包哲文張 磊蔣志強

（1.杭州華電能源工程有限公司，浙江 杭州 310030；2.杭州華電雙冠能源科技有限公司，浙江 杭州 310030；3.中國華電集團有限公司，北京 100031）

0 引言

隨著“國家2025戰(zhàn)略”的提出，發(fā)展基于新技術(shù)的“無人經(jīng)濟”，是實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)過程自動化、運營管理現(xiàn)代化的重要舉措。目前人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、5G通信等新技術(shù)的應(yīng)用，推動火力發(fā)電企業(yè)燃料管理向智能化發(fā)展。根據(jù)中國工程院預(yù)測，截至2035年，煤炭在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中占比將從2018年的59%下降至47%，但電煤比例將由目前的52%提高至65%，安全、高效、綠色火力發(fā)電仍將是發(fā)電的主要形式[1]。

燃料成本占火力發(fā)電企業(yè)總成本的70%左右，控制燃料成本是電廠降低發(fā)電成本的關(guān)鍵舉措，相關(guān)專家學(xué)者也對燃料智能化建設(shè)做了一些研究，周國忠[2]、龔福[3]對燃料智能化管理系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀進行了簡析，高滿達等人[4]利用智能化技術(shù)和智慧化管理理念，探討了火電廠智能燃料典型建設(shè)方向。但是目前的一些研究沒有形成火力發(fā)電企業(yè)入廠到入爐煤炭全流程的智能化建設(shè)方案，從設(shè)備、管控、應(yīng)用等方面介紹的還不是很具體。

當前火力發(fā)電企業(yè)燃料驗收環(huán)節(jié)人工參與度高、機械化水平低；煤場管理不精細，燃煤堆放周期長，數(shù)據(jù)統(tǒng)計不及時，且人工盤點誤差大；摻配煤難度大，缺少直觀的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和配煤依據(jù)，無法從理論上和實際數(shù)據(jù)上指導(dǎo)配煤摻燒工作，容易影響鍋爐燃燒。針對目前火力發(fā)電企業(yè)燃料管理存在的不足，有必要開展燃料智能化建設(shè)，通過煤炭科學(xué)合理的采購、驗收、堆煤、取煤，儲存及摻配，結(jié)合鍋爐燃燒安全充分挖掘煤電企業(yè)用煤管理潛力，逐步實現(xiàn)廠內(nèi)燃料精益化管理，高質(zhì)量服務(wù)生產(chǎn)經(jīng)營。

1 燃料智能化系統(tǒng)概述

綜合利用信息技術(shù)、控制技術(shù)、計算機科學(xué)、相關(guān)專業(yè)技術(shù)及創(chuàng)新概念等，通過對運煤車船、燃煤計量、燃煤煤質(zhì)驗收、燃煤接卸輸送、燃煤系統(tǒng)安全監(jiān)控、儲煤場、燃煤摻配、入爐煤質(zhì)檢測等設(shè)備設(shè)施進行智能化升級和系統(tǒng)集成，形成對燃煤入廠至入爐全流程智能化管控的有機結(jié)合體，有效提高燃料使用價值，為生產(chǎn)經(jīng)營提供支撐。智能燃煤系統(tǒng)按功能劃分為現(xiàn)場層、管控層和應(yīng)用層三個層次，整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能燃煤系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 建設(shè)原則

智能燃煤系統(tǒng)是一個立足燃料全過程管理和控制，考慮設(shè)備設(shè)施自動化、智能化、人性化的燃煤控制系統(tǒng)。在進行系統(tǒng)設(shè)計時需要完全結(jié)合電廠實際，依據(jù)現(xiàn)場需求，統(tǒng)一規(guī)劃實施，在具體設(shè)計過程中應(yīng)遵循以下幾個基本原則：

（1）標準化原則：數(shù)據(jù)編碼標準化、業(yè)務(wù)流程標準化、管理制度標準化。

（2）模塊化原則：分層次、分模塊設(shè)計，強化模塊的內(nèi)聚，做到模塊并聯(lián)。

（3）安全原則：包括數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)安全，數(shù)據(jù)不能任意修改，系統(tǒng)通過網(wǎng)閘隔離、安全審計、防火墻等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)信息安全手段，確保網(wǎng)絡(luò)安全要求。

（4）一體化原則：統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一流程、統(tǒng)一標準、集中部署。

（5）全盤管控與過程追溯原則：以燃煤全過程各個環(huán)節(jié)的關(guān)口進行管控，確保有據(jù)可查，有源可溯。

（6）系統(tǒng)擴展性及開放性原則：軟件架構(gòu)的設(shè)計、PLC控制系統(tǒng)均采用當前成熟的平臺架構(gòu)，具有模塊化、靈活擴展的結(jié)構(gòu)。

1.2 智能化系統(tǒng)功能

1.2.1 智能化管控平臺

智能化管控平臺集成入廠煤智能驗收、數(shù)字煤場及智能摻配等各系統(tǒng)，采集各子系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)及運行信息，收集各子系統(tǒng)的異常狀態(tài)并分析處理，建立從計劃到入爐的燃料管理模型，與各子系統(tǒng)建立接口，形成集傳遞、加速、計算為一體的智能化管控中心。

燃料智能化管控平臺是監(jiān)視、對講、控制和展示中心，實現(xiàn)對現(xiàn)場節(jié)點、設(shè)備運行狀況的實時監(jiān)管等；是集設(shè)備管控、視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析與展示于一體，以實現(xiàn)燃料智能化管理為目的集成系統(tǒng)；是將燃料智能驗收、數(shù)字煤場、智能摻配燒等環(huán)節(jié)設(shè)備進行統(tǒng)一監(jiān)控，實現(xiàn)對各設(shè)備運行情況及參數(shù)的實時監(jiān)視，并在設(shè)備發(fā)生異常時具有自動報警提示功能，同時可對報警點進行自動跟蹤監(jiān)視。燃料管控中心可實現(xiàn)遠程對設(shè)備進行啟動和緊急停機等相關(guān)操作。

1.2.2 入廠智能驗收系統(tǒng)

入廠智能驗收系統(tǒng)現(xiàn)場層設(shè)備包括計量設(shè)備、全自動采樣設(shè)備、全自動制樣設(shè)備、全自動化驗設(shè)備及煤樣智能傳輸存儲裝置。主要實現(xiàn)汽（火）車入廠智能管控、全自動采樣、全自動制樣、全自動化驗，有效防范廉潔風(fēng)險，有效防范效益流失。

應(yīng)具備以下功能：汽（火）車入廠智能管控模塊可實現(xiàn)運煤車輛從重車入廠、驗收、接卸到輕車出廠的全過程少人或無人干預(yù)。全自動采制樣模塊可自動采集來煤信息、生成采樣方案，完成集樣歸批、自動制樣、在線全水分檢測、樣品封裝傳輸、智能存取樣、自動化驗、自動上傳數(shù)據(jù)等功能。通過氣動傳輸系統(tǒng)連接全自動制樣系統(tǒng)、智能存查樣柜、全自動化驗系統(tǒng)、標準化實驗室，實現(xiàn)煤樣瓶的自動傳輸，可完全杜絕樣品轉(zhuǎn)運過程中人為換樣的風(fēng)險。全自動化驗實現(xiàn)全過程自動檢測，化驗全流程可控、結(jié)果可溯源。

1.2.3 數(shù)字煤場

數(shù)字煤場現(xiàn)場層設(shè)備包括盤煤裝置、堆取料設(shè)備、煤場安全環(huán)保設(shè)施等，主要實現(xiàn)全自動盤煤、煤場三維模型、存煤信息動態(tài)管理、煤堆溫度監(jiān)控預(yù)警、抑塵防爆、堆取料設(shè)備自動堆取料等。

數(shù)字煤場管控系統(tǒng)作為智能化管控平臺的重要組成部分，包括盤煤、堆取料、煤場安全環(huán)保防護、溫度監(jiān)測、抑塵等設(shè)備設(shè)施控制系統(tǒng)。

應(yīng)具備以下功能：（1）對煤場實現(xiàn)全覆蓋自動盤煤，以三維圖形的方式全面、直觀、實時、動態(tài)展示煤場狀態(tài)，反映煤場各空間位置的煤量、煤質(zhì)、煤價、存煤時間、溫度等信息。實現(xiàn)從入廠煤智能驗收開始—煤場堆存—煤場管理—取煤—原煤倉整個流程實物流和數(shù)據(jù)流的結(jié)合。（2）實現(xiàn)煤場無人化精準堆?。簩崿F(xiàn)燃煤根據(jù)不同煤種、不同礦點分堆、分層堆放。同時，接入堆取料設(shè)備高精度定位傳感器，實現(xiàn)堆取料設(shè)備精確定位，并結(jié)合實時動態(tài)煤場三維模型，實現(xiàn)燃煤的精確堆取。實現(xiàn)存取煤軌跡記錄和追溯。（3）實現(xiàn)安全監(jiān)控報警功能：能以圖像顯示表面溫度的分布情況，并具備區(qū)域溫度趨勢顯示和報表輸出功能。當煤堆溫升或溫度超標、有害氣體或粉塵濃度超標時，能自動預(yù)警、報警。具備有害氣體濃度、粉塵濃度的分區(qū)展示功能。

1.2.4 智能摻配燒系統(tǒng)

智能摻配燒系統(tǒng)現(xiàn)場層設(shè)備包括堆取料設(shè)備、燃煤接卸輸送摻配設(shè)備、入爐煤計量及采制化設(shè)備、在線檢測設(shè)備。

智能摻配燒系統(tǒng)根據(jù)摻燒目標及條件，完成摻配摻燒方案的制訂、信息反饋、效果評價、風(fēng)險評估，進而實現(xiàn)采購策略優(yōu)化反饋的智能化系統(tǒng)。配煤摻燒智能決策模塊，根據(jù)決策系統(tǒng)配煤摻燒優(yōu)化模型，綜合鍋爐設(shè)計參數(shù)、來煤信息、發(fā)電計劃、負荷分布、煤場庫存、燃煤成本、配煤摻燒反饋評價、設(shè)備運行工況等因素，生成安全、經(jīng)濟、環(huán)保指標綜合最優(yōu)的配煤摻燒方案。

應(yīng)具備以下功能：根據(jù)電廠負荷計劃、煤場數(shù)據(jù)，以煤質(zhì)、煤價、安全、環(huán)保等為約束條件，自動生成包含配煤方式、煤質(zhì)需求等要素的摻配方案，并可按照機組負荷工況進行人工調(diào)整優(yōu)化。通過堆取料設(shè)備實現(xiàn)燃煤精準堆取、過程摻配。利用入爐煤在線檢測技術(shù)安全快速地完成全水分（水分）、元素、灰分、發(fā)熱量等指標檢測，對配煤摻燒效果進行評價、調(diào)整、優(yōu)化，確保機組安全運行、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟高效。

2 結(jié)語

通過燃煤全過程數(shù)據(jù)分析及接收、分析傳輸過來的現(xiàn)場建模數(shù)據(jù)和安環(huán)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對燃煤全過程中相關(guān)設(shè)備的自動化精準控制及安全作業(yè)，結(jié)合煤質(zhì)和負荷等工況信息，運用大數(shù)據(jù)分析，實時為發(fā)電運行提供最優(yōu)化指導(dǎo)，實現(xiàn)燃煤入廠驗收智能化、煤場數(shù)字化、摻配燒精準化，提升全流程管理精益化水平。

（1）提升風(fēng)險管控能力。在燃料關(guān)鍵環(huán)節(jié)實現(xiàn)機械化、自動化作業(yè)，信息系統(tǒng)自動實時監(jiān)督，杜絕人為干擾因素，堵塞漏洞，維護企業(yè)利益，有效防范風(fēng)險。

（2）提升成本控制能力。通過智能管控系統(tǒng)，燃料采購成本、耗用成本實時測算，驗收數(shù)據(jù)真實準確、及時全面，為生產(chǎn)經(jīng)營決策提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

（3）提升過程控制能力。用信息化代替人工管理，燃料管理可實現(xiàn)工作制度化、流程規(guī)范化，管理信息化，提高管理效率和過程管控水平。