浅谈智慧煤场运行的开发与应用

2020-07-04马建勇

科技与创新 2020年12期

关键词：煤场轮机火力发电厂

马建勇

浅谈智慧煤场运行的开发与应用

马建勇

（浙江浙能绍兴滨海热电有限责任公司，浙江绍兴 312073）

火力发电厂（包括热电联产）以燃煤作为主要的能源材料，智能化的燃煤运输、管理及输煤设备的运行维护是智慧电厂重要环节之一。针对火力发电厂中智慧煤场运行的技术改造应用和开发进行探讨。

火力发电厂；巡检机器人；无人值守；技术改造

传统火力发电厂煤场通常承担了燃煤管理、输煤设备运行、检修等相关工作，主要负责火力发电厂的“口粮”。百万兆瓦机组容量的电厂每天耗煤近万吨，因此如何高效地实现现代化智能运输、管理、维护输煤设备，提高火电厂智能化水平，提高生产效率是当前需要探讨的主要问题之一。

1 传统火力发电厂煤场运行中的问题

火力发电厂煤场主要包括码头（铁路货运站）及卸煤系统、煤场储煤系统、筛碎系统、输送系统及相关辅助设备。煤场运行包括运行班长、程控值班员、主值、副值、司机（斗轮机、卸船机、翻车机等），由于煤场在生产中具有重要作用，必须进行有效巡检。运行状态是否正常直接关系到全厂的安全与生产。煤场运行时噪声大、有扬尘，会在一定程度上危害矿工的身心健康，不适合人工巡检。再如带式输送机承担着运输的重要任务，但随着带式输送系统相关设备逐渐老化，故障明显增多，漏检现象时有发生，甚至在巡检周期内出现故障。除人工巡检以外，目前这些设备通常采用数量有限的固定传感器及固定监控摄像头进行监测，很难全面、准确、实时地检测并获得设备的运行状态。而大量的简单重复性操作，如斗轮机、卸船机、翻车机运行都离不开人员操作。因此，随着科学技术的发展、互联网技术的运用及智慧电厂的开发，传统火力发电厂煤场运行将迎来机器代替人实现自动化创新的智慧煤场的变革。首先从煤场运行的现状进行分析，目前主要存在以下问题有待解决。

一般原煤从码头（铁路货运站）卸煤直至原煤斗上仓结束少则几公里，多则数十公里。大多配备多名巡检人员对运行前、中、后进行现场检查，大量的体力消耗在巡检的路途上，而且现场环境较差，粉尘、噪声等环境因素危险源时刻存在。

煤场储煤系统中斗轮机作为堆取料的重要设备，既承担燃煤接卸，还承担了燃煤配煤和上仓工作。而传统的火电厂大都采用斗轮机司机人为操作，受到天气、环境制约较大。同样，码头卸船机作为燃煤接卸的一种方式，通过司机人为操作，接卸量和设备损耗等较大程度取决于司机实际操作水平和责任心，在实际生产中存在运行管理和设备维护困难的情况。

作为煤场的大脑，程控操作控制着整个输煤系统的启停和燃料的接卸。目前大型火力发电厂往往存在多个储煤系统及多达数十条的输送带，系统复杂操作较为困难。监盘人员通过操作员站人为操作安全责任大，稍一疏忽便容易发生安全事故。

2 解决办法

随着智慧电厂的逐步开发，智慧煤场也进入了实际使用。针对以上传统火力发电厂煤场运行中的问题逐一进行讨论。

2.1 智慧煤场平台的运用

对于长距离输送带及输煤栈桥的巡检，可以通过智慧煤场平台实现在线检查、实时故障报警来代替人员长途现场巡检。目前主要有以下几种实施办法。

2.1.1 轨道式巡检机器人

带式输送机的工作环境恶劣、照明差，不利于巡检人员巡视并及时发现问题，可通过安装固定轨道式机器人代替人为巡检。机器人通过自带的红外热成像仪、高清摄像头及振动、温度等传感器实现长距离设备智能化巡测，并将现场测量的数据通过互联网+传送到智慧煤场平台进行数据整理、分析，最终实现故障点的判别。它集合了声、光、异常气体报警（不需要高精度）、温湿度等环境监控部件，实现输煤系统设备的智能监测和应急处理。智能巡检机器人管理系统分为过程感知层、主控管理层、远程系统层等三层分别实现各自核心功能，实现设备状态智能感知、分析、诊断、决策等管理，并实时共享设备状态数据，为输煤栈桥的监控决策提供强有力的决策依据。轨道机器人适用于较长距离的带式输送机。轨道机器人在输煤系统的运用如图1所示。

2.1.2 定点无线测量+监控辅助故障报警系统

输煤栈道托辊异常时会存在振动异常、声音异常和温度异常。通过在托辊支撑架上安装振动和温度传感器实时监测。在获取传感器数据后经处理成云端可视化数据统一上传到平台进行集中处理。同时使用定点声音遥测装置通过对数十米内输送带的托辊运行声音进行数据采集整理后上传并汇总分析判断故障区域，并实时进行报警，再通过远方监控对该区域设备进行人工判定实现故障检查。监控辅助系统同时具有对托辊卡死现象的监测。该报警系统能实现故障的实施报警和初步判断，而且投资小、易于安装且维护简便，适用于短距离带式输送机自动检测系统。

图1 轨道机器人在输煤系统的运用

2.1.3 定点接触式传感器测量+红外监控辅助故障报警系统

对于转运站内的大型固定式输煤设备，如筛碎系统、带式输送机电机、减速器及滚筒等部件，可以考虑安装接触式传感器部件（温度、振动等）对运行部件进行实时测量，并运用红外热成像技术监测设备温度的变化情况，加上监控辅助监测，通过主控制器经互联网+进行远程分析并实时报警，可以实现设备故障初期的精确报警。

以上巡检报警系统的应用能有效实现机器代替人，减少输煤环境对人身健康的影响，同时通过大数据采集实现智能化设备检查维护。

2.2 无人值守改造

斗轮机堆取料和配煤上仓工作通过无人值守改造目前开始运用于火力发电厂。利用自动化控制、激光三维数据、图像监控等手段，建立数字化堆场信息，控制方式上实现原有手动方式，新增全自动作业方式。全自动堆取煤时，操作人员只需在斗轮机司机室或输煤集控室通过上位机进行堆取煤初始设定，就能控制斗轮机自动完成大车行走、悬臂回转、俯仰变幅、斗轮运转等工作，从而实现自动堆取煤。完美地实现了斗轮机的远程自动控制，提高了整个系统的可靠性，有利于电厂的安全经济运行。

卸船机自动卸煤改造是基于斗轮机无人值守控制技术改造项目的顺利实施后进行的。其原理与斗轮机类似，同样实现了机器代替人为作业。通过无人值守和自动卸煤技术改造，真正实现燃料运输的全过程自动化，也保证了由于人为因素带来的设备故障和损耗。

2.3 输煤程控的自动化改造

目前火力发电厂输煤系统程控大都基于PLC的控制技术，部分电厂进行了DCS改造。而大型火力大电厂拥有多个储煤场地多条输煤路径，PLC控制实现全过程自动配煤上仓颇感力不从心。通常会进行DCS改造，从而实现输煤系统的自动化程控运行，大大减少程控监盘的工作量，让计算机去完成所有设备启停操作和联锁切换等。所以在完成DCS改造后，可以和智慧煤场平台实现数字化平台的有效结合，对于明显的设备故障，经智慧煤场平台通过计算机远程自动控制DCS实现自动停运、切换，有效地实现故障点隔离及连续可靠的生产运行。智慧电厂模拟演示如图2所示。

图2 智慧电厂模拟演示

以上各区域的智慧煤场的技术改造，其最终目的是建立智慧煤场管理平台系统，上与智慧电厂管理平台无缝连接数据共享，下设无人值守系统、巡检巡测报警系统、故障分析系统、环境监测、安防等子系统，并与DCS自动控制系统完美结合。其中，智慧平台要求通过采用智能感知、故障诊断、自动控制、信息通信技术及DCS自动控制技术等代替人员巡检，手动操作，实现输煤系统全过程自动化控制和巡测巡检。