数字化技术在燃煤发电厂燃料管理中的应用

陈 实，王宏斌，陆国栋，李小波

（电力规划设计总院，北京 100120）

数字化技术在燃煤发电厂燃料管理中的应用

陈 实，王宏斌，陆国栋，李小波

（电力规划设计总院，北京 100120）

燃料管理关乎燃煤发电厂安全生产和经济效益。在燃煤发电厂燃料管理系统应用数字化技术可提高电厂燃料管理水平和效率，对于提高电厂经济效益具有非常明显的效果。本文通过对可应用于燃料管理系统新技术的介绍，提出了数字化燃料管理系统的解决方案和应用建议。

数字化；燃料管理；激光盘煤；RFID

1　燃煤发电厂燃料管理现状

目前，大多数的燃煤发电厂在燃料管理上主要存在着以下三方面问题：

（1）管理粗放：计量、取样、制样、化验操作不规范；煤场堆煤无规划，取煤无计划，煤堆不分类，堆放时间无控制；掺配方法原始，不能有效指导安全、经济、环保配煤掺烧工作和煤场科学储存管理。

（2）软件系统性差：燃料管理过程中应用了一些软件，但是各个子系统独立运行，没有形成一个完整的软件管理系统链，数据准确性、实时性、共享性差，难以满足生产调度的实际需要。

（3）硬件不完善：原有设备的功能不能满足新型数字化燃料管理系统的要求，如设备精度不够，设备状态、功能参数的输出信号不足等。

2　与现有系统的关系

在常规的燃料控制与管理系统中，管理部分的很多信息需要手工录入，信息的实时性、准确性无法得到保证，且管理与控制之间没有数据共享，存在着脱节的问题。

数字化燃料管理系统是对传统电厂燃料管理系统的再造与升级，与常规燃料管控系统相比，其主要变化体现在燃料管控的管理部分，即在燃料管理现场层的进、存、耗、验各个环节增加数字化的监测及数据采集设备，以获取更多的现场信息，在燃料管理的系统层对软件系统的各个功能模块进行统筹与整合，各个模块既有自己独立的功能，又能与其它功能模块共享数据、协同工作。此外燃料控制系统和机组控制系统的数据也可通过SIS或单向数据接口传送至软件系统，软件系统中各个功能模块通过对这些数据的计算与分析，向运行人员发出运行警报或操作指导，通过运行人员将数字化燃料管理系统的优化结果反馈给控制系统，或者向管理人员提供采购建议，实现管理与控制统一协作，达到提高燃料管理效率的目的。数字化燃料管理系统与现有系统的关系见图1。

图1　数字化燃料管理系统与现有系统关系图

3　可应用于燃料管理的数字化技术

3.1车辆识别系统

射频识别（RFID：Radio Frequency Identification）技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID系统通常由电子标签（射频标签）和阅读器（包括天线）组成。RFID具有快速识别、体积小、穿透性好、抗污损能力强的特点，十分适合燃料运输车辆识别使用。将RFID技术应用于汽车或火车识别，可以实现电厂对于燃料运输车辆的识别、引导与检查，辅助完成燃料入厂管理。

3.2自动采样系统

自动采样系统可实现自动采样、自动缩分、制样、集样，保证采样样本的真实性，采样点由计算机随机选择，保证采样的公平性和公正性。对于火车和汽车来煤，可采用桥式（门式）、或者悬臂式采样机；对于采用翻车机卸煤方式的铁路来煤、水路来煤、带式输送机来煤可采用带式输送机中部或头部采样机。

3.3自动制样系统

利用自动制样机，可实现自动除铁、输送、称重、破碎、缩分、干燥等功能，根据选择设备的不同，可以自动制出6 mm、3 mm和0.2 mm等若干煤样。整个过程全自动、无人值守，煤样可自动分装喷码。

3.4数字化化验

化验室所用的仪器设备，如万分之一天平、水分测定仪、工业分析仪、定硫仪、量热仪等，均通过计算机与网络相连，测量数据可自动上传至相关的管理系统。不仅降低了化验室工作人员的劳动强度，也提高了数据上报的准确性和实时性。

3.5自动存样柜和气动输送装置

全自动存样柜结构类似于超市入口的自动存包柜，可实现根据样品条码自动安排存样位置、记录存样时间、提醒样品过期等功能。

气动输送装置可实现小颗粒样品的快速输送，防止样品输送过程中可能产生的问题。

3.6数字化盘煤系统

激光盘煤仪利用激光测距原理，采用发射—接收一体化的扫描设备，对煤场表面进行高频率断面扫描，获得高密度的断面数据，利用计算机强大的处理能力，计算出煤场的堆放体积，再利用系统从其它环节获得的煤炭密度资料，计算出煤场存煤重量，并可将煤场形态利用三维模型显示出来。

激光盘煤系统有移动式和固定式两种。固定式的测量速度和精度要优于移动式。固定式激光盘煤仪只需提供稳定的安装位置，且其扫描周期可以自由设置（需配合装设煤场作业设备的位置信号反馈装置），见图2、图3。

图2　封闭式煤场激光盘煤仪示意图

3.7煤场温度监测系统

测试煤堆温度变化的仪器，主要有温度传感器和红外热成像仪两种方法。

温度传感器主要有预埋式和移动式两种。大部分工程反应预埋式应用效果不好；移动式采用带无线发射装置的测温杆，其使用时要避开煤场作业机具，适合人员对煤场进行巡检时使用，或者用于存煤场易发生自燃位置的煤堆内部温度监测。

红外热成像仪利用光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外辐射能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，再经换算转变为被测目标的温度值。红外热成像仪的使用基本不受煤场作业影响，但会受阳光、环境温度、远近、角度等因素影响。由于红外热成像仪只能测量物体表面温度，因而其测量有较大的滞后性。

3.8皮带明火监测系统

煤炭经过长时间运输或储存，由于水分挥发、压实程度变化等因素影响，在经带式输送机运输时容易发生自燃，会对皮带安全及电厂正常生产造成影响，在皮带上装设红外温度监测仪，监测皮带运输的工作状态，当有超温时迅速报警并做相应处理。

3.9视频监视和门禁管理系统

视频监视系统和门禁管理系统是火电厂建设方案中的常规配置系统，可将这两个系统的应用扩展至燃料管理全过程，尤其是对燃料进厂、煤质取样、送样和化验的人员参与环节的监视，以及化验室、存查样室出口的控制。通过应用这两个系统，可以对燃料管理全过程进行监视及记录，以达到规范燃料管理流程、减少燃料管理过程中舞弊行为的目的。

图3　露天煤场激光盘煤仪示意图

4　数字化燃料管理系统解决方案

4.1硬件部分

表1列出了可用于数字化燃料管理系统的主要硬件设备或系统，其中“常规配置”一栏中标“是”的项目为电厂常规配置方案中已有设备，标“否”的项目为数字化燃料管理系统新增加的设备。

在数字化燃料管理系统应用之前，电厂会按照常规燃料管理要求配置相应的设备，数字化燃料管理系统虽然有新设备的引入，但是也要依赖于上述常规设备所获得的数据，而且可能会对上述传统设备的参数输出功能提出更高的要求。

4.2软件部分

软件系统是数字化燃料管理系统的核心，所有现场设备所采集的数据，都要经过软件系统的分析处理，才能发挥这些数据的功用，有效指导运行人员进行燃料管理工作。按照功能可将软件系统划分为以下几部分：采购计划管理、进料管理、化验管理、煤场管理、掺配烧管理。这些功能既相对独立，又共享部分数据，共同构成了电厂的燃料管理功能。

进料管理系统主要针对厂外来煤，包括入厂调度管理、采样管理、计量管理、一次编码管理等功能。

化验管理系统主要完成制样、煤质分析和存查样等管理功能。

煤场管理系统主要完成煤场的实时盘煤、煤场状态显示、堆料管理和取料管理等功能。

掺配烧管理系统根据发电机组发电调度指令、锅炉设计参数、煤场存煤情况以及系统存储的配煤掺烧方案，进行匹配计算，生成掺配列表，由审核者选定最优取煤方案，实时指导输煤运行人员进行取煤工作。当某种优化混配方案实施后，必须对其进行定量的跟踪评价，从而进一步修正方案，以达到最佳的掺配效果。

表1　数字化燃料管理系统主要设备

图4　软件系统组成示意图

5　应用建议

由于不同的电厂在燃料管理方面面临的问题不同，且燃料系统的组成也不尽相同，因此本文按照进、验、存、耗4个部分，根据需求类型进行了分类，提出可采用的配置方案。

5.1进料

按照电厂已配置自动采样机和相应的称重装置（如汽车衡、轨道衡、皮带秤等）考虑。

对于采用汽车或火车进厂方式的电厂，可配置汽车入厂调度系统或火车入厂调度系统，具体数量可根据汽车衡、汽车卸煤沟、行车线、翻车机的配置情况确定。

5.2化验

化验环节包括制样、化验和存样，其基本配置按照装设常规制样设备、全水分分析仪、量热仪、测硫仪、马弗炉、电子天平、工业分析仪等分析仪器考虑。

对于此部分的数字化建设方案，可分为低、中、高3档配置方案。

低方案：增配编码机3套、扫码器若干、制样管理系统1套、煤质分析管理系统1套，可实现自动生成煤样标签、扫码识别煤样和化验数据直接上传系统的功能。

中方案1：增配测氢仪、灰熔点仪各1套，增加存查样管理系统1套，实现完善煤质分析指标和存查样管理的目的。

中方案2：增配制样、送样、化验全程视频监视及门禁管理系统，增加存查样管理系统1套，实现采、制、化全过程无死角监视和存查样管理的目的。

高方案：增配全自动制样机1套。

自动存查样柜和气动输送系统不推荐采用。

5.3存料

按照电厂已配置煤场作业设备位置信号反馈装置考虑。

对于此部分的数字化建设方案，可分为低、中、高3档配置方案。

低方案：增配若干移动测温仪，布置于煤场易自燃位置，或由巡检人员使用，监测煤堆内部温度，对于煤堆自燃进行预警。

中方案：此方案仅针对露天煤场。增配移动式激光盘煤仪和相应车辆或轨道，并设置煤场管理系统。

高方案1：增配固定式激光盘煤仪和相应支架（如有必要），并设置煤场管理系统。对于封闭式圆形煤场，按照2个煤场、每个煤场设置3个120度均布的激光盘煤仪考虑；对于封闭式或露天条形煤场，激光盘煤仪的数量与煤场的长度有关，是变化的，取决于装设高度和盘煤仪视角。

高方案2：增配煤场红外线热成像仪和相应支架（如有必要），加强对煤场温度监控，尽量减少自燃损失。

5.4取料

本部分的数字化建设主要是配置掺配烧管理系统。

建议对于新建燃煤电厂，可考虑数字化燃料管理系统的同步实施，实施前应有总体考虑，以满足数字化管理的通讯及精度等要求，减少重复配置；对于煤源复杂，且以汽车或火车来煤为主的电厂，推荐设置进料管理系统；封闭煤场，且主要来煤为自燃倾向高或者煤种复杂的电厂，推荐配置煤场管理系统，对于易自燃煤种，可配置少量移动式测温杆；所有的电厂均推荐配置带数据接口的煤质化验设备；掺配烧系统可根据电厂煤源和资金情况酌情配置。

6　结语

在燃煤电厂中应用数字化燃料管理系统，可为电厂燃煤全过程管理提供信息化、智能化技术支持，可以整合全流程数据进行分析，为电厂燃煤管理提供科学的决策依据；可实现管理环节无缝对接，数据不落地，提高整个电厂的生产管理效率和数据的真实性。随着电力体制改革的不断深化，电力企业对于成本控制的要求会越来越严格，通过数字化燃料管理系统的应用，可以为进行精细化管理提供技术手段，减少人为因素造成的损失，降低运行人员工作量，有效的帮助企业降本增效。随着应用范围的不断扩大，产品量产以及充分竞争带来的价格下降，将进一步推动数字化燃料管理系统的推广与应用。数字化燃料管理系统在今后必将成为燃煤电厂燃料管理的发展方向。

［1］ 刘俊业.桥二电厂1#储煤场激光盘煤系统安装及应用［J］.青海电力，2001，（3）.

［2］ 裘丛杰，吴永朋.火电厂煤场自燃监测系统探讨［J］.发电与空调，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

陈实（1977- ），男，河北定兴县人，硕士，高级工程师，主要从事电厂仪控系统与信息系统的研究。