燃煤煤種煤質、煤量、單價等方面比對，同時與其他發電集團先進電廠燃煤指標比對，查找差距，調整燃煤管理工作，為節約燃煤成本和燃煤采購決策提供科學依據。

（5） SIS系統監視和技術分析功能。煤場數字化管理系統接入企業的SIS生產系統，可實施對煤場燃煤管理全方位監測，透明管理，便于數據查詢和調用。煤場數字化管理系統的三維圖表歷史數據可通過SIS系統調閱，為煤質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　現存主要問題和解決方案

3.1實現煤場三維圖形真實且實時更新

對于條形煤場，要實現煤場數字化管理系統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，可通過煤場激光盤煤系統獨立完成。

由于安裝在斗輪機上的激光盤煤系統盤測整個煤場耗時長，對煤場輸煤運行生產影響較大，因此，必須重新設計激光盤煤系統，改變其操作費時、程序繁瑣、故障點多、對生產有干擾等缺點。可將盤煤系統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系統之外，也不會對輸煤運行生產產生任何干擾和影響。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

在露天條形煤場現有抑塵網、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。根據激光掃描儀最大有效射程、煤場現場實際、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測量精準度高。其缺點是系統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、干煤棚來安裝激光掃描儀。在煤場四周的抑塵網頂端部分和干煤棚內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煤場現有照度適當增加。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

煤場存煤本身的規范化和信息化管理并不是數字化煤場管理系統的終極目標，只有讓它與火電機組運行生產系統緊密結合起來，智能化、標準化地服務于機組運行生產系統，從燃料方面保證機組安全、穩定、經濟運行，其實用價值才能得以體現。

1 賀小明，張順林，胡杰，等.火電企業燃料智能化管理［M］.北京：中國電力出版社，2015.

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

我國可再生能源發電占比超20 %

國家能源局2016-08-23對外發布《2015年度全國可再生能源電力發展監測評價報告》。

報告顯示，到2015年底，全國可再生能源發電裝機容量達4.8億kW，發電量占全部發電量的比重超過20 %。其中，水電裝機容量3億kW，發電量10 985億kWh，占全部發電量的19.6 %；風電裝機容量1.29億kW，發電量1 863億kWh，占全部發電量的3.3 %；光伏發電裝機容量4 318萬kW，發電量392億kWh，占全部發電量的0.7 %；生物質發電裝機容量1 031萬kW，發電量527億kWh，占全部發電量的0.9 %。

（來源：國家電網公司網站 2016-08-27）

2016-04-20。

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