馬建勇

淺談智慧煤場運行的開發(fā)與應用

馬建勇

（浙江浙能紹興濱海熱電有限責任公司，浙江 紹興 312073）

火力發(fā)電廠（包括熱電聯(lián)產(chǎn)）以燃煤作為主要的能源材料，智能化的燃煤運輸、管理及輸煤設備的運行維護是智慧電廠重要環(huán)節(jié)之一。針對火力發(fā)電廠中智慧煤場運行的技術(shù)改造應用和開發(fā)進行探討。

火力發(fā)電廠；巡檢機器人；無人值守；技術(shù)改造

傳統(tǒng)火力發(fā)電廠煤場通常承擔了燃煤管理、輸煤設備運行、檢修等相關(guān)工作，主要負責火力發(fā)電廠的“口糧”。百萬兆瓦機組容量的電廠每天耗煤近萬噸，因此如何高效地實現(xiàn)現(xiàn)代化智能運輸、管理、維護輸煤設備，提高火電廠智能化水平，提高生產(chǎn)效率是當前需要探討的主要問題之一。

1 傳統(tǒng)火力發(fā)電廠煤場運行中的問題

火力發(fā)電廠煤場主要包括碼頭（鐵路貨運站）及卸煤系統(tǒng)、煤場儲煤系統(tǒng)、篩碎系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)及相關(guān)輔助設備。煤場運行包括運行班長、程控值班員、主值、副值、司機（斗輪機、卸船機、翻車機等），由于煤場在生產(chǎn)中具有重要作用，必須進行有效巡檢。運行狀態(tài)是否正常直接關(guān)系到全廠的安全與生產(chǎn)。煤場運行時噪聲大、有揚塵，會在一定程度上危害礦工的身心健康，不適合人工巡檢。再如帶式輸送機承擔著運輸?shù)闹匾蝿?，但隨著帶式輸送系統(tǒng)相關(guān)設備逐漸老化，故障明顯增多，漏檢現(xiàn)象時有發(fā)生，甚至在巡檢周期內(nèi)出現(xiàn)故障。除人工巡檢以外，目前這些設備通常采用數(shù)量有限的固定傳感器及固定監(jiān)控攝像頭進行監(jiān)測，很難全面、準確、實時地檢測并獲得設備的運行狀態(tài)。而大量的簡單重復性操作，如斗輪機、卸船機、翻車機運行都離不開人員操作。因此，隨著科學技術(shù)的發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用及智慧電廠的開發(fā)，傳統(tǒng)火力發(fā)電廠煤場運行將迎來機器代替人實現(xiàn)自動化創(chuàng)新的智慧煤場的變革。首先從煤場運行的現(xiàn)狀進行分析，目前主要存在以下問題有待解決。

一般原煤從碼頭（鐵路貨運站）卸煤直至原煤斗上倉結(jié)束少則幾公里，多則數(shù)十公里。大多配備多名巡檢人員對運行前、中、后進行現(xiàn)場檢查，大量的體力消耗在巡檢的路途上，而且現(xiàn)場環(huán)境較差，粉塵、噪聲等環(huán)境因素危險源時刻存在。

煤場儲煤系統(tǒng)中斗輪機作為堆取料的重要設備，既承擔燃煤接卸，還承擔了燃煤配煤和上倉工作。而傳統(tǒng)的火電廠大都采用斗輪機司機人為操作，受到天氣、環(huán)境制約較大。同樣，碼頭卸船機作為燃煤接卸的一種方式，通過司機人為操作，接卸量和設備損耗等較大程度取決于司機實際操作 水平和責任心，在實際生產(chǎn)中存在運行管理和設備維護困難的情況。

作為煤場的大腦，程控操作控制著整個輸煤系統(tǒng)的啟停和燃料的接卸。目前大型火力發(fā)電廠往往存在多個儲煤系統(tǒng)及多達數(shù)十條的輸送帶，系統(tǒng)復雜操作較為困難。監(jiān)盤人員通過操作員站人為操作安全責任大，稍一疏忽便容易發(fā)生安全事故。

2 解決辦法

隨著智慧電廠的逐步開發(fā)，智慧煤場也進入了實際使用。針對以上傳統(tǒng)火力發(fā)電廠煤場運行中的問題逐一進行 討論。

2.1 智慧煤場平臺的運用

對于長距離輸送帶及輸煤棧橋的巡檢，可以通過智慧煤場平臺實現(xiàn)在線檢查、實時故障報警來代替人員長途現(xiàn)場巡檢。目前主要有以下幾種實施辦法。

2.1.1 軌道式巡檢機器人

帶式輸送機的工作環(huán)境惡劣、照明差，不利于巡檢人員巡視并及時發(fā)現(xiàn)問題，可通過安裝固定軌道式機器人代替人為巡檢。機器人通過自帶的紅外熱成像儀、高清攝像頭及振動、溫度等傳感器實現(xiàn)長距離設備智能化巡測，并將現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)+傳送到智慧煤場平臺進行數(shù)據(jù)整理、分析，最終實現(xiàn)故障點的判別。它集合了聲、光、異常氣體報警（不需要高精度）、溫濕度等環(huán)境監(jiān)控部件，實現(xiàn)輸煤系統(tǒng)設備的智能監(jiān)測和應急處理。智能巡檢機器人管理系統(tǒng)分為過程感知層、主控管理層、遠程系統(tǒng)層等三層分別實現(xiàn)各自核心功能，實現(xiàn)設備狀態(tài)智能感知、分析、診斷、決策等管理，并實時共享設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，為輸煤棧橋的監(jiān)控決策提供強有力的決策依據(jù)。軌道機器人適用于較長距離的帶式輸送機。軌道機器人在輸煤系統(tǒng)的運用如圖1所示。

2.1.2 定點無線測量+監(jiān)控輔助故障報警系統(tǒng)

輸煤棧道托輥異常時會存在振動異常、聲音異常和溫度異常。通過在托輥支撐架上安裝振動和溫度傳感器實時監(jiān)測。在獲取傳感器數(shù)據(jù)后經(jīng)處理成云端可視化數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳到平臺進行集中處理。同時使用定點聲音遙測裝置通過對數(shù)十米內(nèi)輸送帶的托輥運行聲音進行數(shù)據(jù)采集整理后上傳并匯總分析判斷故障區(qū)域，并實時進行報警，再通過遠方監(jiān)控對該區(qū)域設備進行人工判定實現(xiàn)故障檢查。監(jiān)控輔助系統(tǒng)同時具有對托輥卡死現(xiàn)象的監(jiān)測。該報警系統(tǒng)能實現(xiàn)故障的實施報警和初步判斷，而且投資小、易于安裝且維護簡便，適用于短距離帶式輸送機自動檢測系統(tǒng)。

圖1 軌道機器人在輸煤系統(tǒng)的運用

2.1.3 定點接觸式傳感器測量+紅外監(jiān)控輔助故障報警系統(tǒng)

對于轉(zhuǎn)運站內(nèi)的大型固定式輸煤設備，如篩碎系統(tǒng)、帶式輸送機電機、減速器及滾筒等部件，可以考慮安裝接觸式傳感器部件（溫度、振動等）對運行部件進行實時測量，并運用紅外熱成像技術(shù)監(jiān)測設備溫度的變化情況，加上監(jiān)控輔助監(jiān)測，通過主控制器經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)+進行遠程分析并實時報警，可以實現(xiàn)設備故障初期的精確報警。

以上巡檢報警系統(tǒng)的應用能有效實現(xiàn)機器代替人，減少輸煤環(huán)境對人身健康的影響，同時通過大數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)智能化設備檢查維護。

2.2 無人值守改造

斗輪機堆取料和配煤上倉工作通過無人值守改造目前開始運用于火力發(fā)電廠。利用自動化控制、激光三維數(shù)據(jù)、圖像監(jiān)控等手段，建立數(shù)字化堆場信息，控制方式上實現(xiàn)原有手動方式，新增全自動作業(yè)方式。全自動堆取煤時，操作人員只需在斗輪機司機室或輸煤集控室通過上位機進行堆取煤初始設定，就能控制斗輪機自動完成大車行走、懸臂回轉(zhuǎn)、俯仰變幅、斗輪運轉(zhuǎn)等工作，從而實現(xiàn)自動堆取煤。完美地實現(xiàn)了斗輪機的遠程自動控制，提高了整個系統(tǒng)的可靠性，有利于電廠的安全經(jīng)濟運行。

卸船機自動卸煤改造是基于斗輪機無人值守控制技術(shù)改造項目的順利實施后進行的。其原理與斗輪機類似，同樣實現(xiàn)了機器代替人為作業(yè)。通過無人值守和自動卸煤技術(shù)改造，真正實現(xiàn)燃料運輸?shù)娜^程自動化，也保證了由于人為因素帶來的設備故障和損耗。

2.3 輸煤程控的自動化改造

目前火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)程控大都基于PLC的控制技術(shù)，部分電廠進行了DCS改造。而大型火力大電廠擁有多個儲煤場地多條輸煤路徑，PLC控制實現(xiàn)全過程自動配煤上倉頗感力不從心。通常會進行DCS改造，從而實現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的自動化程控運行，大大減少程控監(jiān)盤的工作量，讓計算機去完成所有設備啟停操作和聯(lián)鎖切換等。所以在完成DCS改造后，可以和智慧煤場平臺實現(xiàn)數(shù)字化平臺的有效結(jié)合，對于明顯的設備故障，經(jīng)智慧煤場平臺通過計算機遠程自動控制DCS實現(xiàn)自動停運、切換，有效地實現(xiàn)故障點隔離及連續(xù)可靠的生產(chǎn)運行。智慧電廠模擬演示如圖2所示。

圖2 智慧電廠模擬演示

以上各區(qū)域的智慧煤場的技術(shù)改造，其最終目的是建立智慧煤場管理平臺系統(tǒng)，上與智慧電廠管理平臺無縫連接數(shù)據(jù)共享，下設無人值守系統(tǒng)、巡檢巡測報警系統(tǒng)、故障分析系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測、安防等子系統(tǒng)，并與DCS自動控制系統(tǒng)完美結(jié)合。其中，智慧平臺要求通過采用智能感知、故障診斷、自動控制、信息通信技術(shù)及DCS自動控制技術(shù)等代替人員巡檢，手動操作，實現(xiàn)輸煤系統(tǒng)全過程自動化控制和巡測巡檢。

3 結(jié)束語

當然，智慧煤場管理平臺的開發(fā)和應用遠不止上述這些功能，隨著工業(yè)4.0的推廣，國家經(jīng)濟高速度發(fā)展和高質(zhì)量增長。更多的新技術(shù)將運用到智慧電廠、智慧煤場管理平臺，煤質(zhì)的在線監(jiān)測、燃料在線管理、設備在線監(jiān)測和維護等都將在智慧煤場中得以實現(xiàn)。

［1］沈超.礦用自動巡檢機器人在黃陵一號煤礦的應用［J］.陜西煤炭，2020（2）：118-120，141.

［2］張繼慧.智慧電廠開發(fā)與應用淺析［J］.科技創(chuàng)新導報，2019（24）：1，3.

TD611.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.12.066

2095－6835（2020）12－0150－02

〔編輯：王霞〕