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

胡文森，甄長(zhǎng)紅

(1.國(guó)電甘肅電力有限公司,甘肅 蘭州 730030； 2.國(guó)電甘肅電力有限公司蘭州范坪熱電廠，甘肅 蘭州 730020)

0 引言

傳統(tǒng)火電廠燃料管理主要存在以下弊端：煤樣完全依靠人工或機(jī)械半自動(dòng)采集制備并由人工運(yùn)送，樣品代表性不強(qiáng)，安全性難以保障；燃料入廠、采樣、制樣、化驗(yàn)管理均為DCS分散控制，信息由人工錄入；燃料MIS系統(tǒng)信息模塊功能不全，燃料各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)無法實(shí)現(xiàn)信息共享；上述各環(huán)節(jié)自動(dòng)化程度低，不僅作業(yè)環(huán)境差，人員工作強(qiáng)度大、效率低，還存在機(jī)械采樣盲區(qū)多、人為干擾等影響燃料指標(biāo)的情況；煤樣均依靠人工制備、傳遞和保存，很難通過崗位自律、制度防腐等管理手段解決根本問題，廉潔從業(yè)仍然存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

燃料成本占火力發(fā)電廠成本的70%以上，作為火電廠的“成本管理主控線、經(jīng)營(yíng)工作生命線、安全生產(chǎn)保障線、產(chǎn)業(yè)協(xié)同支撐線”，燃料的精細(xì)化管控與營(yíng)銷收益水平，直接決定了火電企業(yè)的價(jià)值創(chuàng)造水平、核心競(jìng)爭(zhēng)能力與可持續(xù)發(fā)展能力。但長(zhǎng)期以來，火電企業(yè)落后的燃料管理技術(shù)裝備和粗放的管理手段與其重要地位極不相稱，遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的需要，這就要求我們尋求新的方法和技術(shù)途徑，不斷創(chuàng)新突破。

1 “入廠、入爐、入賬”一體化燃料智能管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)火電企業(yè)燃料管理現(xiàn)狀，國(guó)電蘭州范坪熱電廠(以下簡(jiǎn)稱“范坪熱電廠”)充分運(yùn)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，結(jié)合自身實(shí)際，大膽開拓創(chuàng)新，提出了以“燃煤流、信息流、資金流”有效融合為目標(biāo)，設(shè)計(jì)研發(fā)入廠煤、入爐煤全自動(dòng)采樣制樣、樣品自動(dòng)存儲(chǔ)傳輸及全水分在線分析系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)燃料“入廠”、“入爐”智能化管理；研發(fā)表計(jì)自動(dòng)取數(shù)，通過報(bào)表自動(dòng)生成、傳輸和共享，以實(shí)現(xiàn)“入賬”智能化管理，使“入廠、入爐、入賬”環(huán)環(huán)相扣，形成精確完整的數(shù)據(jù)鏈，最終實(shí)現(xiàn)“三入”一體化智能管控。

2 “入廠、入爐、入賬”一體化燃料智能管控系統(tǒng)實(shí)施

2.1 “入廠”、“入爐”智能化建設(shè)

2.1.1 運(yùn)輸線智能化

范坪熱電廠來煤全部為火車運(yùn)輸，采用RFID無線射頻技術(shù)，對(duì)火車車輛信息進(jìn)行識(shí)別，包括車輛編號(hào)、空車重量等。自動(dòng)識(shí)別的車輛信息結(jié)合入廠調(diào)度員維護(hù)的火車車輛礦點(diǎn)、煤種信息，形成一條完整的車輛入廠記錄，上傳至自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，對(duì)入廠記錄進(jìn)行的統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理。采樣、翻車、稱重、輕車編組等信息納入同一管理體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛調(diào)度、過衡、卸車和采樣等各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)作和運(yùn)輸線智能管理。

2.1.2 燃煤線智能化

對(duì)燃料入爐設(shè)備及信息系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改造，增加斗輪機(jī)編碼器并建立通信，監(jiān)控中心可對(duì)斗輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控和定位，確保了堆、取煤調(diào)度作業(yè)指令的嚴(yán)格執(zhí)行。對(duì)原燃料輸煤程控系統(tǒng)智能化集成改造后，將集成輸煤程控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合入廠、入爐和庫(kù)存情況，建立虛擬的數(shù)字化煤場(chǎng),動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)模擬出煤場(chǎng)存煤的量、質(zhì)、價(jià)信息，實(shí)現(xiàn)了入廠、存儲(chǔ)、入爐燃煤線智能化管理。

2.1.3 樣品線智能化

首次提出“人樣分離”理念，排除人為干擾，確保樣品安全：

(1)就近布局，在采樣機(jī)與制樣機(jī)之間采用封閉式皮帶連接，原煤樣自動(dòng)直送制樣機(jī)，大大提高了樣品傳輸效率，消除了人工參與。

(2)設(shè)計(jì)安裝入廠、入爐煤全自動(dòng)制樣機(jī)，無人值守全自動(dòng)制樣機(jī)對(duì)所采集煤樣進(jìn)行自動(dòng)稱重、輸送、破碎、縮分、干燥、研磨、封裝、信息收集、樣品編碼、除塵等工藝的全過程控制，并在全自動(dòng)狀態(tài)下制備完成全水分煤樣、共用煤樣、存查煤樣以及一般分析試驗(yàn)煤樣的制備及封裝。

(3)設(shè)計(jì)了專用樣品瓶，瓶體采用氣動(dòng)外形結(jié)構(gòu)、加密RFID識(shí)別、防拆封裝等專利性技術(shù)設(shè)計(jì)，確保煤樣的識(shí)別、存儲(chǔ)和傳輸安全可靠。

(4)研發(fā)建設(shè)智能存樣柜，樣品自動(dòng)盲存盲取并自動(dòng)記錄臺(tái)帳。

(5)建設(shè)樣品智能傳輸系統(tǒng)。通過研究空氣動(dòng)力在密閉環(huán)境下的動(dòng)力輸出，采用空氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，使樣品瓶在管道快速傳輸，樣品傳遞更高效、安全，傳輸過程全程監(jiān)控，確保了人樣分離。

(6)建設(shè)智能化驗(yàn)終端，自動(dòng)將化驗(yàn)結(jié)果與樣品建立關(guān)聯(lián)，并將化驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控中心系統(tǒng)。

(7)建設(shè)全水在線自動(dòng)化驗(yàn)系統(tǒng)，全水樣制備后及時(shí)進(jìn)行全水分自動(dòng)取樣化驗(yàn)、棄樣和自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)。

(8)積極調(diào)研國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)固體物料傳輸技術(shù)現(xiàn)狀，利用負(fù)壓真空抽吸技術(shù)，多次開展試驗(yàn)，分別測(cè)試了6mm、3mm、0.2mm煤樣的負(fù)壓傳輸效果，獲得了最大傳送重量和傳送距離數(shù)據(jù)等關(guān)鍵參數(shù)，開展設(shè)備選型和工業(yè)應(yīng)用測(cè)試。研發(fā)建設(shè)了棄料自動(dòng)回收系統(tǒng)。

2.1.4 燃料管理系統(tǒng)功能完善

在燃料集中管控中心建設(shè)中，以智能物聯(lián)層的設(shè)備層為基礎(chǔ)，對(duì)生產(chǎn)前端設(shè)備實(shí)施數(shù)字化。對(duì)網(wǎng)絡(luò)、光纖、RFID等設(shè)備連通之后集約在一個(gè)平臺(tái)得以物聯(lián)化(即平臺(tái)物聯(lián)化)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和就地控制雙控制模式，遠(yuǎn)程控制集中管理及統(tǒng)一到集控中心，集控中心工作人員在集控中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)度、監(jiān)控及特殊情況下緊急遙控操作等工作。首個(gè)引入基于廣義DCS系統(tǒng)原理的ICS圖形運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的運(yùn)行圖形系統(tǒng)，將不同的燃料生產(chǎn)設(shè)備和資源集中納入統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)，對(duì)諸多設(shè)備按照流程進(jìn)行程序化運(yùn)行，使跨設(shè)備運(yùn)行、在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程遙控操作成為可能。采用先進(jìn)的LED大屏拼接技術(shù)，通過ICS圖形運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)燃料生產(chǎn)設(shè)備實(shí)時(shí)“遙信、遙測(cè)、遙控、遙視”，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料入廠、計(jì)量、采樣、制樣、化驗(yàn)、存儲(chǔ)、入爐等各環(huán)節(jié)全過程管控，為實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確掌控燃料進(jìn)、耗、存、量、質(zhì)、價(jià)信息提供了有力技術(shù)保障。

2.2 “入賬”智能化建設(shè)

(1)對(duì)所拍攝的圖片進(jìn)行數(shù)字化分析，測(cè)試OCR分析結(jié)果，并進(jìn)一步探討黑白照、彩色照、模糊照等的主要參數(shù)對(duì)識(shí)別率的影響，并進(jìn)一步驗(yàn)證識(shí)別性能?；贠CR技術(shù)的生產(chǎn)表計(jì)圖像識(shí)別軟件，研發(fā)了智能抄表系統(tǒng)，可對(duì)多種類型表計(jì)示數(shù)準(zhǔn)確識(shí)別和實(shí)時(shí)性、連續(xù)性獲取，實(shí)現(xiàn)了燃料數(shù)據(jù)自動(dòng)采集生成報(bào)表和上報(bào)。

(2)根據(jù)燃料MIS系統(tǒng)、生產(chǎn)SIS系統(tǒng)、財(cái)務(wù)信息系統(tǒng)以及甘肅公司、集團(tuán)公司財(cái)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和特點(diǎn)確定通用型接口方案，根據(jù)各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式，確定數(shù)據(jù)流交換共享方法，在不影響各個(gè)系統(tǒng)功能的前提下，采用統(tǒng)一通訊協(xié)議和單向網(wǎng)閘等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，在確保數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，各個(gè)系統(tǒng)單項(xiàng)安全取數(shù)，

(3)開發(fā)了專用數(shù)據(jù)接口程序，使燃料MIS、ICS、CICS系統(tǒng)，生產(chǎn)SIS系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)與財(cái)務(wù)信息系統(tǒng)有效融合。

(4)制定了關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)的智能預(yù)警分析判斷規(guī)則，研發(fā)了基于“數(shù)據(jù)集成和穿透技術(shù)”的火電企業(yè)關(guān)鍵指標(biāo)在線生成系統(tǒng)，為企業(yè)各級(jí)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策者提供了有力支持和決策依據(jù)。

2.3 三大系統(tǒng)有效融合

(1)關(guān)鍵指標(biāo)分析系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、燃料三大系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)集成展示和穿透，為機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了直觀便捷的服務(wù)。

(2)生產(chǎn)表計(jì)取數(shù)系統(tǒng)直提、直讀生產(chǎn)SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)、與財(cái)務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)同步、自動(dòng)生成表單等，完全杜絕了人為干擾，杜絕了內(nèi)部重要指標(biāo)管控上的推諉現(xiàn)象。

(3)專用數(shù)據(jù)接口程序?qū)⑷剂?、生產(chǎn)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集成和共享。“三入一體化”燃料智能管控系統(tǒng)使煤炭從入廠、入爐到入賬達(dá)到全過程、“無輸化”管控，實(shí)現(xiàn)了“燃煤流、信息流、資金流”的有效融合，實(shí)現(xiàn)了燃料價(jià)值鏈條的過程管理與控制管理智能化，促使燃料、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理高效運(yùn)行、精準(zhǔn)發(fā)力。

3 應(yīng)用效果

3.1 應(yīng)用情況

范坪熱電廠自翻車機(jī)層到生產(chǎn)層落差約80m，入廠智能化系統(tǒng)投運(yùn)后，樣品的代表性、安全性和工作效率大幅提高。入爐、入賬智能化系統(tǒng)投運(yùn)以來，燃料、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理各指標(biāo)真實(shí)準(zhǔn)確，為全方位燃料成本分析，開展經(jīng)營(yíng)決策搭建了信息支撐平臺(tái)。智能管控系統(tǒng)經(jīng)過3年多的實(shí)際運(yùn)行，安全穩(wěn)定。

3.2 直接經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目投運(yùn)后，燃料采制樣崗位編制由23人銳減至14人，每年減少人工成本108萬元；制樣效率提高50%，單列車皮接卸效率提高150%。在2014年至2016年，采購(gòu)經(jīng)濟(jì)煤種67.05萬t，節(jié)約燃料費(fèi)用1674.11萬元。

3.3 間接經(jīng)濟(jì)效益

行業(yè)內(nèi)首家提出并實(shí)現(xiàn)“三線一流”燃料智能化建設(shè)理念，首家實(shí)現(xiàn)“入廠、入爐、入賬”一體化燃料集中管控，首家實(shí)現(xiàn)棄料全自動(dòng)回收，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外燃料智能化建設(shè)領(lǐng)域多項(xiàng)空白，為推廣燃料智能化建設(shè)提供了新的思路和樣板。

4 結(jié)語(yǔ)

范坪熱電廠“入廠、入爐、入賬”一體化燃料智能管控系統(tǒng)，創(chuàng)新了火電企業(yè)燃料管理理念，實(shí)現(xiàn)了燃料管理從“縱向一體化”的傳統(tǒng)管理模式向“縱橫向一體化”價(jià)值管理模式的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)人工管理向智能化管控的轉(zhuǎn)變，解決了火電企業(yè)燃料業(yè)務(wù)自動(dòng)化程度低、信息化手段缺乏、業(yè)務(wù)基礎(chǔ)薄弱、流程控制單一、人為因素干擾等諸多問題，其中，在燃料業(yè)務(wù)“高防偽、無輸化”、制樣棄料全自動(dòng)回收、生產(chǎn)表計(jì)智能抄表、關(guān)鍵數(shù)據(jù)智能預(yù)警方面研究與應(yīng)用方面居國(guó)際領(lǐng)先水平。在國(guó)內(nèi)外火力發(fā)電企業(yè)燃料管理和燃料采、制、化領(lǐng)域具有廣泛的推廣價(jià)值，對(duì)推動(dòng)我國(guó)電力裝備升級(jí)和兩化融合建設(shè)具有重要意義。