【摘要】本文以燃料全要素管理為管控目標(biāo)，綜合運用自動化、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，建立燃料從采購、接卸、儲存、耗用的全生命周期的標(biāo)準(zhǔn)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(guān)鍵詞】燃料智能化；數(shù)字化煤場；全要素管控

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.03.056

Research on Fuel Standardization Management System with Total Factor Control

LIU Jian

（Shenxi Thermal Power Plant of National Energy Group Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang 110000，China）

Abstract：This paper takes the total factor management of fuel as the management and control goal，and comprehensively uses automation，information technology，network technology，etc. to establish a standardized management system for the whole life cycle of fuel from procurement，unloading， storage，and consumption，so as to achieve closed-loop management of coal flow and information flow，aiming to reduce the cost of power generation and coal burning，and improve the operating economy of power generation units.

Key words：intelligent fuel；digital coal yard；full element control

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(jié)構(gòu)性改革、國企改革、“雙碳”目標(biāo)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(yán)峻，企業(yè)更加意識到能源最優(yōu)利用的重要性?；痣娖髽I(yè)當(dāng)前普遍存在技術(shù)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(zhǔn)確性、實時性有待提高，燃料質(zhì)量驗收各環(huán)節(jié)風(fēng)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(dǎo)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(guān)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(xì)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(dāng)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(shè)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(shè)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(jié)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(wù)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)、管理效率不高，其進、耗、存與量、質(zhì)、價信息的及時性、準(zhǔn)確性不夠，難于科學(xué)、有效地指導(dǎo)配煤摻燒；四是燃料生產(chǎn)設(shè)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(dāng)今形勢下提高燃料科學(xué)化、精細(xì)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(biāo)是在保證安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上追求燃料成本最經(jīng)濟。因此當(dāng)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(jié)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(biāo)準(zhǔn)化、信息集成化、設(shè)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(chǔ)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(guān)設(shè)備燃料生產(chǎn)基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)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(fēng)險高的問題。集成布置、集中管控燃料業(yè)務(wù)全流程，實現(xiàn)燃料全過程關(guān)鍵環(huán)節(jié)無人干預(yù)、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(shù)，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(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)燃料數(shù)據(jù)信息在相關(guān)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(shè)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(wù)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(biāo)準(zhǔn)化管控，從而對整個燃料業(yè)務(wù)流程進行實時數(shù)據(jù)的自動采集與傳輸，實時掌握基礎(chǔ)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(fù)責(zé)監(jiān)管所有與之相關(guān)的設(shè)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(guān)的數(shù)據(jù)，自動生成業(yè)務(wù)上需要的所有報表。三是管控系統(tǒng)負(fù)責(zé)與其他燃料生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4.2.1作業(yè)層

作業(yè)層為設(shè)備操作員管理生產(chǎn)設(shè)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(chǔ)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(biāo)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(wù)，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(shè)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(yīng)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(shè)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(biāo)的燃料管理系統(tǒng)[3]。通過構(gòu)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(yù)的目的。

5.2計量系統(tǒng)

在燃料全要素管理中，計量的準(zhǔn)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(shè)置雙秤的實時比對跟蹤系統(tǒng)，建立比對數(shù)學(xué)模型。當(dāng)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(shè)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(zhǔn)確性和分析判斷電子秤的故障奠定堅實基礎(chǔ)。

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(shù)，避免人工干涉，防止人工差錯，提高留存樣的安全性和準(zhǔn)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60 g及每月綜合樣60 g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(biāo)準(zhǔn)留有存查樣。只能留樣、存查樣系統(tǒng)可以在復(fù)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(fù)查，驗證化驗設(shè)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(fù)擔(dān)，提高工作效率。

5.4超聲波樣瓶清洗機的應(yīng)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(yīng)用帶芯片的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(zhǔn)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(dāng)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(zhǔn)確性的情況。樣瓶清洗機原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

5.5壓縮空氣預(yù)處理系統(tǒng)

在燃料質(zhì)量驗收環(huán)節(jié)，采制樣設(shè)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(yù)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(yīng)用自動定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信、傳感技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)等管控煤場設(shè)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(biāo)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(shù)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(jié)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(shù)，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(fēng)險。燃料全要素管控系統(tǒng)的應(yīng)用，大大提升了燃料智能化、精細(xì)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】

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[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(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)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(yīng)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.

【作者簡介】

劉健，女，1988年出生，工程師，碩士，研究方向為燃料智能化管理。

（編輯：謝飛燕）