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【摘要】本文以燃料全要素管理為管控目標，綜合運用自動化、信息技術、網(wǎng)絡技術等，建立燃料從采購、接卸、儲存、耗用的全生命周期的標準化管理體系，從而實現(xiàn)煤流、信息流的閉環(huán)管理，旨在探尋降低發(fā)電燃煤成本、提高發(fā)電機組運行經(jīng)濟性。

【關鍵詞】燃料智能化；數(shù)字化煤場；全要素管控

1研究背景

近年來，受煤炭市場供求變化影響，煤炭價格呈幾何式增長并持續(xù)保持高位。供給側(cè)結構性改革、國企改革、“雙碳”目標等因素都對火電企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提出了新要求?；痣娖髽I(yè)生產(chǎn)經(jīng)營形勢日益嚴峻，企業(yè)更加意識到能源最優(yōu)利用的重要性。火電企業(yè)當前普遍存在技術裝備落后、傳統(tǒng)的管理方式粗放、管理手段單一的情形，燃料量、質(zhì)、價等數(shù)據(jù)準確性、實時性有待提高，燃料質(zhì)量驗收各環(huán)節(jié)風險點管控不到位，燃料信息孤立，交互不暢通，無法及時有效指導燃煤采購和最優(yōu)配煤摻燒等問題。

2火電企業(yè)燃料管理現(xiàn)狀

煤炭作為火電企業(yè)的主要成本組成部分，約占火電企業(yè)總成本的70%以上。發(fā)電成本控制已經(jīng)成為火電企業(yè)增強核心競爭力的關鍵因素。特別是近年來，在全球煤炭市場供需緊張形勢下，提高燃料精細化管理是火電企業(yè)的效益生命線、安全保障線、成本主控線。從當前部分火電企業(yè)管理現(xiàn)狀來看，整個燃料管理環(huán)節(jié)主要存在以下不足。一是燃料設備在火電企業(yè)的重視程度不夠，燃料入廠、計量、采樣、制樣、化驗等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設備自動化程度相對偏低，存在人為因素干擾的可能；二是煤樣作為商品結算依據(jù)，大多采用人工操作進行制備、傳送、監(jiān)管、保存，不僅工作強度大、環(huán)境差、效率低，而且樣品的代表性難于控制、安全性難于監(jiān)管；三是燃料信息化管理落后，不能覆蓋燃料管理全過程，燃料業(yè)務數(shù)據(jù)不準、管理效率不高，其進、耗、存與量、質(zhì)、價信息的及時性、準確性不夠，難于科學、有效地指導配煤摻燒；四是燃料生產(chǎn)設備布置較為分散，采制和化驗分屬不同職能部門，缺少高效的集中管控模式，相互之間協(xié)調(diào)統(tǒng)一難，可靠穩(wěn)定性差。如何在當今形勢下提高燃料科學化、精細化管理水平成為火電企業(yè)經(jīng)營工作的重要課題。燃料全要素管理目標是在保證安全生產(chǎn)的基礎上追求燃料成本最經(jīng)濟。因此當代火電企業(yè)正全力探索新的燃料管理模式——燃料全要素智能化管理，使燃料驗收、存儲、耗用、結算、數(shù)字化煤場等各個環(huán)節(jié)達到管理規(guī)范化、工作標準化、信息集成化、設備自動化、過程可視化。

3燃料全要素管控系統(tǒng)特點

燃料全要素管控系統(tǒng)致力于解決燃料管理三方面難題：一是燃料基礎信息不實，燃料管理效率低的問題。管控系統(tǒng)自動采集各相關設備燃料生產(chǎn)基礎數(shù)據(jù)信息，實時管控燃煤進、耗、存及量、質(zhì)、價信息。二是燃料管理手段落后問題。系統(tǒng)能實現(xiàn)燃料采樣、制樣、煤樣傳送、煤量計量、化驗等工作的自動化、標準化，實現(xiàn)驗收環(huán)節(jié)的全要素管控。三是燃料管理難度大、過程廉潔風險高的問題。集成布置、集中管控燃料業(yè)務全流程，實現(xiàn)燃料全過程關鍵環(huán)節(jié)無人干預、無縫對接、實時監(jiān)控[1]。

4系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1創(chuàng)新燃料管理理念

創(chuàng)新燃料全要素管控理念，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、信息化、自動化控制等技術，建立起從燃料采購到入爐的全過程閉環(huán)管理體系[2]，實現(xiàn)燃料入廠數(shù)量質(zhì)量驗收自動化、信息化，打通信息孤島，形成完整的燃料數(shù)據(jù)鏈，對煤流、信息流進行有效管控。通過燃料生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化整合，高效地管理燃煤入廠、入爐，庫存的數(shù)量，燃料質(zhì)量、價格等基礎數(shù)據(jù)，實現(xiàn)燃料數(shù)據(jù)信息在相關部門間有效共享，提高數(shù)據(jù)使用效率。燃料全要素管控系統(tǒng)，不但在設備層面上取得了成效，使燃料智能化管控系統(tǒng)和輸煤程控系統(tǒng)有機融為一體，而且也使燃料管理業(yè)務各環(huán)節(jié)（卸煤、取煤、輸送、計量、采樣、制樣、化驗）在統(tǒng)一平臺上實現(xiàn)標準化管控，從而對整個燃料業(yè)務流程進行實時數(shù)據(jù)的自動采集與傳輸，實時掌握基礎數(shù)據(jù)并可追溯分析歷史信息，實現(xiàn)燃料生產(chǎn)全過程管理的整體優(yōu)化提升。

4.2創(chuàng)新燃料管控系統(tǒng)

燃料全要素管控系統(tǒng)主要有三大作用：一是管控系統(tǒng)負責監(jiān)管所有與之相關的設備運行情況，實現(xiàn)入廠煤驗收工作無人值守及實時在線監(jiān)控，提高數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。二是管控系統(tǒng)接收并整合所有與燃煤驗收相關的數(shù)據(jù)，自動生成業(yè)務上需要的所有報表。三是管控系統(tǒng)負責與其他燃料生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

4.2.1作業(yè)層

作業(yè)層為設備操作員管理生產(chǎn)設備、監(jiān)控生產(chǎn)實時狀況的平臺，整合分散燃料生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，同時，為實現(xiàn)對燃料驗收全過程基礎數(shù)據(jù)信息的采集與追溯，還需要加入實時運行模型，并采集帶統(tǒng)一時間標記的各子系統(tǒng)信息。

4.2.2管理層

管理層是圍繞燃煤入廠、入爐、庫存各環(huán)節(jié)業(yè)務，進行管理、監(jiān)控的平臺。管理層與作業(yè)層進行燃料數(shù)據(jù)的傳遞交互、設備運行狀態(tài)實時反饋。管理人員通過該平臺向作業(yè)層發(fā)布指令并監(jiān)控作業(yè)情況。

5系統(tǒng)的應用

5.1智能管控平臺

燃料全要素管控系統(tǒng)圍繞燃煤采樣、制樣、樣瓶存儲傳輸、化驗一體化設計，以管控系統(tǒng)為樞紐，覆蓋燃料入廠計量、采樣、制樣、煤樣傳輸及存儲、化驗等各個環(huán)節(jié)，是集管控、數(shù)據(jù)分析與展示、實時監(jiān)控于一體，以實現(xiàn)燃料全過程管理智能化、自動化為目標的燃料管理系統(tǒng)[3]。通過構建統(tǒng)一的集中管控平臺和自動化采樣、制樣、樣品輸送、存樣、化驗系統(tǒng)，實現(xiàn)對計量、采樣、制樣、存樣及入爐等環(huán)節(jié)的全過程監(jiān)管，實現(xiàn)燃料數(shù)量、質(zhì)量重要環(huán)節(jié)無縫對接，無人值守與實時監(jiān)控，達到煤樣全程流轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)收集傳輸無人干預的目的。

5.2計量系統(tǒng)

在燃料全要素管理中，計量的準確性、可靠性非常重要。通過電子秤雙秤及誤差報警系統(tǒng)，解決計量偏差問題，即在同一帶式輸送機上，計量秤為雙秤布置，一臺計量秤和一臺監(jiān)視秤，雙秤串聯(lián)安裝，同時計量，設置雙秤的實時比對跟蹤系統(tǒng)，建立比對數(shù)學模型。當實時比對差值率超差時，程控畫面自動報警提示處理，實現(xiàn)計量過程的實時管控。參考飛機“黑匣子”功能，設計雙秤數(shù)據(jù)曲線跟蹤回溯，可以在管控系統(tǒng)中追蹤實時曲線，針對電子秤異常情況能定位到具體時間點，為電子秤運行優(yōu)化和故障分析提供便利，對于保證電子秤的準確性和分析判斷電子秤的故障奠定堅實基礎。

5.3智能留樣、存查樣系統(tǒng)

將存查樣系統(tǒng)和留樣系統(tǒng)均接入燃料智能化管控系統(tǒng)，運用物聯(lián)網(wǎng)技術，避免人工干涉，防止人工差錯，提高留存樣的安全性和準確性。按照國家“碳排放”核算指南要求，火電企業(yè)需留存分析樣60g及每月綜合樣60g一年備查。以兩臺機組的火電企業(yè)為例，一年需要留存碳交易綜合樣=3×365+2×12=1119份，同時月度入廠煤、入爐煤均需按企業(yè)標準留有存查樣。只能留樣、存查樣系統(tǒng)可以在復樣時相互對照，相互印證，更加有利于查找問題及溯源，通過存查煤樣復查，驗證化驗設備是否存在缺陷。系統(tǒng)支持留樣和存查樣到期自動提醒棄樣功能，有效避免空占存儲空間，減少人為記錄負擔，提高工作效率。

5.4超聲波樣瓶清洗機的應用

傳統(tǒng)的煤樣盛裝容器為玻璃瓶、一次性塑料自封袋等，因其無法實現(xiàn)智能存取要求，僅少量用于人工短期存樣。目前普遍應用帶芯片的標準塑料煤樣瓶與旋蓋組合，其既滿足密封防水分散失的要求，又可重復使用，降低使用成本。但由此帶來的煤樣瓶、瓶蓋清洗工作量大，且存在清洗不干凈、晾曬時間長、晾曬不干引起樣品污染產(chǎn)生化驗偏差、影響化驗準確性等問題。超聲波樣瓶清洗機利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生交頻振蕩信號，經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換為機械振動傳入清洗液中，在清洗液中形成超聲波束，當超聲強度達到一定數(shù)值時，就會在清洗劑中產(chǎn)生成千上萬的微小氣泡。這些氣泡的閉合形成瞬間高壓產(chǎn)生強大的沖擊波，連續(xù)不斷的瞬時高壓就像一連串小的“炸彈”，連續(xù)不斷地沖擊被清洗物的表面，因超聲波的方向性和穿透性都比較強，使物體表面、凹坑及縫隙之中的污垢迅速剝落[4]，達到迅速清洗效果。超聲波樣瓶清洗機全部采用程序控制，樣瓶清洗后潔凈度非常高，從而保證了樣瓶不被殘留樣品污染，不會出現(xiàn)樣品通過樣瓶相互混樣，干擾化驗準確性的情況。

5.5壓縮空氣預處理系統(tǒng)

在燃料質(zhì)量驗收環(huán)節(jié)，采制樣設備中使用大量的氣動元件，通過大量的比對試驗，發(fā)現(xiàn)存在壓縮空氣對煤樣品質(zhì)干擾和污染的現(xiàn)象。保證壓縮空氣的潔凈度是解決問題的方式。為此在制樣機壓縮空氣進口端采用高效可靠的壓縮空氣預處理系統(tǒng)，對壓縮空氣進行除油、除水、除雜質(zhì)，保證了壓縮空氣的潔凈度。

5.6數(shù)字化煤場

應用自動定位技術、網(wǎng)絡通信、傳感技術、監(jiān)控技術等管控煤場設備及存煤情況，實現(xiàn)煤場信息數(shù)字化、可視化。數(shù)字化煤場包括場存三維示意圖、庫存臺賬、煤場測溫等。建立直觀的三維動態(tài)模型展示煤場情況，包括存煤位置、存煤量、煤種、煤質(zhì)、價格、熱值、硫分等重要指標信息。系統(tǒng)自動生成庫存臺賬，采用圖表形式展示庫存情況，包含庫存煤種、堆放時間、存煤位置、存煤量以及各煤種的量、質(zhì)、價信息，并通過紅外成像技術實現(xiàn)智能盤煤，用以對賬面庫存和實盤庫存進行比對。

6結語

本文通過創(chuàng)新燃料全要素管理理念，綜合運用自動化、信息化、可視化技術，實現(xiàn)燃料從入廠、入爐到存儲的全過程智能化管理，更加高效地利用人力資源。燃料全要素智能化管理系統(tǒng)可以極大程度地避免人為操作的弊端，有效規(guī)避了廉潔風險。燃料全要素管控系統(tǒng)的應用，大大提升了燃料智能化、精細化管理水平，為火電企業(yè)的經(jīng)營決策提供了重要參考，進一步降低了火電企業(yè)經(jīng)營成本，大幅提高了綜合效益。

【參考文獻】

[1]黃立新.燃料智能化管控系統(tǒng)在火電廠的應用前景[J].華電技術，2016，38（9）：56-58+79-80.

[2]李武林，王彥林，黃新.火力發(fā)電廠燃料全過程管控系統(tǒng)研究開發(fā)與應用[J].建筑工程技術與設計，2017（23）：3653.

[3]胡文森，甄長紅.火電廠“入廠、入爐、入賬”一體化燃料智能管控系統(tǒng)研發(fā)應用[J].電力科技與環(huán)保，2018，34（4）：49-51.

[4]夏江濤.汽車零部件全自動超聲波清洗機[J].自動化與信息工程，2007（1）：44-46.

作者:劉健 單位:國家能源集團遼寧電力有限公司沈西熱電廠