火电厂数字化煤场管理系统优化研究.pdf

第1 8 卷 2 0 1 6 年 第9 期 电力安全技术 Y 火电厂数字化煤场管理系统优化研究 侍 云贵 中电国际芜湖发电有限责任公司，安徽 芜湖2 4 1 0 0 9 [ 摘要]通过对数字化煤场管理 系统现状 的分析，对该系统的优化进行 了探讨，阐述 了该 系 统优化后 的典型功能，并针对 当前该 系统在露天条形煤场情况下如何形成真实且实时更新的可视化 煤场三维图形问题 ，以及激光扫描仪安装和维护及夜间扫描操作环境照度低的问题提 出了解决方案， 以提 高数字化煤场管理系统的实用I性和智能化。 [ 关键词]火 电厂；条形煤场 ；数字化；煤场管理 系统 0 引言 燃料成本 占现代火 电企业生产成本的 8 0％ 以 上 ，因此 ，在 火电企业生产管理 的各环节 中，燃料 管理举足轻重，它是衡量火电企业生产经营管理水 平的重要方面。燃料管理不仅仅是为了降低生产成 本 ，其最终 目的是使锅炉能稳定燃烧 ，为实现 发电 机组安全和经济运行提供燃料保 障。在燃煤管理的 燃料采购、检质计量及验收 、以数字化煤场为核心 的厂 内卸 ／储 ／运全过程管理 中，燃煤入炉生产 流程作为火电企业燃煤管理的终端部分，直接涉及 入炉煤质与锅炉燃烧稳定。对于实际采购燃煤煤种 煤质与设计值差异化较大的多数 非坑 口燃煤 电厂， 如何 使入炉 燃煤煤 质最 大限度趋 于锅炉燃煤设 计 值 ，避免因人炉煤质差异导致机组运行不经济、不 稳定甚至停机情况发生 ，已成为企业内部燃料管理 的核心 问题。近年来 ，这类电厂的通常做法是充分 利用煤场分区存储的各种煤种 ，按预先设定的取料 比例 ，在输煤胶带流程 中进行掺配，使掺混后的入 炉煤煤质尽量接近锅炉燃煤设计值。因此，如何使 这项工作精细化 、规范化、智能化和标准化 ，是数 字化煤场的核心使命所在，也是数字化煤场管理 系 统不断完善和发展的必然趋势 。 1 数字化煤场管理系统现状分析 根据对国内多家燃煤电厂露天条形煤场数字化 管理系统的调研，目前数字化煤场管理 系统还处于 初级阶段 ，呕待在生产实用性方面进行深度开发。 数字化煤场管理系统现状分析如下。 1 多家燃煤 电厂数字化煤场管理系统中的核 心图形煤场三维图形都是基于煤场纵 向 长度 方向地址的模拟图形，而非煤场实际堆形，不能 反映煤场存煤真实全貌。某火电厂煤场三维模拟图 形如图 l所示。 5 0 1 0 O l 5 0 2 0 0 m 图 1 某火电厂煤场三维模拟图形 2 煤场三维模拟图形的建模数据来源于煤场 皮带 电子秤装置、斗轮机定位装置和安装在斗轮机 上的激光盘煤 系统。 3 由于煤场三维图形为模拟图形，因此不能 精准标注和显示煤场各种存煤的位置和煤质数据 ， 进而无法实施对煤场存煤的相关内容精细化管理。 4 由于安装在斗轮机上的激光盘煤系统对煤 场存煤盘测 1次耗时长 ， 会影响 日常煤场运行生产 ， 所 以不能每天实施，这就导致煤场三维模拟图形的 更新是定期性 的，而不是实时跟踪煤场堆形变化而 更新 的。此外，皮带电子秤装置和斗轮机定位装置 对工作环境要求较高，存在一定故障率，维护工作 一 9一 Y 电 力安全技术 第1 8 卷 2 0 1 6 年 第9 期 量也较大。 5 目前数字化煤场管理系统的目标和内容局 限于煤场燃煤本身的周期性信息化管理和对煤场燃 煤数据的定期监测 ，采集的数据仅用于煤场存煤的 报表化管理 ，未能开发出以入炉配煤掺烧管理为直 接服务 目标的终端核心 内容。数字化煤场管理属于 煤场燃煤的静态管理 。 综上所述 ，对于露天条形煤场 ，目前国内燃煤 电厂数字化煤场管理系统都未实现对煤场存煤各项 数据、图表 三维真实图形和煤炭报表系统 2 方 面的实时动态 、 便捷高频监测 ， 也就无从直接指导、 分析、跟踪调整人炉煤进行运行生产 ，使得数字化 煤场管理系统的功能仅 限于煤场存煤的定期静态报 表管理 ，降低了数字化煤场管理系统的智能化和实 用性 。 2 数字化煤场管理系统深度设计 2 ． 1 目标和方 向 1 数字化煤场管理系统的煤场三维图形必须 是与实际完全吻合的真实图形；煤场三维图形必须 实时跟踪煤场每发生一 次堆 ／取煤后的堆形变化 而更新； 煤场三维图形应标注煤种、 煤量 或体积 、 煤质 、 温度等参数，并形成煤场存煤情况明细附表。 2 利用实时更新的煤场真实三维图形和附注 报表，结合机组负荷情况、锅炉燃烧特性和主要污 染物排放要求，确定最佳入炉煤种煤质方案和运行 方式，直接参与指导输煤运行生产。 3 根据锅炉燃烧效果和主要污染物排放情 况，通过煤场真实三维图形及 附表的历史数据变化 和趋势 ，跟踪分析并探索出适宜于机组安全 、经济 运行和主要污染物较低排放的各煤种煤质直接入炉 和掺配入炉的生产规律 ，实施燃煤的对标管理。 4 对因煤质影响机组安全 、经济运行的安全 事件 ，可以通过煤场三维图形及附表的历史 图形和 数据，精确地对输煤运行对应的历史配煤煤种、数 量、配 比等重要数据进行技术分析 ，还原输煤运行 生产历史过程和原貌，查找煤质影响因素。 5 煤场数字化管理系统接入公司S I S系统后， 相关部 门和人员可对煤场数字化管理进行监督和查 询，并为公司燃料采购决策和采购计划提供真实、 科学的第一手资料 。 一 9 2 ． 2 设计总体方案 燃煤服务于火 电厂生产系统 ，主要是通过数字 化煤场管理系统为核心环节的厂内卸 ／储 ／运燃 煤管理系统来实现的。燃煤采购信息管理系统、燃 煤检质计量管理系统 、数字化煤场管理系统与其他 生产管理系统的关系如 图 2所示。 燃煤 图 2 数字化煤场管理系统与其他生产管理系统的关系 燃煤经检质和计量验收后进入厂内储煤场 ，燃 煤在煤场的信息管理和掺配煤人炉管理 以真实动态 3 D图形和煤炭报表形式，智能化、规范化、标准 化地科学合理实施 ， 这就是数字化煤场管理的内容 。 数字化煤场管理系统深度设计要实现的主要功能如 图 3 所示。 数字化煤场管理系统 煤 场 分 区 分 堆 分 层 管 理 煤 场 煤 堆 激 光 盘 测 系 统 煤 场 存 煤 温 度 监 测 系 统 煤 场 U 0 图 表 信 息 管 理 煤 种 煤 质 掺 配 人 炉 管 理 燃 煤 入 炉 跟 踪 分 析 系 统 燃 煤 的 对 标 管 理 图 3 数字化煤场管理系统的主要功能 ∞ 系 统 数 字 化 煤 场 模 块 2 ． 3 数字化煤场管理系统优化典型功能 1 煤场 3 D图表动态可视化 ，且实时更新功 能。煤场 3 D图表随现场煤堆变化实时更新，默认 展示当前煤场真实三维图形和附注报表，三维图 形可 3 6 0 。旋转查看各位置堆 ／取煤情况 ，不同煤 种煤质参数都有标注显示 接人人厂煤检质系统 ， 并有当前实际温度标注 接入煤场存煤温度监测系 统 ， 赋予煤场不同煤种煤垛 的生产属性。煤场 3 D 图表范例如图 4和图 5 所示。图 4揭示煤场存煤结 第1 8 卷 2 0 1 6 年 第9 期 电 力 安 全 技 术 Y 3 D数字化煤场存煤实况 2 0 1 4 - 0 7 0 9 C ’ 颜色 超期 热值硫分 挥 发分 灰融点灰 分 存量 ； 一6 1 6 7 ． 5 0 ． o 0 0 ． 】 0 0 ． o 0 O ． 0 0 6 7 2 2 5 ． 0 0 2 号煤场 [ 8 0 ． I N } l 号煤场． [ 2 2 0 ， l 6 】 一 ● 0 ． 【 x ． f x 】 ． o 0 0 ． 0 0 0 ． o 0 5 0 4 4 ． 2 2 I | 煤场 [ 6 o ． 1 7 0 ] } _5 7 0 3 ． 5 6 O ． 0 0 J ． 0 0 0 ． 0 o 0 ． 【x 】 2 9 2 ． 9 1 2 号煤场- [ 7 0 ． 9 0 】 i 2 l 争 蹀场． [ 1 4 0 ， l 7 】 一5 5 4 2 ． 0 0 1 ． I 2 3 0 ． 3 4 O ． o 0 l 7 ． 2 0 6 9 7 2 5 ． 0 o 2号 煤场 ， 2 3 Q{ ． 图 4 3 D数字化煤场存煤实况界面 图5 煤场 3 D图表范例 构，包括存煤总量、有效可取煤量、含风险煤种在 内的各种煤种存量及煤质参数、结构 比例、可使用 周期和风险预警等。 2 智能配煤、堆煤方案提报功能。系统能依 据煤场场存结构数据库，并结合煤仓煤位煤量、锅 炉信息、机组负荷计划等，经运算后，智能化提报 人炉煤种煤质掺配方案、堆煤位置和堆煤量等参数 的堆煤方案，供工作负责人审批或修改后，下达运 行指令指导输煤运行生产。 3 入炉煤种煤质的跟踪分析功能。通过入炉 燃烧的各煤种煤质及掺配 比例等参数与锅炉燃烧情 况、机组负荷情况、主要污染物排放情况等方面跟 踪数据 比对 ，对各煤种或掺配方案运行结果做定量 或定性评价。 4 燃煤的对标管理功能。系统增加对标管理 智能软件应用，以设计煤种煤质和机组设计耗煤量 为基准 ，通过对入厂人炉燃煤煤种煤质、煤量 、单 价等方面比对 ，同时与其他发电集团先进 电厂燃煤 指标 比对 ，查找差距 ，调整燃煤管理工作，为节约 燃煤成本和燃煤采购决策提供科学依据。 隐藏 正视 左视 右视 后视 俯视 5 S I S系统监视和技术分析功能。煤场数字 化管理系统接入企业的 S I S生产系统，可实施对煤 场燃煤管理全方位监测，透明管理 ，便于数据查询 和调用。煤场数字化管理系统的三维图表历史数据 可通过 S I S系统调阅，为煤质影响机组运行的安全 事件分析提供技术分析的新手段和新工具。 3 现存主要问题和解决方案 3 ． 1 实现煤场三维图形真实且实时更新 对于 条形煤场 ，要实现煤场数字化管理系统的 煤场三维 图形真实且实时更新，则必须首先解决真 实图形而非模拟图形问题。即图形的形成不能再依 赖皮带电子秤和煤场斗轮机定位系统，可通过煤场 激光盘煤系统独立完成。 由于安装在斗轮机上的激光盘煤系统盘测整个 煤场耗时长， 对煤场输煤运行生产影响较大 ， 因此， 必须重新设计激光盘煤系统，改变其操作费时、程 序繁琐 、故障点多、对生产有干扰等缺点。可将盘 煤系统的激光扫描仪安装在斗轮机等输煤运行设备 一 一 ㈣ 毓厂1毓 Y 电 力 安 全 技 术 第 1 8 卷 2 0 1 6 年 第9 期 以外的其他建筑设施上 ，并在附近设置操作站 ，随 时对煤场存煤变化进行三维图形采集 。这样就可实 现煤场存煤三维图形的实时 陕捷更新 ，同时因其独 立于输煤生产系统之外，也不会对输煤运行生产产 生任何干扰和影响。且因为关注 的是煤场存煤实时 更新的真实变化而非斗轮机 ，因此斗轮机定位系统 和煤场皮带电子秤装置也就不再需要了。 3 ． 2 解决激光扫描仪的安装及照度低问题 在 露天条 形煤 场现有抑尘网、干煤棚上安装 激光扫描仪存在安装难度大、维护不便的问题 。为 了满足激光扫描仪全天候和全方位无死角扫描的要 求，必须在解决全方位扫描的同时解决好夜间激光 扫描仪工作照度 问题。根据激光扫描仪最大有效射 程 、煤场现场实 际、维护方便、安装难易、投入成 本、操作便捷和测量精准度 ，目前施工方案主要有 如下 2种。 1 在升降式高杆灯上安装激光扫描仪。在 l 根升降式高杆灯的可升降照明盘上安装 1 只激光扫 描仪，根据激光扫描仪最大有效射程，确定所需布 设的激光扫描仪和高杆灯 的数量和位置 ，并兼顾条 形煤场夜间照度对高杆灯位置要求。该方案适用于 已建露天条形煤场的改造项 目，可 同时饵决全方位 扫描范围和夜间工作照度 问题 ，非常便于维护和检 修。因激光扫描仪安装位置固定、精准无位移 ，使 得煤场激光盘煤系统测量精准度高。其缺点是系 统所需激光扫描仪和高杆灯较多，一般为 5 - 8 套， 成本较高。 2 利用煤场的抑尘网、干煤棚来安装激光扫 描仪。在煤场四周的抑尘网顶端部分和干煤棚内廊 道外侧安装滑道和安全滑触线，滑道用来行驶装有 激光扫描仪的小车 ，安全滑触线为其提供 电源。夜 间激光扫描仪工作照度问题可根据煤场现有照度适 当增加。该方案一般只需 4只扫描仪即可，而且对 高杆灯新增要求不是很高，所以成本相对 1 方案 较低，缺点是维护不便 ，而且安装较复杂 。但该方 案适用于新建电厂煤场或新建煤场。在建设期 ，结 合煤场场地情况、干煤棚和抑尘网构造及维护检修 便捷要求，设计、制作出固定在干煤棚和抑尘网上 的激光扫描仪滑道 、滑线、升降架等安装配件。 4 结束语 煤场存煤本身的规范化和信息化管理并不是数 字化煤场管理系统的终极目标，只有让它与火电机 组运行生产系统紧密结合起来 ，智能化、标准化地 服务于机组运行生产系统 ，从燃料方面保证机组安 全、稳定 、经济运行 ，其实用价值才能得以体现。 参考文献 I贺小明，张顺林，胡 杰，等．火电企业燃料智能化管 理 [ M] ．北京中国电力出版社，2 0 1 5 ． 2中国工程建设标准化协会化工分会．GB 5 0 1 3 l 一2 0 0 7自 动化仪表工程施工质量验收规范 [ s 】 ．北京 中国计划出 版社 ，2 0 0 8 ． 收稿 日期 2 0 1 6 - 0 4 -2 0 。 作者简介 侍 云贵 1 9 6 7 一 ，男 ，高级工程师 ，主要从事发 电设备技术 方 面的研 究工作 ，e ma i l 1 2 0 1 5 0 4 2 5 q q ． c o rn。 我国可再生能源发电占比超 2 O ％ 国家能源局 2 0 1 6 0 8 2 3 对外发布 2 0 1 5年度全国可再生能源 电力发展监测评价报告 。 报告显示 ， 到 2 0 1 5 年底 ， 全国可再生能源发电装机容量达 4 ． 8 亿 k W， 发电量占全部发电 量的 比重超过 2 0 ％ 。其中 ， 水电装机容量 3 亿 k W， 发 电量 1 0 9 8 5 亿 k Wh ， 占全部发 电量的 1 9 ． 6％；风 电装机容量 1 ． 2 9亿 k W ， 发 电量 1 8 6 3亿 k Wh，占全部发 电量 的 3 ． 3％； 光伏 发电装 机容量 4 3 1 8万 k W ， 发电量 3 9 2 亿 k Wh，占全部发 电量 的 0 ． 7 ％； 生物质发电装机容量 1 0 3 1 万 k W， 发电量 5 2 7亿 k Wh，占全部发电量的 0 ． 9 ％。 来源国家电网公司网站 2 0 1 6 - 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