火电厂燃料智能化管理研究

火电厂燃料智能化管理研究

雍绍平，王锋

国家电投集团宁夏能源铝业有限公司临河发电分公司，宁夏银川， 750411

摘要：燃料系统作为燃煤电站主要辅助系统之一，涉及设备众多、系统庞大、控制与运行方式独特，面对迫切提高灵活性的火力发电新形势，亟需智能化升级。随着火电厂对燃料管理的重视，燃料管理智能化建设已成为火电企业增强竞争力的一个重要发展方向。为了提高燃料管理水平，不少火电生产企业以及科研机构对电厂燃料管理系统进行了探索。本文针对目前火电厂燃料系统存在的问题进行总结，并给出火电厂燃料系统智能化建设的方向。随着相关技术的不断成熟，将助力实现燃料在电厂更为精细化和智能化的管控。通过本文的研究，旨在为今后火电厂燃料智能化管理提供建设思路。

关键词：燃料；智能化；火力发电；建设方向

0 引言

近几年，国务院、国家能源局陆续发布了《中国制造2025》行动计划、《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》和《电力发展“十三五”规划(2016—2020年)》等重要指示，使得我国的能源结构发生了翻天覆地的变化，风电、气电、核电、水电、太阳能等能源占比逐年上升，能源发展进入新常态^[1]。伴随着我国电力企业改革不断深入，清洁低碳化、系统智能化成为能源发展大趋势。

目前火力发电企业的发展模式面临前所未有的挑战，只有保证安全生产、降低生产成本、提升盈利能力，才能保证火电企业长期稳定发展。燃料是火电厂生产运营的基础，燃煤作为发电的主要燃料，其成本占发电总成本的70%以上，燃料管理水平的高低直接影响着火电企业的经济效益，可以说精细化燃料管理是火电企业经营的生命线、安全生产的保障线、成本管理的主控线。

火电企业想要得到长足的发展，必须要朝着“干净的电、便宜的电”的目标而奋力前进。将计算机技术、互联网技术与燃料设备结合起来，已经成为当前火电企业改革的一个新方向。

1 传统火电厂燃料系统存在问题

燃煤成本占火电企业发电成本的70%以上，但许多火力发电企业尚未建立科学、全面的燃料管理体系。火电厂燃料系统在技术升级、管理、信息化和人员安防等方面仍存在以下问题。

1）传统燃料管理较为粗放：燃料计量、化验和存查数据等与成本管控休戚相关的环节大多需要人工参与，数据管理自动化程度低，基本以手动辅助报表形式呈现，数据有效性和真实性受人为因素影响显著；在传统煤场堆放模式下，煤质多变易造成堆放混乱，煤质信息和堆放情况难以准确界定，为锅炉配煤掺烧和精细化调节带来不便和阻碍，不利于机组灵活、经济运行。燃煤供货、验收过程中存在着诸多监管漏洞^[2]。

2）数据获取不足：要建设智能燃料，首先需解决各类数据的获取问题，燃料相关数据存在位置分散、来源不同、数据体量大、数字化不到位等问题。大多数火电企业燃料信息化建设较为滞后，其进、耗、存与量、质、价信息缺乏及时性、准确性。随着精确定位、图像识别、数字化智能仪表等先进感知技术的发展和成熟应用，数据获取问题也将迎刃而解。

3）缺乏信息组织：由于燃料生产设备较为分散，火电企业对于燃料各个环节的数据缺乏一个有效的集中管控模式，往往是单个系统自行存储使用数据，没有将各个业务环节有效关联起来，燃料相关各业务存在严重的“信息孤岛”，劳动量大且冗余；目前，以太网、无线通信、现场总线、信息安全等互联通信技术已经成熟，可适用于燃料各个子系统，帮助解决数据交互问题。

4）数据决策不准：不同燃煤的掺配通过传统人工方式计算，斗轮机控制使用传统的控制方式，燃料采购同样依赖人工计算和预测，无法科学、有效地指导各项业务开展。在数据互联的基础上，应用大数据挖掘、人工智能、机器学习、神经网络等分析和决策技术，则能够切实提高决策有效性，实现电厂经济化运行。

2 智能化燃料管理系统的建设方向

2.1 智能化燃料管理系统的构成

智能化燃料管理应是燃料智能采购、智能调运、智能接卸、自动计量、采制化一体（自动取样、自动制样、标准化验/无人化验）、数字煤场、智能掺配、机器人自动巡检等为一体的燃料智能运行管控系统，涵盖采购、调运、验收、接卸、煤场管理、配煤掺烧各环节，实现燃料管控智能化，生产流程透明化、规范化，打通信息通道，实现数据自动采集与智能分析。智能化燃料管理系统可以分为以下六大板块，分别为燃料验收管理、煤质信息管理、数字化煤场管理、智能燃料输送、智能配煤掺烧和采购指导模块^[3,4]。如图1所示。

2.2 燃料验收管理模块

该模块主要是建立燃料初始信息，实现自动化接卸功能，指导后续化验和运输工作。利用燃料智能管控系统与汽车衡计量系统建立数据接口，实时获取重车、轻车计量数据，并通过车辆自动识别装置将车号与计量数据自动进行匹配，计算出每辆车的来煤净重数据并自动上传至系统。根据月度煤炭采购计划、月度电量计划和开机方式，结合煤场各煤种存煤信息，系统自动对煤场储煤区域进行调整，并生成月度煤场储煤作业方案，经人工审核后执行。如果电量、开机方式、来煤等信息与月度计划有较大变化时应由人工及时修正煤场储煤方案相关数据，以确保储煤计划紧跟生产实际变化。

每日根据月度煤场储煤计划、入厂煤炭信息、入厂煤接卸设备状况、煤场存煤情况、配煤掺烧方案等信息由系统对各入厂煤接卸场地和接卸煤量进行分配；接卸与上煤工作矛盾时，系统优先执行上煤任务，确保机组燃煤供应安全。

2.3 煤质信息管理模块

该模块主要负责对燃料进行采样、制样、化验工作。智能化建设的方向是燃料全自动采制化，该阶段将建立燃料质量详细信息库，指导后续堆放和掺烧工作。火电厂燃料管理系统中，利用通信技术、识别技术等，实现自动化采样。系统根据车辆来煤信息利用自动识别技术随机生成采样点，避免采样盲区，合理的确定采样的深度，超声波技术精准确定采样区域，中空爪式采样头实现分层全断面采样，提高采样代表性。

汽车采样机与全自动制样一体式布局，汽车采样机的原煤样初级破碎筛分后进入底开门式集样器内暂存，当前批次所有车辆来煤采样完毕后，集样器底部仓门自动打开，煤样直接进入全自动制样系统，利用自动制样机，则能够实现样品配制，同时对样品进行封装与喷码，实现采制样自动化与一体化。化验仪器与系统接入，能够实现化验指标的自动化收集，将信息全部录入系统中，并自动生成样品化验单，则能够供相关人员提取审核，再交由上级部门做二次审核。样品化验网络系统，能够实现化验全过程的在线监控，对化验质量进行实时控制。

2.4 数字化煤场管理模块

数字化煤场简单说就是煤场存煤信息的数字化展示，通过建立煤场网络，连接斗轮机、盘煤仪、皮带秤等设备，实现分区域管理，依据燃煤信息分堆分层存取，对燃料的进、耗、存、量、质、价的数据实时展示，依据既定煤场管理规定，指导来煤卸车路线、堆放方式和取煤方案。根据采购变化以及厂内存煤情况，动态调整煤场各煤种的存煤区域空间。通过精准识别煤场堆取煤设备作业状态及位置，实现对煤场作业动态的实时监测。配置有斗轮机自动定位系统，可精确定位斗轮机取煤位置和取煤量，自动形成完整的进耗存煤量煤质数据。同时配有高精度自动激光盘煤仪进行煤场盘点，煤场存煤量和煤场三维图形实时呈现。煤场自动测温系统可实时监测煤场内存煤温度变化，超温时可自动预警，防止煤堆自燃，实时或定期测量获取煤场测温数据，保障煤场的安全运行。将煤堆的各项质量信息及煤场温度信息在煤场三维图形上展示，实现煤场管理的数字化，更好更科学地管理煤场。

2.5 智能燃料输送系统模块

燃料输送系统包括燃料接卸后，入场堆煤到取煤入炉过程涉及到的设备系统、控制单元、软件系统等，担负着安全、精确运送燃料的任务，在整个燃料管理系统中具有重要作用。输煤廊道作为输煤系统载体，空间逼仄、封闭、粉尘浓度高、作业流程长、工作环境封闭恶劣，为安全运行和人工巡检带来了很大隐患。通过系统性整合先进检测、图像识别、导航定位等技术的机器人巡检，减少危险区域人工作业风险，实现对整个廊道的温度、音频、有毒气体等的检测与预警，提高输煤系统安全可靠性。在对廊道进行适应性设计或改造基础上，融合数据利用技术、总线控制技术、信息通信和先进检测技术等对廊道内消防水压、配电间温度、粉尘浓度和照明条件实时监控，配合智能安全人员定位系统，提高输煤系统的安全稳定运行能力。

2.6 智能配煤掺烧模块

在机组上煤前，系统自动生成配煤掺烧方案并经人工审核确定后发送至相关班组和个人。基于燃料成本和机组经济效益最优化原则，通过与智能燃烧优化系统和煤场信息化管控系统的互联互通，实时获取燃料成本波动、煤质化验结果、堆煤结构等数据，将燃烧调整中负荷指令解构为相关燃料信号。根据数字化煤场的分区域堆存和犁煤器自动控制，使配煤掺烧过程具有良好的灵活、动态可调特性。在上煤过程中，通过输煤系统与智能化配煤掺烧系统信息共享，并结合数字化煤场和其他煤源点（如煤沟）存煤种信息，实现对配煤环节执行情况的实时跟踪。当原煤仓煤种变化时，通过原煤仓煤位变化和磨煤机出力，推算出新上仓煤种入炉时间，提前向锅炉值班员推送燃烧调整建议。通过对实际产生的效益与方案实施前系统估算效益之间的差值原因进行分析，并不断优化使估算值尽可能接近实际值，不断提高系统在掺烧前对结果估算的准确性，从而提高配煤掺烧智能化水平。通过程序预设报告格式，由系统自动生成一定时间段内的配煤掺烧评价报告，提高配煤掺烧工作定期评价、总结效率。

2.7 采购指导模块

近年来，随着新能源发电渗透率提高，火力发电面临环保指标提高、煤价上涨等多重压力。由于新能源发电的不确定性，使火电机组充当电网调峰、调频电源的角色愈加重要。无论是调峰、调频造成的负荷波动，还是电力交易产生的负荷变化，都使原本按月度发电计划安排的发电量与实发电量有较大偏差，燃料实际消费量与计划采购量出现明显差别，若不及时更新采购和调配计划，将造成无煤可配、无煤可烧的局面^[4]。

基于燃料成本最优化的智能采购策略正可以发挥其决策优势，根据月度电量计划、开机方式，结合市场煤炭价格、可采购数量、煤场各煤种存煤量，以成本最低为原则制定月度配煤掺烧方案，并据此计算出各煤种月度耗用量，结合上月末厂内各煤种存煤量生成本月度燃料采购方案，经人工审核后执行。在迎峰度夏、度冬及煤炭市场波动期间，可根据库存调控需要人工增减月度采购总量，系统自动匹配增减各煤种采购量。根据月度采购计划、煤场存煤情况、各煤种日耗量，系统自动生成日调运计划，并根据月度采购计划执行情况和煤场存煤情况，定期调整月内后续调运日计划，实现煤炭均匀到厂。

3 意义

与传统燃料管理的对象是采制化人员相比，燃料智能化管理系统主要是针对设备。智能燃料系统覆盖燃料流程各个环节，替代了原有的人工操作，降低了人力成本，在保证原有工作质量执行的同时，实现全程全自动闭环管理，实时掌控入厂、入炉、库存煤的量、质、价信息，实现价值管理智能化，通过配煤掺烧系统提高劣质煤的利用率，拓宽煤种燃用范围，提高锅炉效率，节省燃料成本。

燃料智能化管理系统，其集成了信息技术、自动化识别技术、网络技术等，进而燃料管理能够呈现数字化形式。各个环节的数字化应用帮助运行人员提升操作效率，帮助巡检人员提升巡检效率。通过多样检测手段和报警系统的结合，减少事故发生频率，同时通过改善作业环境和使用安全防护技术，减少因人员误操作导致的设备损坏事故，提升设备使用寿命，有效保障电厂安全用煤，提升安全性。

4 结论

随着时代的不断进步，各行各业转型升级已悄然进行，有的企业也在一定范围内开展了燃料管理智能化建设，但目前行业内仍缺少完整的燃料智能化管理建设经验。由于近几年火电企业盈利能力下降，无论是从系统架构还是技术手段出发，火电厂燃料的智能化建设的发展方向将会是以降本增效为导向，遍及所有流程和业务。再加上智能燃料相关技术进步较快，将推动智能燃料系统更高层面和更加成熟的应用，助力实现燃料在电厂更为精细化和智能化的管控。

燃料智能化系统已是火电厂一个重要的辅助系统，燃料系统智能化建设应该秉持整体布局、精准施策、关注矛盾、突出重点的方针。作为智慧电厂的重要组成部分，将为提升火力发电整体智能化水平提供坚实的基础，期望能够提升实际生产中对现有燃料管控的效果，同时在保障智能燃料技术可持续性发展的同时，不断探寻智能发电大背景下智能燃料的最佳推广模式。

参考文献

[1]国家能源局.电力发展“十三五”规划(2016—2020)[R].2016:1-46.

[2]刘首明,胡春才,舒开太.电厂智能燃料系统建设简析[J].能源研究与管理,2018(4):114-116

[3]贺德宇.火电厂燃料管理智能化建设思路[J].技术与市场,2020,27(10):165-166.

[4]高峰.浅谈火电厂数字化燃料采购管理[J].中国市场,2016(45):50-51.

[5]杨明秀.浅析火电厂燃料智能化管理系统构建及自动识别技术的应用[J].中国高新技术业,2017(1):45-46.

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