火电企业燃料智能化管理系统的研究与应用.pdf

第2期 煤 质 技 术 2 0 1 5年3月 火电企业燃料智能化管理 系统的研究与应用 成 冈 0 ，陆茂荣 ，何 亮 1 ． 中 国 国 电 集 团公 司 江 苏 南 京 2 1 0 0 3 I ； 2 ． 国电科学技 术研 究院，江苏 南京 2 1 0 0 3 1 摘要 从计量、采样 、制样 、送样、存样、化验等环节对火电企业燃料 管理的现状进行分析 ，并 从 自动 计量 、 自动 采样 、 自动 采样 、煤 样封装 及标 识 、煤样传 输及 存储 、化验 网络 化 管理 、入 炉煤 管理 、数 字化 煤场 、管控 中心等 方面 阐述 了燃 料 智能化 管理 系统 的具体 建设标 准 ，综合运 用现 代物 联 网 、 自动控 制化 和信 息技 术 构建 燃料 智能化 管理 系统 ，并 对燃料 智能化 管理 系统 在 火电企 业的应 用进行 了探讨与展望，建议加快推进相关技术的研发及相关标准的研制以推进燃料智能化管理 系统 的 应 用。 关键 词 燃料 管理 ；智 能化 ；管理 系统 ；火电企 业 ； 自动控制 ；信 息技 术 ；管控 中心 中图分类 号 F 7 6 4 ． 1 文献标 识码 B 文章 编号 1 0 0 7 7 6 7 7 2 0 1 5 0 2 0 0 4 2 0 4 Re s e a r c h a n d a pp l i c a t i o n o f f u e l i n t e l l i g e n t ma n a g e me n t s y s t e m i n t h e r ma l po we r p l a nt s CH ENG Ga ng l -． I U M a o Ron g 一 ． HE Li a ng ’ 1 ． C h i n a Gu o d i a n C o r p o r a t i o n，Na n j i n g 2 1 0 0 3 1 ，C h i n a； 2 ． Gu o d i a n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Na n j i n g 2 1 0 0 3 1 ，C h i n a Ab s t r ac t Fr om s t a g e s s uc h a s me t e r a ge ， s a mpl i ng， s a mpl e pr e p ar a t i on， s e nd i n g s a mpl e ， s amp l e s t or a g e a n d t e s t， t h e r u e l ma n a g e m e n t c i r c u ms t a n c e i n t h e r ma l p o we r p l a n t s wa s i n t r o d u c e d， a n d f r o m a s p e c t s l i k e a u t o ma t i c m e t e r a g e， a u t o ma t i c s a mp l i n g， c o a l s a mp l e p a c k a g e ， i d e n t i f i c a t i o n，c o a l s a mp l e t r a n s p o r t a t i o n a n d s t o r a g e，ne t wo r k m a n a g e me n t o f t e s t ，c o a l a s f i r e d man a ge me nt ，di g i t a l c oa l s t o r a ge f i e l d a n d c on t r o l c e nt e r ， t he s p e c i f i c c o ns t r uc t i o n s t an d ar ds o f f ue l i nt e l l i ge n t m a n a ge me n t s y s t e m we r e de mo ns t r a t e d．M or e o ve r ，t he i n t e r ne t ，a ut oma t i c c o nt r ol a n d i nf or ma t i on t e c hn ol o gy we r e u s e d t O e s t a bl i s h t he f u e l i nt e l l i ge n t ma n a ge me nt s y s t e m ， a nd t he ap pl i c a t i on i n t he r m a l p owe r pl a nt s of t h a t s ys t e m we r e a l s o di s c u s s e d a n d e x pe c t e d ． Ad di t i on al l y， i t wa s s u g ge s t e d t ha t we s ho ul d a c c e l e r a t e t he d e ve l o pme nt of r e l a t i v e t e c hn ol o gy r e s e a r c h a nd r e l a t i v e s t a nd a r d s， wh i c h c o ul d a c c e l e r a t e t he a p pl i c a t i on of f ue l i n t e l l i g e nt ma na g e me nt s y s t e m． Ke y w o r d s f u e l ma n a g e me n t ； i n t e l 1 i g e n t i z a t i 0 n； ma n a g e me n t s y s t e m ； t h e r ma l p o we r p l a n t s ； a u t o ma t i c c o n t r o l ； i n f o r ma t i o n t e c h n o l o g y ；ma n a g e m e n t a n d c o n t r o l c e n t e r O 前 言 煤炭 占火电企业经营成本的 7 0 以上 ，煤炭 验收是火 电企业燃料管理的重要环节，而采制化技 术是燃料质量验收的核心 。火 电企业各管理及业务 部门投入很大的精力进行采制化过程控制 ，如企业 成立以分管厂长为组长的燃料领导小组 、成立各种 形式 的监 督小 组 、关键场 所安 装监 控设施 、采制化 人员定期轮换等，采取管理和技术手段以加强煤炭 验收工作，但仍存在较多问题 。控制煤炭验收的廉 政风险需企业领导时刻关注 ，同时采制化技术落后 和相关从业人员素质低也严重制约了专业进步和发 展 。 2 0 1 2年中国国电集 团提 出将 自动化 和信息技 术引入燃料管理 ，实现燃料入厂到入炉全过程智能 化管理 ，在入厂煤管理 、入炉煤管理 、数字化煤场 42 等环节达到管理 规范化 、工作标 准化 、信 息集成 化 、设 备 自动化 、过 程可视 化 的要求 【 1 ] 。 1 火 电企业燃料管理现状分析 1 计量环节。火电企业入厂入炉燃料的计量 方式 有汽 车 衡 、轨 道衡 、胶 带 秤 、水 尺 。汽 车 衡 、 轨道 衡 、胶 带 秤基本 上是 自动 称重并 显示 、记 录数 据 ，水尺 由人 工计量 。但 很多 衡器 计量数 据 由人工 传送，效率低 ，存在人为改动的风险。衡器不能 自 动识别车辆及矿别信息 ，存在重复过衡和可通过遥 控衡器传感器人为调整计量数据等漏洞 。 2 采样环节。火电企业煤炭采样多数使用机 械采样装置 ，部分企业或机采装置故障时 ，人工采 样还普遍存在 。机械采样时 ，存在采样盲区、采样 深度不够等问题 ，煤样的代表性不能保证 ，且不能 自动识 别 来 煤 信 息 、不 能 自动 采 样 、不 能 随 机 布 第2期 煤 质 技 术 2 0 1 5 年3月 点 、不能 自动确定采样方案和分配存样罐 、不能实 现样品封装等问题 ，采样方案 、选点 、布点采用人 工方 式确 定 及操 作 ，存在 较大 的管 理漏 洞 。人 工采 样方 式 ，在 车厢 顶部 或卸 车后 表面 采取 煤样 ，劳动 强度大 、规范性差 ，无法预判 、监管及管理 。 3 制 样环 节 。 目前 火 电企 业均 采取 共有煤 样 进行 全 水 分 煤 样 、存 查 煤 样 、一 般 分 析 煤 样 的 制 备。制样方式为人工离线制样 ，劳动强度大、工作 效率低 、环境差 ，制样的规范性 、样品的代表性完 全取决于制样员的责任心 、情绪 、精神状态 、体能 等因素 ，不可控 ，难 以监管。多数制样人员不论制 备 的样 品质 量 如何 ，全 部采 取相 同的制样 流程 ，不 能保证各粒度级的样 品最小留样量 ，无法保证样品 的 代表性 。 4 送样 、存样环节。煤样在传输过程中，煤 样桶或煤样袋的封闭措施简单 ，煤样安全处于不可 控的风险之 中。存样室靠双钥匙措施管理 ，煤样安 全仍 存 风险 。 5 化验环节。火 电企业化验室均满足煤炭质 量验收的需要 ，可进行 全水分 、工业分析 、发 热 量 、全硫的测定 ，有的化验室还能做氢元素 、煤灰 熔融性等测定。化验设备独立运行 ，化验数据多数 由人工记录和计算 ，效率低 、易出错。仪器设备参 数的设定 ，如热容量、样品质量等由化验人员抄写 和录入 ，风险不可控。若改变化验全水分时的前后 称量质量 ，使全水分值改变从而影响收到基低位发 热量该结算指标。且全水分煤样 无存查，无追溯， 无再现性。化验环节人为影响因素多，风险不可控。 6 管理方面 。火 电企业燃料管理人员对燃料 计量 、化验数据进行统计 ，办理结算业务。但手工 统计相关计量 、验 收 、结算 、报 表等数据 ，效 率 低 ，易出错 。火电企业的库存煤管理尚需改进 ，目 前不能做到分区 、分堆存放 ，品种 、数量、质量和 价格等信息无法准确计量 ，给混配掺烧带来难度 ， 影响煤炭安全 、经济 、清洁燃烧。 2 燃 料智能化 管理 系统的研究 2 ． 1 总体 技 术 要求 入厂煤采样 、制样 、化验 、存样采用一体化布 局 ，提高集成度，减少煤样传送环节，在煤样采样、 制样 、传输 、存储过程 中有效隔离人为因素，保证 煤样的代表性和安全性。入炉煤计量信息 自动采集 和传输 ；入炉煤采样 、制样设备运行可靠，质量和 价格信息及时、准确。实时掌握库存煤炭的分类存 放情况和矿别、数量 、质量 、价格等信 息，为掺烧 和库存管理提供数据支持。建设燃料智能化管控 中 心 ，将分散的燃料设备和业务环节进行集中管理。 2 ． 2具 体 建设标 准 2 ． 2 ． 1 自动计 量 衡器 与 识 别 系统 建 立 通 信 连 接 ，通 过 无 线 RF I D技术 自动识别车辆 、矿点信息 ，将矿点信息 与称量数据 自动匹配l 2 ，数据经网络 自动上传 ，实 现 自动计量 、防数据丢失、防作弊 、防修改。 2 ． 2 ． 2 自动 采样 全面采用全断 截面机械采样 ，通过无线射 频技术和 自动定位技术 ，消除人工操作采样机，实 现 自动采样、随机布点 、自动生成采样方案 、自动 称重等功能 ，确保采样的代表性。 2 ． 2 ． 2 ． 1 汽车煤 采样 车辆到达机械采样装置时 ，通过红绿灯及拦车 器控制车辆是否可以采样 ，车辆通过 自动识别控制 装置采用的 R F I D无线射频技术 实现机械采样 装置的 自动识别 ，自动读取电子标签 、自动选择储 样罐。系统能够随机对车辆进行全断面采样 ，使用 红外或超声波 自动定位技术确定采样区域 ，随机选 择采样点及采样区域采样 ，并记录采样时间、采样 点数 、采样区域。采样头回位后 ，系统发出语音提 示和显示屏文字指示 ，挡车器抬起放行煤车，采样 数据 自动上传至系统内，数据具有可追溯性 。 采样机本体在缩分前增加称重装置，根据车辆 装载煤炭质量和煤样质量确定最终留样量 ，保证每 车装载煤炭质量与最终 留样量比例一致 ，解决因车 辆装载煤量不一致影响总体煤质的问题。 2 。 2 ． 2 ． 2胶带煤 流 采样 火车 煤和 船运 煤均 采用 胶带 煤流 采样 ，取 代火 车煤的传统采样方式车厢螺旋采样 ，提高采样的代 表性。通过调整输煤系统的给煤机转速及胶带电机 功率 ，配合延时动作结合胶带电流值 ，确定走空后 增加适当的延长时间 ，成功实现火车煤用胶带煤流 自动采样 ，提高了煤样的代表性及真实性 ，同时也 防止了供应的混掺现象，增加了贸易的公平性。 系统采用胶带采样装置进行采样 ，自动识别系 统与车号识 别系统 、翻车 机控制系统建立 数据接 口，读取车 厢信息 ，与人工入录 的批 次信 息相 匹 配 ，按来煤批次 自动分配采样方案 、调节缩分比进 行采样并 自动分配集样罐。 43 第 2 期 煤 质 技 术 2 0 1 5 年3月 2 ． 2 ． 3 自动 制 样 自动制样系统是燃料智能化建设中最为关键的 环节 ，是全新 的技术研发和应用。通过技术创新和 应用 ，成功 解 决 了 在 线烘 干 、0 ． 2 mm 自动 研 磨 、 防止交叉混样等难题 ，并应用定质量缩分及封装标 识等技术。 1 整 机 性 能 。制 样 系 统 适 应 最 大 全 水 分 为 1 8 、最大标称粒度为 1 0 0 mm的煤样 ，具有 自动 称重 、自动 除 铁 、输送 、破 碎 、缩 分 、 自动 清洗 、 烘干 、制粉 、研磨、清扫 、样品自动封装 、弃样暂 存及 回收处 理功 能 ，整 个制 样过 程 由上位机 和可 编 程控制器 P L C统一控制 ，系统最终可实现全 自 动无 人值 守 ，全 封 闭 ，无 人干预 。 2 称重与定质量缩分。具有煤 样称重功能 ， 根据称重数据 自动调整机械缩分器的频率 ，实现定 质量缩分留样 ，制备 出的煤样满足 1 3 mm全水分 煤样 不 小 于 3 k g或 6 mm 全 水 分 煤 样 不 小 于 1 ． 2 5 k g ，3 mm 存查煤样不 小于 7 0 0 g ，0 ． 2 mm 分析煤样不小于 6 0 g 。制备出的煤样能够称重并标 识 ，数据上传至系统 ，实现制样数据溯源性。 3 在线烘干技术。煤样烘干方式采用空气鼓 风及红外方式干燥 ，温度不超过 5 0 ℃ 褐煤不超 过 4 0 ℃ ，能 适 应 烟 煤 、无 烟 煤 、褐 煤 等 全 部 煤 种 ，煤样的理化性质不会改变。 4 防止煤样交叉污染技术 。煤样的交叉污染 是影响制样系统性能的主要原因，也是研发过程中 的技术难 题 。系统 通过空 气 吹扫及 震打 ，清理 破碎 机 、研磨装置等易积煤处 ，0 ． 2 mm煤样的研磨通 过制备 2份 3 mm煤样 ，1份作为冲洗煤样 ，另一 份作为分析煤样，防止煤样残留及交叉污染 。 5 0 ． 2 mm在线研磨。0 ． 2 mm煤样研磨装 置 采用研 钵式 、切 割式和 震动 式 3种研磨 方式 ，通 过真空抽取或滤网式吹送等方式收集 0 ． 2 mm分析 煤样 ，过筛率均达 1 0 0 。 6 封装及标识。制备好的煤样全部采用样瓶 自动封装及 电子芯片和条形码标识 ，实现样品的密 封性和保密性。 7 整机性能试验。对已投运的 8台自动制样 系统按 GB ／ T 1 9 4 9 4 ． 3 2 0 0 4 煤炭机械化采样第 3部分 精 密度 测定 和偏 倚 试验 ] 、GB 4 7 4 2 0 0 8 煤样的制备方法进行了整机性能试验 4 ] ， 结果见表 1 。 表 1 全 自动 制 样 系 统 性 能试 验 数据 汇 总表 2 ． 2 ． 4 煤 样封 装 、标 识 、传输及 存储 1 封装及标 识。实现机 采煤样 、全水分煤 样 、存查煤样 、0 ． 2 mm分析煤样的采样桶 、煤样 瓶 自动封装 、自动标识 ，防止水 分损失 、煤 样污 染 ，保证煤样的代表性和安全性 。 采用射频芯片对煤样进行标识 ，标识编码具有 唯一性，编码代表煤样的供应商及矿点信息，保证 煤样编码在流转环节能够被正确读取及识别。 44 2 传输及存储 。煤样采用气动传输或拉带等 传输方式进入 自动存取样柜 ，根据需要调取煤样时 能够 自动取样并传输。自动存取样柜安装 电子安防 锁 ，经审批后方可开启 ，系统记录开启人及时间等 信息。根据结算情况及存储时间 ，自动提示并经审 批后弃样 。 2 ． 2 ． 5化验 网络 化 管理 化 验仪 器 、电子天 平联 网运行 ，化验 数据 自动 第 2 期 煤 质 技 术 2 0 1 5 年 3月 采集 、自动传输 。化验原始记录 、化验报告 自动生 成，并实现网上审批。 化验室检测的所有项 目进行重复性测定 ，系统 自动判断重复性临界值并提示超差。 2 ． 2 ． 6入 炉煤 管理 入炉煤胶带秤具备数据接 口，实时上传计量数 据 实现入炉煤的准确计量 ，确保采样设备的运行 可靠及定期校验 ，并将计量、化验数据 自动传输至 燃料 管理 信 息系 统 。 2 ． 2 ． 7数 字化 煤 场 煤场实现分区 、分堆管理 ，存煤 、取煤定位作 业 ，实 时记 录进 出煤 场煤 炭 的矿别 、数 量 、质量 和 价格信息 ，能够实时显示库存煤的分类堆存情况和 矿别 、数量 、质量 、价格等信息 ，为掺烧和煤场管 理提供数据支持 。 2 ． 2 ． 8 管控 中心 引进 D C S控 制 管 理 理 念 ，实 现 分 散 控 制 、集 中显示操作 、兼顾分而 自治和综合协调 的管控 中 心。对 自动识别系统 、煤样输送 、煤样管理 、燃料 信息 、视频 门禁 、化验室网路等系统进行集成 ，并 将相关数据上传处理 ，实现燃料设备运行远方在线 状态管控 ，数据分析及跟踪。 1 设备管控。通过网络和控制技术建立集成 的信息采集平台和设备管控平台，实现对运煤车辆 的管控 ，对入厂煤 、入炉煤计量 、采样 、制样等环 节 以及数字化煤场相关设备运行状态的管控。 2 视频监控。建设覆盖燃料管理重要环节 、 重点区域的数字视频监视系统 ，采用网络摄像机采 集图像 ，汇集到管控中心进行集 中监控。 3 管理信息分析与展示。实时展示入厂车辆 在各环节的信息，辅助对车辆进行调度指挥。突出 燃料价值管理功能 ，展示燃料供应、耗 用、库存的 数量、质量、价格信息，为燃料管理决策提供支持。 2 ． 2 ． 9 燃料 管理信 息 系统 燃料管理信息 系统是燃料智能化管理的 中枢， 建立覆盖燃料计划、合同、调运与验收 、接卸、存 储 、耗用 、结算 、燃料成本核算等全过程 的管理信 息系统 ，实现对合同、结算审核等关键环节的严控， 实时管控设备运行 ，自动采集管理数据，及时传输 管理信息 ，具备对燃料管理全过程数据的监控。 3 燃 料智能化 管理系统的应用和展望 燃料智能化管理系统在 2 0 1 3年取得 5家试点 成功后，截止至 2 0 1 4年已有 1 5家火电企业投入运 行 。投入后 的燃 料智能化管理 系统节约 了人 力资 源 、降低了劳动强度 、提高了工作效率。从对人的 监督管理转变为对设备的监督管理 ，实现了管理工 作程序化 、规范化。使燃料验收过程客观 、公正 ， 验收结果准确 、可 靠 ，有效地 防范了燃料管理风 险，提高了燃料管理及质数量验收水平。燃料智能 化管理系统是燃料管理的一场变革 ，实现 了由手工 操作 、体力劳动转变为全过程 自动化。 燃料智能 化 管理 系统 将会 继 续 推进 新 技 术 的研 发和 应 用 ，优化 系统 的整 体结 构 和 布局 不 断完善系统 的功能和运 行的可靠性 。 1 继 续 推进 系统 相关 技 术 的研 发 ，不 断 完善燃料 智 能化 管理 系统 的功 能 。如在 线全 水 分 测 定 技 术 的 研 究 与 应 用 、研 究 制 样 系 统 烘 干 方式和方 法 ，解决 高 水分 煤水 分 大 时 的堵 煤 问 题 ，提高 制样 系统的水分适应性 。 2 优化系统整体结构和布局 ，提高系统的可 靠性 。不断优化燃料智能化管理系统的整体结构及 布局，使 自动制样系统布局更紧凑更合理 ，建设一 体化的采制样系统 ，提高设备运行的可靠性。 3 加快相关标准的研制 ，推进燃料智能化管 理系统的应用。燃料智能化管理系统尚需相关标准 的支撑来推动其应用。如燃料智能化管理系统设计 规范 、验收导则 、运行维护规程等系列标准 ；自动 制样系统性能评定指标 、评定方法等；采制化仪器 设备的检定／ 校 性能试验规程方法等。 参考 文献 [ 2 ] E 3 5 [ 4 ] 辛 文．国电 集 团公 司大 力推 进 燃 料 智 能化 管 理 [ E B ／ O L] ．h t t p { | ．c h i n a p o we r c o rn c n ／ n e ws a r t i c l e ／ 1 1 6 1 ／ n e w1 1 6 1 3 9 9 ． a s p ．2 0 1 20 62 0 ． 成 刚 ， 祝起龙 ，王涛涛．火电厂燃料 智能化管理 系 统构 建 及 自动 识 别 技 术 的 应 用 [ J ] ，煤 质 技 术 ， 2 0 1 3 S I 3 84 1 ． G B ／ T 1 9 4 9 4 --2 0 0 4 ，煤炭机械化 采样 I s ] ． GB 4 7 4 2 0 O 8 ，煤样 的制备方法 E s ] ． 作者简介 成 刚 1 9 6 5 一 ，男 ，山西 太原人 ，高级工程 师 ， 中国国电集团公 司煤炭质量监督检验中心副主任 ，现从事煤炭质量 监督检验研究工作。 收稿 日期2 0 1 4 1 1 - 0 3 45