火力发电企业燃料智能化系统建设及应用

包哲文张 磊蒋志强

（1.杭州华电能源工程有限公司，浙江 杭州 310030；2.杭州华电双冠能源科技有限公司，浙江 杭州 310030；3.中国华电集团有限公司，北京 100031）

0 引言

随着“国家2025战略”的提出，发展基于新技术的“无人经济”，是实现企业生产过程自动化、运营管理现代化的重要举措。目前人工智能、云计算、大数据、工业物联网、5G通信等新技术的应用，推动火力发电企业燃料管理向智能化发展。根据中国工程院预测，截至2035年，煤炭在我国一次能源消费结构中占比将从2018年的59%下降至47%，但电煤比例将由目前的52%提高至65%，安全、高效、绿色火力发电仍将是发电的主要形式[1]。

燃料成本占火力发电企业总成本的70%左右，控制燃料成本是电厂降低发电成本的关键举措，相关专家学者也对燃料智能化建设做了一些研究，周国忠[2]、龚福[3]对燃料智能化管理系统建设现状进行了简析，高满达等人[4]利用智能化技术和智慧化管理理念，探讨了火电厂智能燃料典型建设方向。但是目前的一些研究没有形成火力发电企业入厂到入炉煤炭全流程的智能化建设方案，从设备、管控、应用等方面介绍的还不是很具体。

当前火力发电企业燃料验收环节人工参与度高、机械化水平低；煤场管理不精细，燃煤堆放周期长，数据统计不及时，且人工盘点误差大；掺配煤难度大，缺少直观的数据统计和配煤依据，无法从理论上和实际数据上指导配煤掺烧工作，容易影响锅炉燃烧。针对目前火力发电企业燃料管理存在的不足，有必要开展燃料智能化建设，通过煤炭科学合理的采购、验收、堆煤、取煤，储存及掺配，结合锅炉燃烧安全充分挖掘煤电企业用煤管理潜力，逐步实现厂内燃料精益化管理，高质量服务生产经营。

1 燃料智能化系统概述

综合利用信息技术、控制技术、计算机科学、相关专业技术及创新概念等，通过对运煤车船、燃煤计量、燃煤煤质验收、燃煤接卸输送、燃煤系统安全监控、储煤场、燃煤掺配、入炉煤质检测等设备设施进行智能化升级和系统集成，形成对燃煤入厂至入炉全流程智能化管控的有机结合体，有效提高燃料使用价值，为生产经营提供支撑。智能燃煤系统按功能划分为现场层、管控层和应用层三个层次，整体架构如图1所示。

图1 智能燃煤系统架构

1.1 建设原则

智能燃煤系统是一个立足燃料全过程管理和控制，考虑设备设施自动化、智能化、人性化的燃煤控制系统。在进行系统设计时需要完全结合电厂实际，依据现场需求，统一规划实施，在具体设计过程中应遵循以下几个基本原则：

（1）标准化原则：数据编码标准化、业务流程标准化、管理制度标准化。

（2）模块化原则：分层次、分模块设计，强化模块的内聚，做到模块并联。

（3）安全原则：包括数据安全和系统安全，数据不能任意修改，系统通过网闸隔离、安全审计、防火墙等相关网络信息安全手段，确保网络安全要求。

（4）一体化原则：统一平台、统一流程、统一标准、集中部署。

（5）全盘管控与过程追溯原则：以燃煤全过程各个环节的关口进行管控，确保有据可查，有源可溯。

（6）系统扩展性及开放性原则：软件架构的设计、PLC控制系统均采用当前成熟的平台架构，具有模块化、灵活扩展的结构。

1.2 智能化系统功能

1.2.1 智能化管控平台

智能化管控平台集成入厂煤智能验收、数字煤场及智能掺配等各系统，采集各子系统设备的状态及运行信息，收集各子系统的异常状态并分析处理，建立从计划到入炉的燃料管理模型，与各子系统建立接口，形成集传递、加速、计算为一体的智能化管控中心。

燃料智能化管控平台是监视、对讲、控制和展示中心，实现对现场节点、设备运行状况的实时监管等；是集设备管控、视频监控和数据分析与展示于一体，以实现燃料智能化管理为目的集成系统；是将燃料智能验收、数字煤场、智能掺配烧等环节设备进行统一监控，实现对各设备运行情况及参数的实时监视，并在设备发生异常时具有自动报警提示功能，同时可对报警点进行自动跟踪监视。燃料管控中心可实现远程对设备进行启动和紧急停机等相关操作。

1.2.2 入厂智能验收系统

入厂智能验收系统现场层设备包括计量设备、全自动采样设备、全自动制样设备、全自动化验设备及煤样智能传输存储装置。主要实现汽（火）车入厂智能管控、全自动采样、全自动制样、全自动化验，有效防范廉洁风险，有效防范效益流失。

应具备以下功能：汽（火）车入厂智能管控模块可实现运煤车辆从重车入厂、验收、接卸到轻车出厂的全过程少人或无人干预。全自动采制样模块可自动采集来煤信息、生成采样方案，完成集样归批、自动制样、在线全水分检测、样品封装传输、智能存取样、自动化验、自动上传数据等功能。通过气动传输系统连接全自动制样系统、智能存查样柜、全自动化验系统、标准化实验室，实现煤样瓶的自动传输，可完全杜绝样品转运过程中人为换样的风险。全自动化验实现全过程自动检测，化验全流程可控、结果可溯源。

1.2.3 数字煤场

数字煤场现场层设备包括盘煤装置、堆取料设备、煤场安全环保设施等，主要实现全自动盘煤、煤场三维模型、存煤信息动态管理、煤堆温度监控预警、抑尘防爆、堆取料设备自动堆取料等。

数字煤场管控系统作为智能化管控平台的重要组成部分，包括盘煤、堆取料、煤场安全环保防护、温度监测、抑尘等设备设施控制系统。

应具备以下功能：（1）对煤场实现全覆盖自动盘煤，以三维图形的方式全面、直观、实时、动态展示煤场状态，反映煤场各空间位置的煤量、煤质、煤价、存煤时间、温度等信息。实现从入厂煤智能验收开始—煤场堆存—煤场管理—取煤—原煤仓整个流程实物流和数据流的结合。（2）实现煤场无人化精准堆取：实现燃煤根据不同煤种、不同矿点分堆、分层堆放。同时，接入堆取料设备高精度定位传感器，实现堆取料设备精确定位，并结合实时动态煤场三维模型，实现燃煤的精确堆取。实现存取煤轨迹记录和追溯。（3）实现安全监控报警功能：能以图像显示表面温度的分布情况，并具备区域温度趋势显示和报表输出功能。当煤堆温升或温度超标、有害气体或粉尘浓度超标时，能自动预警、报警。具备有害气体浓度、粉尘浓度的分区展示功能。

1.2.4 智能掺配烧系统

智能掺配烧系统现场层设备包括堆取料设备、燃煤接卸输送掺配设备、入炉煤计量及采制化设备、在线检测设备。

智能掺配烧系统根据掺烧目标及条件，完成掺配掺烧方案的制订、信息反馈、效果评价、风险评估，进而实现采购策略优化反馈的智能化系统。配煤掺烧智能决策模块，根据决策系统配煤掺烧优化模型，综合锅炉设计参数、来煤信息、发电计划、负荷分布、煤场库存、燃煤成本、配煤掺烧反馈评价、设备运行工况等因素，生成安全、经济、环保指标综合最优的配煤掺烧方案。

应具备以下功能：根据电厂负荷计划、煤场数据，以煤质、煤价、安全、环保等为约束条件，自动生成包含配煤方式、煤质需求等要素的掺配方案，并可按照机组负荷工况进行人工调整优化。通过堆取料设备实现燃煤精准堆取、过程掺配。利用入炉煤在线检测技术安全快速地完成全水分（水分）、元素、灰分、发热量等指标检测，对配煤掺烧效果进行评价、调整、优化，确保机组安全运行、节能环保、经济高效。

2 结语

通过燃煤全过程数据分析及接收、分析传输过来的现场建模数据和安环数据，实现对燃煤全过程中相关设备的自动化精准控制及安全作业，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指导，实现燃煤入厂验收智能化、煤场数字化、掺配烧精准化，提升全流程管理精益化水平。

（1）提升风险管控能力。在燃料关键环节实现机械化、自动化作业，信息系统自动实时监督，杜绝人为干扰因素，堵塞漏洞，维护企业利益，有效防范风险。

（2）提升成本控制能力。通过智能管控系统，燃料采购成本、耗用成本实时测算，验收数据真实准确、及时全面，为生产经营决策提供可靠的数据支撑。

（3）提升过程控制能力。用信息化代替人工管理，燃料管理可实现工作制度化、流程规范化，管理信息化，提高管理效率和过程管控水平。