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浅谈电厂燃料智能化管理李世成

发表时间：2020/5/9 来源：《电力设备》2020年第2期作者：李世成高辉

[导读] 摘要：随着我国各行各业的发展，火力发电对我国社会经济的发展以及人们的日常生活都是有着最直接的影响。

        (国家能源集团华北公司廊坊热电厂)
        摘要：随着我国各行各业的发展，火力发电对我国社会经济的发展以及人们的日常生活都是有着最直接的影响。在火力发电厂生产经营中，燃料管理是核心之一，燃料成本占火电厂发电成本的70%左右，而燃料中煤炭的采制样又是燃料管理的核心工作，以往煤炭采制人工操作居多，随着机械制造业、自动化提升和人工智能发展，燃料智能化系统逐渐在各火电厂普及，燃料智能化的投运极大的提高了煤样的代表性、精确性，同时堵塞了燃料管理工作中的漏洞。燃料智能化管控系统实现了管理规范化、工作标准化、信息集成化、设备自动化、过程可视化，实现关键环节无人值守、无缝对接，避免了人为因素的参与。本文主要介绍火电厂燃料智能化系统的特点优势，以及在使用过程中发现的问题，今后的发展方向进行简要分析。
        关键词：电厂；燃料智能化；管理
        燃料管理是火电厂经营工作中的核心，管理流程点多面广，涉及燃料采购、调运、质检、运维、财务、信息等多个子系统。燃料管理既属于经营管理，又涉及生产运行，如何抓好燃料管理工作是火电企业经营管理中非常重要的一个环节，而其中燃料智能化又是燃料管理的中枢。
        燃料智能化管理系统建设覆盖入厂入炉计量、采样、制样、化验、煤场等各个环节，是集管控，数据分析与展示和监控一体，以实现燃料管理智能化、先进化为目标的燃料管理系统。我国煤炭市场环境复杂多变，加强燃料精细化管理是火力发电厂成本控制的主线，近几年发展迅速的燃料智能化系统切实提高了燃料在计量、采样、制样、化验、煤场管理等环节自动化、智能化程度，解决了传统燃料管理模式流程复杂、设备自动化程度低，煤样代表性差，人为因素影响较大，管控风险高等问题，为火电企业经营管理奠定坚实基础。
        一、总体概况
        燃料智能化管控系统是集“燃料管理业务、生产运行监控、设备智能化”于一体的综合性管理平台，与计量系统、入厂入炉皮带煤流采样装置、全自动制样机、化验室设备、燃料管理信息系统、视频门禁系统和煤样存储及传输装置等建立接口，通过网络将燃料入厂管理、计量、采制样等各环节设备控制系统集成统一监控平台，实现对燃料智能化相关设备运行情况及参数的实时监视、控制和异常报警。
        通过对运煤车辆入厂、计量、采制样、化验等燃料验收各关键环节全覆盖，通过各个环节布置的自动化设备、专用网络和管控中心，使相对分散的燃料管理工作形成统一的工作平台。通过实现设备自动化，提高现场设备的智能化水平，实现燃料的来煤计量、采样、制样、化验、存样、储煤等关键过程的无人值守，全自动化操作；通过管控系统以及网络监控技术，实现燃料业务流程的规范化管理；自动建立煤样自动采样、自动制样、管道传输、煤样存储、化验等各环节的数据信息，形成自动、实时、完整、丰富的数据库，可实时跟踪燃料进、耗、存和量、质、价等指标信息，提高燃料基础数据的实时性、完整性和关联度。燃料智能化系统组织结构如图1所示：

        图1 燃料智能化系统组织结构
        二、智能化管控系统各模块功能
        （一）自动计量模块
        笔者所在电厂燃煤供应为全火车运输，整个计量过程无人值守、自动称量，包含3套火车车号识别装置。其中一套安装在火车轨道岔路口之前，用于识别来煤火车的每节车号信息。自动识别系统将本次来煤车号信息上传到管控中心服务器。管控中心软件根据上传的车号信息以及预先录入的火车来煤大票信息自动生成整列车的批次信息。将生成的批次信息上报相关部门审核，审核通过后允许翻车卸煤。另外两套分别安装在两路火车翻车机衡前，用于翻车机前矿点及车号识别，识别的车号信息传递给管控中心平台软件，当更换矿点时报警。不同矿点的煤不能持续翻车作业，确保采样机采集的煤样不会混样。
        （二）自动采样模块
        自动采样模块含入厂采样机和入炉采样机。入厂自动采样机布置于输煤系统#1皮带，#1皮带位于翻车机下方的给煤机后端；入炉采样机可布置于电子皮带秤至原煤仓的任一皮带中部。
        入厂采样机根据来煤批次信息，针对不同批次的煤种以及来煤吨数，管控中心系统自动确定不同的采样缩分方案，并将采样缩分参数实时传递给皮带采样装置。如果同一批次的煤样采样量较大，一个集样桶装满后，管控中心发送命令皮带采样装置自动切换空集样桶。确保一个集样桶中只存放同一批次的煤样，不发生混煤或者煤样污染事故。实现翻车机衡与皮采采样装置联动互锁功能。根据翻车机衡前车号识别器获取的车号信息，确定该节车煤归属的批次信息，根据批次信息自动传送给翻车机信号允许执行翻车，当此批次煤翻车完毕后，翻车机停止翻车，待皮采采样装置对此批次煤采样完成且卸煤及传输系统确认清空后，再进行下一批次煤的翻车卸煤。管控系统给翻车机允许启动信号，具体翻车控制指令，由翻车机室完成。如同列来煤有不同批次和矿点，通过管控系统可对皮采采样装置针对不同批次和矿点自动切换集样桶。
        入炉采样机根据设置的时间间隔生成采样方案。管控系统建立与入炉煤皮带秤数据接口，由皮带秤装置或输煤程控系统将数据上传至燃料智能化管控系统。执行采样方案后对煤样进行采样单元处理，所采集的煤样存放于采样装置内的密封桶内，通过系统管理平台对其进行远程数据监控和视频监控，将设备运行方式、状态和所采煤样破碎缩分后的存样桶位、样量等信息反馈到管控系统。
        （三）自动制样模块
        全自动制样系统与采样系统无缝连接，通过输送皮带将煤样送入全自动制样机入料单元内。制样过程由上位机和可编程控制器（PLC）统一控制，系统最终可制备出1份6mm全水分煤样（≥1.25kg）、1份3mm存查煤样（≥700g）、2个0.2mm分析煤样（≥60g）并自动封装及标识，具有环保除尘功能，实现全自动无人值守。系统具有自动称重、除铁、输送、破碎、缩分、清洗、烘样、研磨、清扫、煤样自动封装、弃样回收处理功能，并根据来料重量自动调整缩分比，实现定质量缩分。制备出的煤样能够称重并标识。煤样采用瓶装方式，样瓶采用射频芯片对煤样进行标识，标识具有唯一性，保证煤样在流转环节能够被正确读取。制出的煤样传输装置从全自动制样间传输至全自动存查样间，实现点对点的传输。整个过程实现全程自动化，全封闭，无人干预。全自动制样机入口后要求加装接料口及扫码解码装置（考虑防尘措施），为全自动制样机故障时，人工取样备用；同时为杜绝水分大堵煤现象，使用有效防止堵煤的技术。
        全自动制样机具备人工采煤样进料口。人工采煤样进料口具有一次处理20—100kg煤样。人工采煤样进料口能够处理标称最大粒度为100mm的煤样，进料口设置权限，避免人为干扰。在制备有码离线样品前，能够通过手持式扫描器扫描来样信息，并有样品分拣功能，在制备无码离线样品前，能够人工输入煤的信息并向燃料智能化集中管控系统申请编码，且能接受燃料智能化集中管控系统反馈回的编码，封装完成后的信息反馈回燃料智能化集中管控系统。具备自动/手动操作功能，与燃料智能化管理系统关联，设备运行状态及工作参数实时上传，具备故障报警、显示故障点信息提示功能。制样过程自动控制运行，在系统出现故障时，可更换为手动模式，以判断故障原因并及时处理故障，该全自动制样机具备与燃料智能化集中管控系统的接口，具有良好的人机对话界面。
        （四）样品自动传输模块
        煤样存储及传输装置主要是智能存查样柜和气动传输装置。全自动制样机制备出的煤样传输到智能存查样柜。智能存查样柜与燃料智能化集中管控系统建立数据接口，煤样存储信息和煤样瓶的状态可实时显示，实现样品的“人样分离、盲存盲取”。系统能实时监控整套系统运行状态及记录样品的状态和位置、存储调用情况。存查样柜通过内置机械手操作，根据系统要求实现送取样功能。系统可对存放超期的煤样瓶进行定期提醒，存储时间达到指定时间和已结算完等条件后可提示弃样，待具有弃样权限人员核对无误后，授权进行弃样处理。
        智能存查样柜取样的工作方式可分为自动方式、半自动方式和人工方式。自动方式定义为经授权的取样人员通过煤样管理系统，采用查询、单个、批量方式选择所需煤样瓶编号，下达取样指令将煤样自动调出到指定位置；半自动方式定义为工作人员通过收发工作站操作面板，选择所需煤样瓶编号，智能存查样柜自动将指定煤样发送到当前工作站；人工方式定义为系统停电或设备故障时，授权取样人员通过刷卡进入存查样间，通过人工取出煤样，待系统恢复正常后，设备自动自检，识别出紧急取出的煤样瓶，并同步更新上传数据。
        （五）燃料智能化管控模块
        燃料智能化管控模块作为智能化系统平台，在燃料管理关键区域增加摄像机和门禁，一方面控制人员进出权限，另一方面实时监控现场工作状态。覆盖燃料入厂验收监控和样品管理等过程。从来煤入厂、计量、采样、制样、堆存、存样、煤样化验进行实时管控，集中控制各业务环节设备，并配合视频图像监视。
        在故障管理方面，监视系统有较强的容错能力，不会因用户误操作而导致系统出错，退出或死机。监视系统具有断电保护功能，初始化数据及时间，日期，字符等数据不会因断电而丢失。监控系统具有对自身硬设备，各监控级间通信，软件运行等故障具有自诊断功能，发现故障时可以直观报警。
        门禁管理系统须包括但不限于以下功能：能进行人员基本信息录入，ID卡身份注册，人员出入权限管理，特殊场所（如存样间等）需进行双人识别权限才能开锁。门禁系统需预留和火灾自动报警系统的接口（硬接线或通信），当该区发生火灾时，火警控制信号应联动打开禁控制门。门禁系统需预和全厂MIS系统的通信接口，可将门禁系统信息在MIS系统进行统一管理。
        燃料智能化管控系统具备完善的运行日志监控和记录工具，可监测出用户进入系统的时间、用户所有操作的过程（操作功能、操作时间）、退出时间等，供系统管理员日常维护和安全管理。采制设备、化验设备自带的监控系统需要在操作系统层面设置用户权限，工程师用户访问不受限，普通用户仅能访问监控系统，不能访问基础数据。
        三、存在的问题及解决措施
        （一）加强运行维护人员技能培训
        燃料智能化管控系统是对互联网、物联网、自动控制等技术的综合应用，包含了机务、电气、热工、网络信息等多个专业，各个环节紧密相连，任一环节出现故障，将影响整个系统运行。因此，对运行和维护人员技能素质提出了较高要求。针对这种情况，火电企业要制定专门人员培训，提高运维人员综合素质，加强与设备厂家联系和沟通，成立专业的维护队伍，按企业主设备标准对系统故障及时消除，保证设备运行稳定可靠。
        （二）增加设备主要参数
        参观过一些应用全自动制样机的火电企业，选用的品牌、先进程度各不相同，但是普遍都是由几个单元模块组成起来，即全水样制样单元、存查煤样制样单元、干燥单元、一般分析煤样制样单元、封装单元，即使各个单元都由降噪保护外壳包裹起来或是整体罩为一体，但是各个制样机运行期间就地噪音并不小，就地巡视只能从听觉或是直观视觉上辨别设备有无带病运转。因此，应要求管控系统可实时监视设备主要参数，并带有历史趋势调取功能。比如采样各单元的破碎电机电流，采样头动作频次，干燥单元升温趋势等，有些制样机的部分单元带仓门开度，可在管控系统中显示仓门打开角度，提高制样精确性。
        （三）管控系统应增加更多自动化功能
        多数火电企业每天都要进行入厂、入炉煤质量验收，智能化设备尤其是全自动制样机使用频率较高，且封闭性较好，投入使用后很少进行解体大修，但其内部破碎腔存在设备磨损且不易察觉，可能会引起煤样破碎不够充分，过筛率不达标，煤样化验指标超差等现象时有发生。针对此情况，系统可增加煤样制备指标超差自诊断功能，以及在封闭部位加装红外成像或其他监视设备根据其诊断报告，缩小排查范围，可以更迅速找到原因，为人工查找原因提供参考依据，大大减少人为工作量。
        管控系统是一个集多种功能于一体的载体平台，还有诸多功能有待上线开发，如数字化煤场，化验室无人值守，燃料进、耗、存报表自动生成等功能，以便实现更高的智能化水平。
        四、结束语
        综上所述，燃料智能化系统其核心是实现燃料管理全过程监督，设备自动控制，关键环节无人值守，管理数字化、信息化、规范化等目标，堵塞燃料管理过程中各项漏洞问题，使燃料管理与工业自动化的高度融合。燃煤是电厂发电的最大成本，占发电成本的70%左右，降低燃料成本和减少煤耗成为提高电厂效益和提高公司竞争力的重要手段，开发和利用好燃料智能化系统，真正实现降本增效，以使企业获得良好的经济效益和社会效益。
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