全要素管控燃料標準化研究

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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，從而實現煤流、信息流的閉環管理，旨在探尋降低發電燃煤成本、提高發電機組運行經濟性。

【關鍵詞】燃料智能化；數字化煤場；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保持高位。供給側結構性改革、國企改革、“雙碳”目標等因素都對火電企業可持續發展提出了新要求?；痣娖髽I生產經營形勢日益嚴峻，企業更加意識到能源最優利用的重要性。火電企業當前普遍存在技術裝備落后、傳統的管理方式粗放、管理手段單一的情形，燃料量、質、價等數據準確性、實時性有待提高，燃料質量驗收各環節風險點管控不到位，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配煤摻燒等問題。

2火電企業燃料管理現狀

煤炭作為火電企業的主要成本組成部分，約占火電企業總成本的70%以上。發電成本控制已經成為火電企業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管理現狀來看，整個燃料管理環節主要存在以下不足。一是燃料設備在火電企業的重視程度不夠，燃料入廠、計量、采樣、制樣、化驗等生產環節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，大多采用人工操作進行制備、傳送、監管、保存，不僅工作強度大、環境差、效率低，而且樣品的代表性難于控制、安全性難于監管；三是燃料信息化管理落后，不能覆蓋燃料管理全過程，燃料業務數據不準、管理效率不高，其進、耗、存與量、質、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，相互之間協調統一難，可靠穩定性差。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經營工作的重要課題。燃料全要素管理目標是在保證安全生產的基礎上追求燃料成本最經濟。因此當代火電企業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、數字化煤場等各個環節達到管理規范化、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特點

燃料全要素管控系統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。管控系統自動采集各相關設備燃料生產基礎數據信息，實時管控燃煤進、耗、存及量、質、價信息。二是燃料管理手段落后問題。系統能實現燃料采樣、制樣、煤樣傳送、煤量計量、化驗等工作的自動化、標準化，實現驗收環節的全要素管控。三是燃料管理難度大、過程廉潔風險高的問題。集成布置、集中管控燃料業務全流程，實現燃料全過程關鍵環節無人干預、無縫對接、實時監控[1]。

4系統實現

4.1創新燃料管理理念

創新燃料全要素管控理念，綜合運用物聯網、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管理體系[2]，實現燃料入廠數量質量驗收自動化、信息化，打通信息孤島，形成完整的燃料數據鏈，對煤流、信息流進行有效管控。通過燃料生產各個環節的優化整合，高效地管理燃煤入廠、入爐，庫存的數量，燃料質量、價格等基礎數據，實現燃料數據信息在相關部門間有效共享，提高數據使用效率。燃料全要素管控系統，不但在設備層面上取得了成效，使燃料智能化管控系統和輸煤程控系統有機融為一體，而且也使燃料管理業務各環節（卸煤、取煤、輸送、計量、采樣、制樣、化驗）在統一平臺上實現標準化管控，從而對整個燃料業務流程進行實時數據的自動采集與傳輸，實時掌握基礎數據并可追溯分析歷史信息，實現燃料生產全過程管理的整體優化提升。

4.2創新燃料管控系統

燃料全要素管控系統主要有三大作用：一是管控系統負責監管所有與之相關的設備運行情況，實現入廠煤驗收工作無人值守及實時在線監控，提高數據的真實性和可靠性。二是管控系統接收并整合所有與燃煤驗收相關的數據，自動生成業務上需要的所有報表。三是管控系統負責與其他燃料生產系統的數據交互。

4.2.1作業層

作業層為設備操作員管理生產設備、監控生產實時狀況的平臺，整合分散燃料生產各環節，同時，為實現對燃料驗收全過程基礎數據信息的采集與追溯，還需要加入實時運行模型，并采集帶統一時間標記的各子系統信息。

4.2.2管理層

管理層是圍繞燃煤入廠、入爐、庫存各環節業務，進行管理、監控的平臺。管理層與作業層進行燃料數據的傳遞交互、設備運行狀態實時反饋。管理人員通過該平臺向作業層發布指令并監控作業情況。

5系統的應用

5.1智能管控平臺

燃料全要素管控系統圍繞燃煤采樣、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、化驗等各個環節，是集管控、數據分析與展示、實時監控于一體，以實現燃料全過程管理智能化、自動化為目標的燃料管理系統[3]。通過構建統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，實現對計量、采樣、制樣、存樣及入爐等環節的全過程監管，實現燃料數量、質量重要環節無縫對接，無人值守與實時監控，達到煤樣全程流轉、數據收集傳輸無人干預的目的。

5.2計量系統

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，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視秤，雙秤串聯安裝，同時計量，設置雙秤的實時比對跟蹤系統，建立比對數學模型。當實時比對差值率超差時，程控畫面自動報警提示處理，實現計量過程的實時管控。參考飛機“黑匣子”功能，設計雙秤數據曲線跟蹤回溯，可以在管控系統中追蹤實時曲線，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

將存查樣系統和留樣系統均接入燃料智能化管控系統，運用物聯網技術，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、入爐煤均需按企業標準留有存查樣。只能留樣、存查樣系統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生器產生交頻振蕩信號，經換能器轉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值時，就會在清洗劑中產生成千上萬的微小氣泡。這些氣泡的閉合形成瞬間高壓產生強大的沖擊波，連續不斷的瞬時高壓就像一連串小的“炸彈”，連續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

在燃料質量驗收環節，采制樣設備中使用大量的氣動元件，通過大量的比對試驗，發現存在壓縮空氣對煤樣品質干擾和污染的現象。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，對壓縮空氣進行除油、除水、除雜質，保證了壓縮空氣的潔凈度。

5.6數字化煤場

應用自動定位技術、網絡通信、傳感技術、監控技術等管控煤場設備及存煤情況，實現煤場信息數字化、可視化。數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模型展示煤場情況，包括存煤位置、存煤量、煤種、煤質、價格、熱值、硫分等重要指標信息。系統自動生成庫存臺賬，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、價信息，并通過紅外成像技術實現智能盤煤，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可以極大程度地避免人為操作的弊端，有效規避了廉潔風險。燃料全要素管控系統的應用，大大提升了燃料智能化、精細化管理水平，為火電企業的經營決策提供了重要參考，進一步降低了火電企業經營成本，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.火力發電廠燃料全過程管控系統研究開發與應用[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研發應用[J].電力科技與環保，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