火电厂数字化煤场管理系统优化研究

侍云贵

（中电国际芜湖发电有限责任公司，安徽 芜湖　241009）

火电厂数字化煤场管理系统优化研究

侍云贵

（中电国际芜湖发电有限责任公司，安徽 芜湖241009）

通过对数字化煤场管理系统现状的分析，对该系统的优化进行了探讨，阐述了该系统优化后的典型功能，并针对当前该系统在露天条形煤场情况下如何形成真实且实时更新的可视化煤场三维图形问题，以及激光扫描仪安装和维护及夜间扫描操作环境照度低的问题提出了解决方案，以提高数字化煤场管理系统的实用性和智能化。

火电厂；条形煤场；数字化；煤场管理系统

0　引言

燃料成本占现代火电企业生产成本的80 %以上，因此，在火电企业生产管理的各环节中，燃料管理举足轻重，它是衡量火电企业生产经营管理水平的重要方面。燃料管理不仅仅是为了降低生产成本，其最终目的是使锅炉能稳定燃烧，为实现发电机组安全和经济运行提供燃料保障。在燃煤管理的燃料采购、检质计量及验收、以数字化煤场为核心的厂内卸/储/运全过程管理中，燃煤入炉生产流程作为火电企业燃煤管理的终端部分，直接涉及入炉煤质与锅炉燃烧稳定。对于实际采购燃煤煤种煤质与设计值差异化较大的多数非坑口燃煤电厂，如何使入炉燃煤煤质最大限度趋于锅炉燃煤设计值，避免因入炉煤质差异导致机组运行不经济、不稳定甚至停机情况发生，已成为企业内部燃料管理的核心问题。近年来，这类电厂的通常做法是充分利用煤场分区存储的各种煤种，按预先设定的取料比例，在输煤胶带流程中进行掺配，使掺混后的入炉煤煤质尽量接近锅炉燃煤设计值。因此，如何使这项工作精细化、规范化、智能化和标准化，是数字化煤场的核心使命所在，也是数字化煤场管理系统不断完善和发展的必然趋势。

1　数字化煤场管理系统现状分析

根据对国内多家燃煤电厂露天条形煤场数字化管理系统的调研，目前数字化煤场管理系统还处于初级阶段，亟待在生产实用性方面进行深度开发。数字化煤场管理系统现状分析如下。

（1） 多家燃煤电厂数字化煤场管理系统中的核心图形——煤场三维图形都是基于煤场纵向（长度方向）地址的模拟图形，而非煤场实际堆形，不能反映煤场存煤真实全貌。某火电厂煤场三维模拟图形如图1所示。

图1　某火电厂煤场三维模拟图形

（2） 煤场三维模拟图形的建模数据来源于煤场皮带电子秤装置、斗轮机定位装置和安装在斗轮机上的激光盘煤系统。

（3） 由于煤场三维图形为模拟图形，因此不能精准标注和显示煤场各种存煤的位置和煤质数据，进而无法实施对煤场存煤的相关内容精细化管理。

（4） 由于安装在斗轮机上的激光盘煤系统对煤场存煤盘测1次耗时长，会影响日常煤场运行生产，所以不能每天实施，这就导致煤场三维模拟图形的更新是定期性的，而不是实时跟踪煤场堆形变化而更新的。此外，皮带电子秤装置和斗轮机定位装置对工作环境要求较高，存在一定故障率，维护工作量也较大。

（5） 目前数字化煤场管理系统的目标和内容局限于煤场燃煤本身的周期性信息化管理和对煤场燃煤数据的定期监测，采集的数据仅用于煤场存煤的报表化管理，未能开发出以入炉配煤掺烧管理为直接服务目标的终端核心内容。数字化煤场管理属于煤场燃煤的静态管理。

综上所述，对于露天条形煤场，目前国内燃煤电厂数字化煤场管理系统都未实现对煤场存煤各项数据、图表（三维真实图形和煤炭报表系统）2方面的实时动态、便捷高频监测，也就无从直接指导、分析、跟踪调整入炉煤进行运行生产，使得数字化煤场管理系统的功能仅限于煤场存煤的定期静态报表管理，降低了数字化煤场管理系统的智能化和实用性。

2　数字化煤场管理系统深度设计

2.1目标和方向

（1） 数字化煤场管理系统的煤场三维图形必须是与实际完全吻合的真实图形；煤场三维图形必须实时跟踪煤场每发生一次堆/取煤后的堆形变化而更新；煤场三维图形应标注煤种、煤量（或体积）、煤质、温度等参数，并形成煤场存煤情况明细附表。

（2） 利用实时更新的煤场真实三维图形和附注报表，结合机组负荷情况、锅炉燃烧特性和主要污染物排放要求，确定最佳入炉煤种煤质方案和运行方式，直接参与指导输煤运行生产。

（3） 根据锅炉燃烧效果和主要污染物排放情况，通过煤场真实三维图形及附表的历史数据变化和趋势，跟踪分析并探索出适宜于机组安全、经济运行和主要污染物较低排放的各煤种煤质直接入炉和掺配入炉的生产规律，实施燃煤的对标管理。

（4） 对因煤质影响机组安全、经济运行的安全事件，可以通过煤场三维图形及附表的历史图形和数据，精确地对输煤运行对应的历史配煤煤种、数量、配比等重要数据进行技术分析，还原输煤运行生产历史过程和原貌，查找煤质影响因素。

（5） 煤场数字化管理系统接入公司SIS系统后，相关部门和人员可对煤场数字化管理进行监督和查询，并为公司燃料采购决策和采购计划提供真实、科学的第一手资料。

2.2设计总体方案

燃煤服务于火电厂生产系统，主要是通过数字化煤场管理系统为核心环节的厂内卸/储/运燃煤管理系统来实现的。燃煤采购信息管理系统、燃煤检质计量管理系统、数字化煤场管理系统与其他生产管理系统的关系如图2所示。

图2　数字化煤场管理系统与其他生产管理系统的关系

燃煤经检质和计量验收后进入厂内储煤场，燃煤在煤场的信息管理和掺配煤入炉管理以真实动态3D图形和煤炭报表形式，智能化、规范化、标准化地科学合理实施，这就是数字化煤场管理的内容。数字化煤场管理系统深度设计要实现的主要功能如图3所示。

图3　数字化煤场管理系统的主要功能

2.3数字化煤场管理系统优化典型功能

（1） 煤场3D图表动态可视化，且实时更新功能。煤场3D图表随现场煤堆变化实时更新，默认展示当前煤场真实三维图形和附注报表，三维图形可360°旋转查看各位置堆/取煤情况，不同煤种煤质参数都有标注显示（接入入厂煤检质系统），并有当前实际温度标注（接入煤场存煤温度监测系统），赋予煤场不同煤种煤垛的生产属性。煤场3D图表范例如图4和图5所示。图4揭示煤场存煤结构，包括存煤总量、有效可取煤量、含风险煤种在内的各种煤种存量及煤质参数、结构比例、可使用周期和风险预警等。

图4　3D数字化煤场存煤实况界面

图5　煤场3D图表范例

（2） 智能配煤、堆煤方案提报功能。系统能依据煤场场存结构数据库，并结合煤仓煤位煤量、锅炉信息、机组负荷计划等，经运算后，智能化提报入炉煤种煤质掺配方案、堆煤位置和堆煤量等参数的堆煤方案，供工作负责人审批或修改后，下达运行指令指导输煤运行生产。

（3） 入炉煤种煤质的跟踪分析功能。通过入炉燃烧的各煤种煤质及掺配比例等参数与锅炉燃烧情况、机组负荷情况、主要污染物排放情况等方面跟踪数据比对，对各煤种或掺配方案运行结果做定量或定性评价。

（4） 燃煤的对标管理功能。系统增加对标管理智能软件应用，以设计煤种煤质和机组设计耗煤量为基准，通过对入厂入炉燃煤煤种煤质、煤量、单价等方面比对，同时与其他发电集团先进电厂燃煤指标比对，查找差距，调整燃煤管理工作，为节约燃煤成本和燃煤采购决策提供科学依据。

（5） SIS系统监视和技术分析功能。煤场数字化管理系统接入企业的SIS生产系统，可实施对煤场燃煤管理全方位监测，透明管理，便于数据查询和调用。煤场数字化管理系统的三维图表历史数据可通过SIS系统调阅，为煤质影响机组运行的安全事件分析提供技术分析的新手段和新工具。

3　现存主要问题和解决方案

3.1实现煤场三维图形真实且实时更新

对于条形煤场，要实现煤场数字化管理系统的煤场三维图形真实且实时更新，则必须首先解决真实图形而非模拟图形问题。即图形的形成不能再依赖皮带电子秤和煤场斗轮机定位系统，可通过煤场激光盘煤系统独立完成。

由于安装在斗轮机上的激光盘煤系统盘测整个煤场耗时长，对煤场输煤运行生产影响较大，因此，必须重新设计激光盘煤系统，改变其操作费时、程序繁琐、故障点多、对生产有干扰等缺点。可将盘煤系统的激光扫描仪安装在斗轮机等输煤运行设备以外的其他建筑设施上，并在附近设置操作站，随时对煤场存煤变化进行三维图形采集。这样就可实现煤场存煤三维图形的实时快捷更新，同时因其独立于输煤生产系统之外，也不会对输煤运行生产产生任何干扰和影响。且因为关注的是煤场存煤实时更新的真实变化而非斗轮机，因此斗轮机定位系统和煤场皮带电子秤装置也就不再需要了。

3.2解决激光扫描仪的安装及照度低问题

在露天条形煤场现有抑尘网、干煤棚上安装激光扫描仪存在安装难度大、维护不便的问题。为了满足激光扫描仪全天候和全方位无死角扫描的要求，必须在解决全方位扫描的同时解决好夜间激光扫描仪工作照度问题。根据激光扫描仪最大有效射程、煤场现场实际、维护方便、安装难易、投入成本、操作便捷和测量精准度，目前施工方案主要有如下2种。

（1） 在升降式高杆灯上安装激光扫描仪。在1根升降式高杆灯的可升降照明盘上安装1只激光扫描仪，根据激光扫描仪最大有效射程，确定所需布设的激光扫描仪和高杆灯的数量和位置，并兼顾条形煤场夜间照度对高杆灯位置要求。该方案适用于已建露天条形煤场的改造项目，可同时解决全方位扫描范围和夜间工作照度问题，非常便于维护和检修。因激光扫描仪安装位置固定、精准无位移，使得煤场激光盘煤系统测量精准度高。其缺点是系统所需激光扫描仪和高杆灯较多，一般为5-8套，成本较高。

（2） 利用煤场的抑尘网、干煤棚来安装激光扫描仪。在煤场四周的抑尘网顶端部分和干煤棚内廊道外侧安装滑道和安全滑触线，滑道用来行驶装有激光扫描仪的小车，安全滑触线为其提供电源。夜间激光扫描仪工作照度问题可根据煤场现有照度适当增加。该方案一般只需4只扫描仪即可，而且对高杆灯新增要求不是很高，所以成本相对（1）方案较低，缺点是维护不便，而且安装较复杂。但该方案适用于新建电厂煤场或新建煤场。在建设期，结合煤场场地情况、干煤棚和抑尘网构造及维护检修便捷要求，设计、制作出固定在干煤棚和抑尘网上的激光扫描仪滑道、滑线、升降架等安装配件。

4　结束语

煤场存煤本身的规范化和信息化管理并不是数字化煤场管理系统的终极目标，只有让它与火电机组运行生产系统紧密结合起来，智能化、标准化地服务于机组运行生产系统，从燃料方面保证机组安全、稳定、经济运行，其实用价值才能得以体现。

1 贺小明，张顺林，胡杰，等.火电企业燃料智能化管理［M］.北京：中国电力出版社，2015.

2 中国工程建设标准化协会化工分会.GB 50131—2007自动化仪表工程施工质量验收规范［S］.北京：中国计划出版社，2008.

我国可再生能源发电占比超20 %

国家能源局2016-08-23对外发布《2015年度全国可再生能源电力发展监测评价报告》。

报告显示，到2015年底，全国可再生能源发电装机容量达4.8亿kW，发电量占全部发电量的比重超过20 %。其中，水电装机容量3亿kW，发电量10 985亿kWh，占全部发电量的19.6 %；风电装机容量1.29亿kW，发电量1 863亿kWh，占全部发电量的3.3 %；光伏发电装机容量4 318万kW，发电量392亿kWh，占全部发电量的0.7 %；生物质发电装机容量1 031万kW，发电量527亿kWh，占全部发电量的0.9 %。

（来源：国家电网公司网站 2016-08-27）

2016-04-20。

侍云贵（1967-），男，高级工程师，主要从事发电设备技术方面的研究工作，email：120150425@qq.com。