火电企业燃料智能化管理系统的构建

王亚琼　毛勇祥　张冬练　梁银海　贾儒雅

摘 要：根据火电企业燃料管理的现状，为解决火电企业燃料管理中存在的弊端，提高火电企业的核心竞争力，提高燃料管理水平，针对火电企业燃料计量、采样、制样、化验、煤场及耗用等管理环节，改善相关工作环境、设备、设施及工器具，实现煤炭计量、采制化全过程自动化、信息化、无人值守和在线管控。

关键词：火电企业 燃料管理 智能化 信息化 无人值守

中图分类号：F764.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（a）-0025-03

近年来随着电力体制改革的不断深入，电力生产已经从计划经济逐步向市场经济转变，发电成本控制已经成为发电企业增强核心竞争力的关键因素。燃料作为火电企业的主要生产原料，占火电企业发电成本的70%以上，已成为火电企业最大的成本，燃料管理水平的高低不仅反映了火电企业管理水平的高低，更加影响着火电企业的经营效益。并且随着我国煤炭市场化改革、信息化和工业化深度融合等科技进步的推进，火电企业的燃料管理工作出现了很多新情况、新问题，面临着新形势、新挑战，同时也带来了新机遇。

1 当前火电企业燃料管理现状

当前国内火电企业燃料管理的技术装备和管理手段与企业对燃料管理的需求存在不小差距。企业在燃料采购、调运、计量、采制样、化验、煤场管理等环节基本依靠人工完成，工作强度较大，智能化程度较低，燃料管理信息系统不能覆盖燃料管理全过程，燃料管理工作效率低，并存在人为因素的风险隐患。

当前火电企业燃料管理工作典型现状归纳如下。

（1）计量环节：①衡器基本具备称重数据自动上传功能，但大部分火电厂计量环节不具备车辆及矿别信息自动识别功能，需人工录入车号等信息；②人工录入车辆信息存在错误录入等隐患。

（2）采样环节：①部分火电厂仍是人工采样；②相当一部分火电厂机械采样装置的参数、位置、环境不符合国标规定；③大部分火电厂的机械采样装置存在无法实现全断面采样、采样盲区较大、无法自动识别来煤车辆及矿别信息、无法自动确定采样方案并自动分配存样装置、无法实现煤样的自动缩分、封装等问题。

（3）制样环节：①通过人工制样方式制备全水分煤样、存查煤样和一般分析煤样；②制样环节环境恶劣、噪声大、粉尘大；③劳动强度大、工作效率低。

（4）化验环节：①部分火电厂入厂煤化验室的房屋面积、环境、设施位置等不符合国家标准要求，管理不规范；②大部分火电厂不具备碳氢元素分析条件；③大部分火电厂煤质化验仪器并未接入化验网络，化验数据无法进行实时上传，仍需人工录入才能形成完整的化验报告。

（5）煤场管理：①目前煤场接卸大多只能依靠人工，大部分火电厂无法实现来煤按照预计方案引导接卸；②煤场接卸验收环节，验收信息不能自动上传；③对煤场中不同煤种的煤炭数量、质量、存煤位置及存煤时间等信息不能实现全面了解；④部分企业采用人工方式进行盘煤，工作效率和盘煤准确度较低。

（6）燃料管理系统：①部分火电企业没有燃料管理信息系统，燃料信息传递、统计分析均由人工录入，工作量大、效率低、且存在人为作弊等风险，各个环节的信息位于各自的客户端上，不能实现信息共享；②部分企业的燃料管理信息系统由于开发较早，功能不够完善，数据统计和分析功能不强，不能对管理决策提供详细支持。

2 燃料智能化建设的重要作用

燃料智能化管理的根本任务在于：做好入厂煤的验收，特别是要按照标准要求进行煤的采制化，确保进厂煤质符合供煤合同要求；做好煤场存煤及掺配监督，控制好入炉煤质，以保证锅炉机组的安全经济运行。

燃料智能化建设是一项系统工程，更是一项管理理念的变革。它有机整合自动化设备及网络信息系统等技术手段，从根本上消除燃料管理环节的人为因素，实现煤炭计量、采制化全过程自动化、信息化、无人值守和在线管控，保证入厂、入炉、库存煤炭的数量、质量、价格数据准确、真实，不仅节省人力、提高工作效率，更有效推动了燃料管理方式的转变，成为火电企业提升管理、提升效益、科技强企的有效路径，而且还可以减少腐败问题发生。可以说谁能在燃料智能化管理建设上抢占先机，谁就能在规范管理、提升经营效益上赢得主动权。

燃料智能化管理针对火电企业燃料计量、采样、制样、化验、煤场及耗用等管理环节，改善相关工作环境、设备、设施及工器具，使燃料管理符合管理及技术要求。通过燃料集中管控系统集中使用燃料管理数据、实时采集展现燃料信息、集中反馈设备异常情况。通过燃料管理信息系统，对燃料业务流程进行优化和软件程序固化，实现燃料资源管理集约化，信息传递规范化、自动化，保证了管理数据的实时性、准确性，管理衔接更顺畅。

3 燃料智能化建设各环节

火电企业燃料入厂验收主要包括燃煤数量与质量的验收，按照国家标准对相关作业环节的要求，通过对现有采样机、计量器具等硬件设备改造和新增部分设备与程序（如采样机随机布点、红外线挡车器、防计量遥控作弊等），对入厂煤入厂登记引导、过衡计量、机械采样、集样制样、接卸指挥及煤场扣杂、车辆回空、出厂磅单等业务流程，实现计算机程序自动闭环控制和视频全程监控。并能通过网络信息、移动通信等手段将现场实时采集的数据自动上传到燃料管理信息系统和相关管理者的通信工具中，及时发现和处理异常现象，减少人为干扰，提高工作效率，确保燃料验收数据的准确性、安全性和透明性。

火电企业来煤主要分为火车煤、船运煤、汽车煤及部分皮带输煤，皮带输煤多为坑口电厂专用，占得比重较少，且与火车计量采样极为相似，此处不做赘述。下面分别对火车煤、船运煤及汽车煤入厂验收分别做介绍。

3.1 火车煤

（1）入厂环节：火车煤来煤前，值班人员根据“提煤单”进行大票录入和车辆分批。火车煤入厂时通过车号识别装置，系统自动识别火车车厢的车号、车型、自重、车种、车长等信息，根据车号自动与系统录入的大票信息进行匹配。

（2）计量环节：火车煤通常采用两种计量方法：一是轨道衡直接称量法；二是采用检尺丈量车厢容积，再根据装满车厢的煤量，换算成煤的密度（t/m3），从而计算煤量。由于后者存在误差较大、计量方法较复杂、人为影响因素等缺陷，现今大中型火电企业普遍采用轨道衡验收入厂煤量，而对检尺计量验收煤量已经较少采用。

轨道衡分为静态轨道衡和动态轨道衡，顾名思义静态轨道衡是车辆在轨道衡台面上于处于静止状态下进行称量；而动态轨道衡是车辆处于低速行驶状态下进行称量。为了缩短过衡时间，加快车辆的调度、周转，多数企业采用动态轨道衡计量煤量。

车辆驶入动态轨道衡，获取车厢总重，系统将车号及过衡信息通过接口程序传入到燃料智能化管控系统中，从而实现计量环节无人值守。

（3）采用环节：火车煤采样装置分为火车煤流机械采样装置与皮带煤流采样装置。

火车煤流机械采样装置又分为桥式和龙门式采样装置。该装置是一种安装在进煤铁路线旁，从装好煤的车厢中，按有关标准规定选点采取煤样，并经过破碎缩分制成一定粒度要求煤样的专用设备。在预先设定程序的控制下，实现自动运行。

皮带煤流采样装置通常分为皮带端部采样装置和皮带中部采样装置。皮带端部采样装置是指初级采样机安装在皮带输送机端部位置，从输送机端部料流中采集子样的方式。皮带中部采样装置是指初级采样机安装在皮带输送机中部位置，从水平或倾斜运行中的输送带上采集子样的方法。皮带煤流采样装置对来煤进行全断面采样并根据批次信息自动分配集样桶，余料输入斗提机或螺旋输送机等设备返回到主煤流中。

由于火车煤流机械采样装置存在采样深度有限、采样盲点多、易出现混煤、堵煤等现象，在现在企业中逐渐退出历史的舞台，大部分企业采用皮带煤流采样装置进行火车煤采样。

3.2 船运煤

（1）入厂环节：部分沿海电厂采用船舶运煤，船舶入厂前，电子仓单发送至厂内燃料部，燃料部录入仓单信息（包含船名、供应商、航次、批单号、煤种、代码、装船重量、卸船重量）并生成来煤预报信息。船舶到港后生成纸质单据并递送到至燃料部。

（2）计量环节：船运煤计量方法有水尺计量与电子皮带秤计量。由于水尺计量存在人为观测误差大等缺陷，多数企业采用电子皮带秤进行煤量计量。

在一些沿江沿海的火电企业，通过海轮将煤运至企业专用码头，卸煤后由输煤皮带将煤转运进电厂。在输煤皮带上安装电子皮带秤，因其准确度可达到±2‰，准确度较高，在火电企业得到广泛应用。

（3）采样环节：企业采用皮带煤流采样装置对船运煤进行采样，当卸船机通过抓斗抓取一斗煤样送入皮带时，入厂皮带动作，输煤程控系统发送皮带运行信号至管控中心识别系统，识别系统将采样动作指令传递至皮带机械采样装置控制系统开始采样。当卸船机停止作业时，入厂皮带不动作，识别系统通知采样机停止运行。

3.3 汽车煤

（1）重车入厂环节：汽车煤对于所有车辆都必须进行“车辆信息卡”和“矿别卡”双卡验证，“车辆信息卡”和“矿别卡”由电厂编码室人员统一印制发放。通过射频技术获取双卡信息，自动进行车辆合法性判断并根据矿点信息分配采样方案。

（2）计量环节：应用RFID无线射频技术，实现车辆电子标签自动读取，通过红外线车辆定位系统对汽车停车位进行定位，彻底杜绝车辆不完全上衡和多台车辆同时上衡的现象。系统实现了仪表联机取数，自动记录车辆毛重，实现了汽车煤计量过程自动计量、无人值守。

（3）采样环节：汽车驶入采样区域，系统通过扫描车辆信息卡获取车辆基本信息，采样机通过超声波定位装置确定停车方位，并且根据该车辆对应的煤样信息自动形成采样方案，自动选择采样点、自动选择集样桶，通过PLC控制原理控制采样头完成多点随机全断面采样，并将采样信息传输到管控中心系统数据库。整个采样过程做到无人值守，确保煤样信息真正具有代表性，减少人为干预，提高采样效率。

3.4 火车煤、船运煤及汽车煤共同进入的环节

全自动制样环节：全自动制样机分为在线制样与离线制样两种方式。在线制样流程如下：采样机采集到的煤样，在系统控制下进行初级破碎缩分后通过全封闭皮带传送到指定全自动制样机，全自动制样机根据煤样信息进行相应的破碎、缩分、烘干等操作，自动制备出一个6 mm全水分煤样、一个3 mm存查煤样及一个0.2 mm存查煤样、一个0.2 mm化验样，并完成自动封装、芯片写码。自动制样系统实现了对煤样的自动称重、自动破碎缩分、自动调节缩分比、自动封装写码，真正达到了无人值守。采制样一体化的布局与传统的采制样相比，减少了采样送样、制样接样、混样环节，减少了制样人员的工作量，实现了采制样过程透明化、机械化、无人干预。

离线制样流程如下：对于采样机与全自动制样机布置位置相对较远无法实现在线制样的电厂，采用离线制样方式。离线制样方式又分为汽车送样与气动传输两种方式，下面分别做介绍。

（1）汽车送样：在各个采样间设计安装次级煤样收集单元，在全自动制样机的离线煤样上料装置前端设计安装分散次级样品自动分选供料单元。次级煤样集样桶的运输系统通过运输车实现，运输车与次级煤样收集单元及分散次级样品自动分选供料单元无缝对接。

次级煤样收集单元主要实现采样机来料时自动上桶接料、自动称重、读写码信息关联、灌装、自动封盖等功能。次级煤样桶经封盖后，自动输送到样桶缓存位，等待运输车进行对接。

运输车为人工驾驶电动车，具备反复充电功能。运输车应保证与次级煤样收集单元、分散次级样品自动分选供料单元接口对接，具备电动开关厢门、自动装卸样桶及车内样桶固定等功能。

分散次级样品自动分选供料单元实现多批次不同编码样桶自动读码分选、自动开盖、自动将样桶摆放到全自动制样机的离线煤样上料装置，从而实现离线全自动制样。

（2）气动传输：气动管道传输系统由中央控制机、全自动工作站、半自动工作站、动力风机单元、转换器、旁通管及传输管道组成。通过传输管道将采样机与全自动制样机联接在一起，通过动力风机的吸气和吹气，使管道内形成正负空气压力差，在中央控制系统的控制下，实现煤样瓶从采样机到全自动制样机的气动传输。从而实现离线全自动制样。

（3）煤样传输环节：全自动制样机制备的煤样通过气动管道传输系统，实现了存样间、全自动制样间、常规制样间和化验室各设备的联接，在中央控制系统的控制下，实现煤样瓶在各点的往返运动。从而实现煤样在多点的全自动存样、取样和弃样，做到全程自动化，全封闭，无人为参与。

（4）智能存查样环节：存查煤样主要是进行化验室质量管理，原始化验结果有疑问或丢失时进行再检验或发生品质纠纷或疑问时进行再检验。智能存查样柜主要用于存查样的存储及部分化验样的暂存。智能存查样柜与气动传输系统无缝对接，实现煤样从全自动制样机到智能存查样柜、从智能存查样柜到化验室的气动传输，通过智能存查样柜管理煤样的存样、取样及弃样操作，实时显示存查煤样的位置，实时监督查询存查煤样的状态，并将存查煤样管理与门禁系统结合，确保存煤、取煤动作可控、在控。智能存查样柜通过网络与管控系统进行连接，通过存查样管理系统进行统一管理，系统实时显示煤样的位置、制样存样时间、煤样类型、封装码及存取人员信息。

（5）化验室网络管理环节：燃料化验管理是入厂质量验收的末端环节，化验结果与燃煤的经济指标及发电企业效益息息相关，传统化验作业采用人工操作、分散式管理，化验结果容易因人为因素导致偏差和错漏。为了解决传统化验作业的缺陷，提高化验工作的信息化和智能化程度，采用化验室网络管理系统，建立一体化标准实验室，确保化验数据在化验室不落地的直接存储到智能管控平台的化验室信息系统。化验室网络管理主要由智能化管控平台、化验管控终端、化验仪器组成，化验管控终端完成与化验设备的接口，对化验设备进行控制，接收设备提交的化验数据，通过运算，得出化验结果。智能化管控平台与化验管控终端形成接口，交互化验信息。数据采集完成后，同一煤样的所有指标即实时生成化验单，相关管理人员可查询已提交到服务器的所有化验单信息，并对数据进行审核。

（6）智能化管控中心：以智能化管控平台为中心，通过子系统网络化，信息技术、控制技术相结合。与衡器建立数据接口，实现计量数据自动计算；与采样机控制系统建立数据接口，实现自动生成采样方案；与全自动制样机接口，自动生成编码信息；与化验设备接口，自动接收化验数据；与视频门禁系统接口，自动获取所需视频监控数据，实现对各设备运行情况的实时监控，并在设备发生异常时可以通过报警信息迅速做出响应。系统具备与自动识别系统的接口，可以动态显示车辆入厂后各个环节中数量及车号信息，方便监控人员进行车辆的调度。以燃料管理智能化、燃料信息实时化、燃料数据全面化、燃料异常管理主动化为目标，以必要的硬件设备为支撑，以数据采集技术、接口技术、图形化技术、网络技术为基础，以组态、流程方式直观展示燃料管理环节，逐渐形成燃料管理智能化、信息集成化、业务主动反馈模式。基于燃料管理网络集中、设备接口完备、多系统协调同步，实现燃料管理提升。

4 燃料智能化建设给火电企业带来的机遇

通过燃料智能化建设：以机械化作业、自动化控制、信息化管理的手段来升级改造传统燃料管理模式，促进火电企业燃料管理实现质的转变。

（1）实现管理方式的转变，使燃料管理由人工操作转变为机械自动化、网络信息化，节约人力资源、实现无人值守，提高工作效率，增强煤样代表性及化验准确性。

（2）实现管控对象的转变，使燃料管理由对采制化人员的管理转变为对设备的维护管理，实现了管理工作程序化、规范化。

（3）实现工作质量的转变，使燃料管理由粗放式管理转变为精细化管理，通过管控系统实时采集各环节设备数据、加工处理并编织成各种信息表格，及时提供给管理人员预测数据及管理依据，达到优化进煤、准确计量、真实化验、优化掺配等辅助决策效果。

近年来随着电力体制改革的不断深入，发电成本控制已经成为发电企业增强核心竞争力的关键因素。对燃料成本的控制已成为火电企业提高自身竞争力的主要途径，然而燃料智能化建设是针对火电企业燃料管理量身打造的控制系统，燃料智能化的建设必将给火电企业带来新的革命。

参考文献

[1] 曹长武.火力发电厂用煤技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2] 成刚，祝起龙，王涛涛.火电厂燃料智能化管理系统构建及自动识别技术的应用[J].煤质技术，2013（S1）：38-41.

[3] 贺小明，张顺林.火电企业燃料智能化管理[M].北京：中国电力出版社，2014.