火电厂智慧燃料管控系统浅析

邓卫梅

（国能龙源电力技术工程有限责任公司）

0 引言

传统火电厂燃料管理系统采用相互独立的各个子系统，包括入场入炉煤检测系统、储煤场、燃料采智化系统等，未形成整体的燃料管理，各个环节之间并无较大联系，且智能化程度远远不够。如：①燃料采制样系统的自动采样机、燃料化验等各环节的信息沟通采用人工交接和纸质报表，会导致原料验收工作压力大、出错率高；②煤种掺烧策略落后，未结合各类燃料信息数据分析，不仅效率低且经济效益不佳［1］；③原始储煤场内存在煤种堆放杂乱无章、无法获取实时堆煤量、工作环境恶劣、对人员健康威胁大等问题。

为改善传统火电厂燃料管理系统的各类问题，本文重点论述火电厂智慧燃料系统的关键技术，旨在实现燃料全过程管理的规范化、标准化、信息化，堵塞管理漏洞，减少人为干扰，降低劳动强度，使燃料收、耗、存环节的量、质、价数据能够及时、动态、准确地传递到相关管理信息系统，为企业生产、经营提供真实可靠的决策依据，增加企业效益，同时通过对燃料管理涉及的设备、系统进行智能化改造，提升整个燃料管控过程的智慧化程度。

1 一体化燃料管控平台

作为打通整个燃料管理流程的基础，一体化管控平台将更大程度地提高燃料管控系统的集成化、智能化、便捷化程度。DCS（Distributed Control System，分散控制系统）是电厂的主流控制系统，为便于电厂整体的平台统一，一体化燃料管控平台基于DCS系统进行搭建，将燃料的来、耗、存，量、质、价以及整套流程内设备运行情况等相关信息均集中融合至燃料一体化管控平台中，保证数据的可靠性、准确性、稳定性、可复制性。

图 燃料智能化管控平台

为保证数据安全并便于电厂的运维管理，燃料一体化管控平台分为燃料管控系统（生产大区）及燃料信息管理系统（管理大区）两个层级，并遵循以下原则进行设计，以更大程度地提高系统的灵活性和可靠性：

1）一体化：涉及燃料管理的所有子部分均满足统一平台、统一流程、统一标准、集中部署原则，使得燃料管理全过程中的设备、分子系统等平台统一，以确保数据共享更加及时，同时减少各系统间建立接口的单点故障。

2）模块化：对整体系统进行分层次、分模块设计，下联各类设备，上联多级管理机构，且横向与企业信息等其他系统相联。

3）标准化：在整个系统中，实现数据编码标准化、业务流程标准化、管理制度标准化，使得后期运维更加科学、便捷。

4）全盘管控与过程追溯：对燃料全过程各环节进行全局考量，将来煤情况、输煤过程情况、采制化、卸煤方案、仓配及上煤方案、煤场变化、现场人员和设备管理等各个环节进行管控，确保有据可查，有源可溯。

5）全数据分析管控：①对接收的燃料全过程数据、建模数据、安环数据进行分析，并结合相关生产数据等综合分析建模，集中在一体化管控平台中进行展示和调控；②通过综合分析小指标表现，结合煤质和负荷等工况信息，运用大数据分析，实时为发电运行提供最优化配煤掺烧指导；③实现燃料全过程中相关设备的自动化精准控制及安全作业。

6）系统安全：为确保数据安全，将燃料管控系统按照业务功能分别部署在生产控制网和管理信息网，通过网闸隔离、安全审计、系统加固、防火墙等相关网络信息安全手段，确保生产控制网数据及管理信息网数据互通安全可靠。

2 入炉、入厂煤采制样自动化管理

燃料的量、质数据将作为煤场存储、混配、掺烧的重要依据，并能为燃料在厂内的高效利用打下基础［2］。因此，在常规的入炉、入厂煤采制样系统的基础上，引入条码识别、机器人、无人驾驶小车、前端智能传感器等新技术，实现对采样、制样、过衡、存样、传输、化验整个过程的自动化与过程监管，并将全流程管理和业务信息进行实时共享和全维度分析，从而规避各个环节可能存在的人为及系统风险，确保验收过程的公平公正公开。该部分的技术亮点包括以下几个方面：

1）煤质皮带采样装置采用自动封装标识装置，采集的煤样经封装标识后，通过电瓶车运输到制样间。

2）系统设全自动制样机并配套在线全自动测试系统，实现与采样装置和煤样车辆输送系统的对接，完成入厂煤和入炉煤样的在线自动制备。

3）系统设自动存查样柜，通过气动传输装置与制样机对接，自动接收制样机传过来的煤样，并与一体化燃料管控系统建立数据接口，自动完成煤样储存、数据上传工作。

4）原煤样车辆输送系统通过无人小车将采样端封装好的煤样桶自动运输至全自动制样端，实现自动装卸车、无人智能驾驶、无人智能充电，自动暂存煤样桶、自动开盖、倒料等操作，将人与样品进行隔离，人员仅需远程确认即可。

5）系统采用机器人化验系统，包括智能机器人模块、化验分析模块、样品接收及自动开盖、自动称量、电气控制模块、系统软件、气路系统等，实现测量过程自动化、检测结果自动上传、自动保存等。

3 智慧配煤掺烧

当锅炉入炉煤种多变或各煤质指标偏离设计值时，将影响锅炉燃烧的经济性和安全性。为使锅炉在燃烧不同煤种时均能运行在较佳状态，保证锅炉高效、安全、稳定运行并降低污染物排放［3］，需对主要煤种和锅炉特性进行研究，建立对煤种改变、负荷改变等具有良好适应性的混煤决策模型，从而确定最佳的运行方案，主要有以下几种方案：

1）分析历史燃烧数据得出掺烧方案：采用历史大数据分析，提取历史燃烧特性表现良好的记录，分析煤质构成并记录运行方式，包括磨煤机组合、皮带运行方式等，最终作为输煤运行的推荐方案。

2）根据煤场存煤制定加仓方案：在确定目标煤质后，通过对煤场现有存煤进行分析，找出能够配出目标煤质成分的多种组合，并优先考虑标煤单价最低制定加仓方案。

3）通过实时数据、性能计算同时检测燃烧效果制定掺烧方案：对当前的燃烧情况建立综合评价，包括效率评价、参数评价、排放评价、粉尘评价等多种评价方式，同时将当前燃烧效果与目标煤质燃烧效果进行比较，不断优化。

4 数字化煤场

数字化煤场是以煤场信息实时掌握为目标，通过定位技术、视频特征识别、自动控制、计算机程序、数据集成等技术，实现：①根据不同煤质对煤场进行分区管理和实时盘点；②以三维数字化模型展示煤场进出煤状态及存煤的量、质、价信息，为配煤掺烧提供准确的燃煤数据，同时为燃料的采购、调运计划提供指导［4］；③从燃料管控系统接受指令，结合存煤信息优化堆、取料的路径方案，最终实现斗轮机的自动化作业［5］。主要技术亮点包括两方面：

1）数字化煤场模型：采用基于滑线轨道的机器人巡护盘料系统，可以不受煤堆堆高、堆形及斗轮机是否作业影响，实现无盲区的高效盘点并生成三维数字化模型。机器人滑线轨道采用先进的供电方式和滑线载波的数据传输方式，可以确保设备供电稳定可靠，不受续航影响，也消除了特殊场景下无线传输可能存在的数据丢包等不利影响。

2）煤场自动作业系统：根据煤场的三维数字模型，利用图像识别与分析技术提取料堆三维模型中关键作业参数，调整单机的行走、俯仰和回转动作，控制堆、取料机进行自动堆、取料作业，实现一键启停式煤场作业。

5 结束语

本文从关键技术和宏观层面重点分析智慧燃料管控系统的系统方案和基本构成，通过建立一体化燃料管控平台，将涵盖入厂／入炉煤采制样、配煤掺烧和数字化煤场的整个流程进行集中管控，并应用大数据、机器人、三维可视化等先进技术提升燃料管控的智能化程度，不仅大大提高管控过程的自动化程度、大幅降低人工成本；而且配合先进的配煤掺烧策略提高了锅炉燃烧的安全性和经济性；最终为火电厂的智慧化建设打下了良好的基础。