火电厂智能燃料管理控制系统的设计与应用

2023-03-05冯立忠

大科技 2023年4期

冯立忠

（中煤能源新疆煤电化有限公司，新疆昌吉 831799）

0 引言

煤炭仍是当前我国火电企业冬季发电消耗的一个主要基础燃料，占全国发电建设总成本能耗的70%以上，是促进火电企业持续增效的主要关键环节。煤炭的生产、运输、保管、流通已形成一套复杂的经济运行体系，每一个环节运行的流畅程度和经济性都会对影响最终的发电成本。然而，人们普遍都忽视掉了系统衔接的重要性，缺乏一个科学系统的燃料管理控制策略，导致火电厂的燃料物流组织结构一直无法进一步优化。同时，庞杂的衔接流程、复杂繁多的设备种类，安全事故隐患都对这个体系的正常运行提出了挑战。

1 智能燃料管理控制系统的建设理念

大气污染防治的持续深入，工业4.0 智能生产目标的实施，使火电厂在燃料监管、节能减排、安全可靠等方面的要求更高。火电厂的燃料成本约占运营成本的60%～70%，由于在卸、运、储、配煤过程中缺合理的管控，提高了燃煤电厂的运行成本[1]。

火电厂应围绕燃料的高效利用，建立全运营周期的智能化管理系统，从燃煤到工厂信息采集、锅炉燃烧，全面采集燃煤及设备运行状态信息。研发计划建立图形化、数字化、实时化、高可靠管控系统，满足分级、可扩展的电厂安全、经济、环保运行要求。

发电企业的目标是重管理、增企业规模效益、创全省一流规模的火电发电生产企业。围绕以上的远景目标新要求，在现代化工业信息社会发展大潮中，利用生产信息化和综合化管理的电厂建设已变得越来越重要，成为现代企业和当今现代化管理发展必然出现的新方向。生产管理采用数字化设计的智能自动化管控系统，实现了企业供应与管理生产运营及全生命周期工作信息资料的高度统一与标准化、信息化、科学化，堵住传统企业经营管理中技术的漏洞，在一定程度上提高了管理的效率。

2 火电厂燃料管理的各个环节分析

2.1 测量环节

对于一些部署使用智能燃料自动管理平台和远程控制平台的中小型火电厂来说，其用于现场测量运煤车辆的技术是射频自动识别防伪技术，即RFID 自动射频防伪技术。值班人员仪表将向进站登记验证车辆发放一次车辆识别登记防伪专用电子标签，该专用电子标签也必须直接贴打在该车辆挡风玻璃上。称重车辆到达目的地前，远程智能读卡器系统自动智能识别称重车辆目的地等相关信息，自动匹配完成车辆称重任务。

2.2 采样环节

机械取样装置目前主要广泛用于我国火电企业的煤炭取样环节，如果发现部分企业机械或部分采矿取样设备出现重大故障，需要进行立刻的修复或者更换。机械人工采样系统存在着采样精度盲区、采样深度控制不足、煤样代表性度无法完全保证、进入煤信息系统无法完全自动识别、无法自动采样、点随机分布无法实现等问题。人工自动取样一般是在卸货入库后从货物托盘的顶部或底部表面采集出煤样数据的作业方法，劳动强度更大，标准化操作程度比较低，无法预测、监督和管理。所以，相关工作人员需要考虑自动取样，确定采样方案，利用智能化管理系统，分配样品储罐，实现自动样品包装运输等工作，合理设置采样方案、选点、点位及布置方案，确定必要的位置和人工操作，减少管理方面的漏洞。

2.3 样品材料的加工制备储存等主要环节

目前，燃煤火电企业系统基本上都采用比较普通的煤样装置直接制备储存全无水分煤样，煤样装置直接用于煤炭生产、储存性能检验和性能分析检验，煤样也直接用于现场各种情况的检验或分析。该工艺系统中制样储存方式目前大多采用为纯人工和离线制样，劳动强度差别较大，工作运行效率甚低，环境较为恶劣。

2.4 样品运输和样品储存的链接环节

在煤样转移过程中，煤样桶或煤样袋的密封措施简单，煤样安全存在不可控风险。所以，样品储藏室需要采用智能化管理系统加强样品运输和样品储存的链接，提升两个环节之间的过渡环节，提升传输的效率。

2.5 测试环节

火电公司的实验室均满足煤炭质量验收需要，可测量总水分、工业分析、热值和总硫，部分实验室还可以测量氢和煤灰溶解度。如果在总水分测试之前或之后改变称量质量，总水分会发生变化，并影响接收到的基础低热值的沉降指数。且煤样总水分不储存、可追溯、不可重现。检测过程中人为因素较多，风险失控。

2.6 管理环节

火电企业燃料管理人员对燃料计量测试数据进行统计，处理付款。然而，人工统计相关的测量、验收、结算、报告等数据效率低下且容易出错。火电企业煤炭库存管理仍有待完善，煤炭分区、堆垛存储不可行。相关工作人员需要根据火电厂燃料管理的具体要求，开展一定的管理智能化系统设计。依据相关的适应性、实用性、可靠性的相关原则。利用相关的火电厂局域网，并且相关的工作人员需要进一步加强防火墙的建设，格外重视相关体系网络的质量以及安全性，使用交换机，进行一定高质量的数据转换与传输。与此同时，相关工作还需要对采制样设备开展一定的改造工作，让整个系统具备一定的自动化能力，从而完成的实现自动采样以及制样等一系列的工作。还需要注意的是，还需要进一步构建智能化系统监控中心，进行一定的动态监控与管理工作[2]。

设计的智能化燃料管理系统包括燃料管理信息系统与自动识别系统，其中燃料管理信息系统主要搜集燃料计量数据、采制样数据、盘煤仪数据等，经过系统分析与处理，进而合理调度燃料，科学控制燃料库存。自动识别系统则负责燃料的进出厂、采样环节、计量环节的自动化与信息化管理。

3 智能燃料管理控制系统设计与应用策略

3.1 规划设计应遵循的原则

智能燃料管理控制系统设计是根据相关行业标准、规范和系统要求，系统中使用的设备、工具和技术、测量、取样和其他相关设备必须遵守这些规章制度，与系统接口的工具都必须是最先进的。智能燃料管理控制系统还必须保证与生产工厂现场原有装置相匹配，控制系统本身必须实现冗余控制，控制通信网络系统必须同时实现冗余信号设置。系统应用中采用的服务器、计算机外设等相关设备均必须要求使用高性能的CPU、大内存设计和超大硬盘等存储性能空间，以更好满足整个系统需求的动态响应性需求和高度可扩展性。数据网络配置应考虑采用高性能工业级交换机，采用双端口网络的冗余端口设置，预留扩展接口。应用软件开发的人机实时交互系统界面的响应时间一般不需要有明显的延迟。

3.2 智能自助样本制备系统

与全自动智能采样及分析采集系统可进行完全无缝连接，将已自动分析采集好后的煤样数据直接通过智能提升机直接输至全自动采集的制样机，具有可移动采集设备等诸多独特的功能，最终可检测得到直径6mm 以下的全无水分煤样，3mm 煤样可以进行制备工艺与成品储存情况的综合分析，煤样信息均可实时自动分析采集，并完全实现各种型号规格煤样信息在内的自动分析定量包装、自动打码、煤样信息数据的自动录入等工作[3]。燃料自动回收系统智能自动化回收制样生产系统，可同时通过控制系统对回收还原的煤样数据进行智能化自动采集分析与称重分析检测数据，并实时智能化自动分析计算以控制还原率，剩余回收的煤炭样品均可以通过智能自动回收传送带等多种输送方式回送至生产线。利用智能自动回收储存装置和智能化自动分析检验监控系统，可以实现制样到生产的全部过程实行智能化无人操作实时监控值守，消除掉了在燃料的制备与工艺无人操作系统中产生的所有人为错误，消除了人工的操作或干预，实现并杜绝了任何人与还原煤样产品之间的接触，防止作弊。

3.3 智能自动储检系统

智能物流自动分拣仓储管理及监控巡检系统平台主要包括由监控硬件子系统和智能软件两部分组合成。硬件系统部分主要有由组合柜架、智能机器人、送货风系统、煤样自动检测监控系统模块等部分组成。软件系统模块主要是由物料运动过程控制系统、库存数据信息查询管理平台系统模块和用户权限控制管理后台系统组成。系统通过供气管道路系统与自动制样系统直接相连，将通过自动制样机产生出的6mm 全样、3mm 存储和测试的样品以及分析的样品全部输送到自动样品存储管理和自动检验处理系统，实现了3mmn的储存、测试管理样品的储存运输、自动检验管理、水样收集、取样分析管理、样品的临时运输处理和自动临时储存管理。采用伺服自动控制系统，是独立执行整个机器人系统运动和样品储存信息的中心系统和授权管理系统批准的抽样控制系统。在收到样品信息后，将其用于传输[4]。同时，系统也可以随时根据权限和管理系统所批准使用的样品瓶中的样品保存期限信息，自动进行定期的清洗取样和丢弃样品。在完成取样保存和样品运输任务过程中，也需要对样品数据进行自动读取存储和分析验证，并同时将所有样品信息数据通过管控网络系统实时传输存储到管理系统下一个运行阶段。煤样采集作为一项循环的试验过程，相关工作人员可以实行油品从设计生产加工到计量测试出厂的全监控工作，并实现一定程度上的无人值守。并同时可随时将各类数据信息及时传输反馈至燃油品质管控平台系统，实现数据信息流之间的有效无缝衔接。

3.4 样瓶气送系统

样品瓶送风系统主要由风机、风向开关、传输站、管道换向器、收发站、传输瓶、中控站、传输管道等组成[5]。样品瓶通过多个连接件进行运输。将站点发送到自动化样品制备室、实验室、自动化存储和测试样品柜、废物装瓶室等。在运输煤样过程中避免人为干预，消除人为样品改变的风险。

3.5 网络配置

智能燃料管理控制系统实现高速的数据实时传输，满足高速实时数据的传输带宽要求，保证网络管理员可以随时高速访问实时数据。采用相关的模式，局域网系统建设的部分任务主要包括与燃料、实验室、煤场、矿山、加工中心场地等单位各种硬件设施之间的网络连接，有关煤炭生产运输信息程序网络的运行控制，以及硬件设施网络系统内与各信息点网络系统之间的数据通信连接。需要冗余配置，由于燃油数据与汽车其他辅助系统数据连接通信时具有的高度安全性特征和独立性，保证了信息系统的网络安全，阻挡了病毒和黑客的攻击，并根据管理信息区的防护等级。

3.6 设置全程一体化监控平台

由于管理的环节较多，所以相关工作人员需要整合内外部信息，建立高效融化的集中管控平台，从而在一定程度上推动燃料的精细化、智能化管理。智慧管理系统的深入应用，实现了闭环管理，有利于促进信息集成，并提升管理的信息流通以及处理的效率与品质，并在一定程度上推动了电厂与集团燃料的纵向贯通。与此同时，相关工作人员利用完善、体系化的数字化管理，让煤场实现了全自动盘点技术的应用。并利用实时监控的技术来检测煤堆，从而实现了智能精细化的管理，有利于数据的实时高质量的传输。并且，还可以进行一定的混配管理，利用这一个科学先进的算法，依据煤场存煤情况、燃料特性等数据开展一定的综合运算工作，从而使用合理的混配策略，提升数据的科学性。实现了企业燃油的供应与管理生产运营及全生命周期工作信息资料的高度统一与标准化、信息化、科学化，堵住传统企业经营管理中技术的漏洞，提高效率。

3.7 来料闭环管理

3.7.1 列车进出闭环管理

相关工作人员可以将车轮识别和车号识别装置安装在工厂主轨道上，用于自动识别进出车厢的车号。该装置具有防止车皮脱落和记录汽车上下的时间的功能。与此同时，后续的测量、采样等环节形成了列车的闭环管理。

3.7.2 水运进煤实时跟踪

通过高清视频运动识别技术实时监控来港船舶的行程以及变化。相关工作人员可以通过手机APP 实现煤炭运输船的离港管理。并同时可以随时将各类数据信息及时传输反馈至燃油品质管控系统，实现数据信息之间的有效无缝的衔接。让相关工作人员可以收集更多的数据，并利用大数据库管理模式，实时监测燃油消耗质量和价格的变化，从而实现煤炭燃烧精细化、智能化管理。