火力發(fā)電企業(yè)燃料智能化管理系統(tǒng)研究與應用

李金進

（國能神福（龍巖）發(fā)電有限公司， 福建 龍巖 364000）

0 引言

國民經(jīng)濟快速發(fā)展，電力企業(yè)做出的貢獻非常大。在我國能源供應系統(tǒng)中，火力發(fā)電的占比大。當前，國家提升了大氣污染治理的要求，縮減煤炭供應市場空間，致使煤炭價格持續(xù)增長。長期以來，火力發(fā)電企業(yè)開展經(jīng)營管理工作時，生產(chǎn)流程、管理模式的問題非常多，此次研究立足于燃料管理、鍋爐運行控制、配煤摻燒等問題，設計燃料智能化管理系統(tǒng)，運行實踐驗證，系統(tǒng)可以提升火電廠的生產(chǎn)效率、管理水平。

1 燃料智能化管理系統(tǒng)的應用意義

傳統(tǒng)的燃料智能化管理，將采制化、運行人員當作管理對象，燃料很難獲得較高的管理效率。但是引入智能燃料管理系統(tǒng)，重點設備管理智能化，全面提升管理效率。智能燃料管理系統(tǒng)，高度集成網(wǎng)絡技術、自動化識別技術、信息技術，以數(shù)字化方式管理燃料。之后通過自動識別技術，比如激光二維碼技術、射頻識別技術，實時追蹤燃料，掌握燃料流向與使用，實現(xiàn)精細化管理目標，不斷提升火電廠燃料管理效率[1]。

2 燃料智能化管理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡構成

按照燃料管理需求，設計一套完整的燃料管理智能化系統(tǒng)。遵循可靠性、實用性、適應性原則，保證系統(tǒng)的安全運行。對于燃料智能化管理系統(tǒng)來說，以服務器為核心，通過局域網(wǎng)建設防火墻，維護系統(tǒng)運行的安全性。利用交換機裝置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、轉(zhuǎn)換功能。在智能化管理系統(tǒng)中，優(yōu)化改造采制樣設備，加強設備的自動化水平，實現(xiàn)自動化采樣與制樣。設置智能化系統(tǒng)監(jiān)控中心可以動態(tài)監(jiān)控和管理設備運行狀態(tài)。

圖1 為智能燃料管理系統(tǒng)的構成。涉及到燃料管理信息、自動識別等兩大子系統(tǒng)其中，前者主要收集燃料計量數(shù)據(jù)、采制樣數(shù)據(jù)、盤煤儀數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化分析、處理之后，保證燃料調(diào)度的合理性，科學控制燃料庫存。后者主要針對燃料進出廠、采樣、計量，實行自動化監(jiān)控與管理。

圖1 燃料智能化管理系統(tǒng)

2.2 識別模塊

利用激光二維碼技術，自動識別燃料信息。煤炭運輸車輛要辦理注冊手續(xù)，形成二維碼標簽，并且將標簽粘貼在車身。掃描設備可以自動識別車輛信息，建立入場檔案。引入激光二維碼技術后，能夠，收錄車輛編碼、礦點、煤種、重量等信息，以智能化系統(tǒng)管理燃料全過程。利用自動識別系統(tǒng)，可以核對汽車車輛信息，保證車輛信息、燃料信息的一致性[2]。如果信息偏差大，系統(tǒng)自動發(fā)出警報。當信息無偏差時，則向智能系統(tǒng)傳輸燃料信息，通過數(shù)據(jù)庫接收信息，并作為入場信息進行記錄和存儲。利用自動識別技術，追蹤燃料質(zhì)量、使用狀態(tài)，保證燃料的管理效果。

2.3 計量模塊

計量系統(tǒng)可以應用到車輛承重、計量中，利用自動識別技術，系統(tǒng)可以通過“車牌識別驗證系統(tǒng)”識別車牌，獲取該煤車載貨信息。通過“異常及防作弊”系統(tǒng)檢測，調(diào)用“紅綠燈控制系統(tǒng)”及“語音播報系統(tǒng)”，告知檢測是否合格及下一步指令信息。運煤車輛在稱重系統(tǒng)停穩(wěn)之后生成重量記錄，借助終端設備傳輸信息，之后通過管理系統(tǒng)接收信息。語音提示稱重結束后，屏幕顯示卸煤地點。完成卸煤操作后，要再次計量燃料重量，自動打印凈重磅單，作為結算憑證。利用計算機系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化稱重，降低人為誤操作性，獲得準確的計量結果。

2.4 采制樣與化驗模塊

燃料管理系統(tǒng)，利用通信技術、識別技術，預先對煤炭車輛設置抽檢率，隨機進行系統(tǒng)判定車輛的抽檢，實現(xiàn)采樣的自動化操作。自動掃描車輛煤炭信息，確定自動采樣方案，同時掌握采樣單元、間隔、位置等。借助自動識別技術，隨機布置采樣點，避免出現(xiàn)采樣盲區(qū)。在采樣工作中，還要控制好采樣深度，使樣品具備代表性，自動傳輸信息。收集信息后，向自動制樣系統(tǒng)傳輸信息，利用自動制樣機配制樣品。樣品配制后，開始進行封裝、噴碼操作，實現(xiàn)一體化的采樣、制樣操作[3]。將系統(tǒng)與化驗儀器連接之后，能夠自動收集化驗指標，并向系統(tǒng)傳輸信息，自動生成樣品。相關人員注重審核化驗單，提交到上級部門進行二次審核。樣品化驗網(wǎng)絡系統(tǒng)，能夠?qū)炄^程實行在線監(jiān)控，控制化驗質(zhì)量，出具詳細的化驗報告。

2.5 門禁管理系統(tǒng)

技術人員建立視頻門禁系統(tǒng)，實現(xiàn)全廠的無盲點監(jiān)控。將關鍵區(qū)域作為監(jiān)控重點，尤其是燃料儲存現(xiàn)場、采樣間、化驗間、存樣間、監(jiān)控室，將視頻門禁設備安裝在以上區(qū)域，共同形成門禁管理系統(tǒng)，自動識別、控制身份。工作人員通過門禁通道時，要經(jīng)過身份識別器的校驗，如果可以讀取數(shù)據(jù)信息，則發(fā)出放行指令。

2.6 電瓶車原煤樣自動轉(zhuǎn)運

電瓶車原煤樣自動轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，涉及原煤樣自動存取系統(tǒng)、自動桶式封裝機、電瓶車轉(zhuǎn)運設備。采樣機端，增設自動桶式封裝機，同時配置自動存儲系統(tǒng)、電瓶車轉(zhuǎn)運設備。利用自動桶式封裝機，自動分樣、封裝、標識煤樣，實現(xiàn)自動化換桶。原煤樣自動存取，系統(tǒng)利用信息化、機械化管理方式，實現(xiàn)自動存樣、取樣、合樣功能。電瓶車轉(zhuǎn)運設備，聯(lián)合原煤樣自動存取系統(tǒng)使用，只需要通過啟動裝車、卸車按鈕，完成自動化裝樣、卸樣操作[4]。與氣動傳輸系統(tǒng)相比，電瓶車自動轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的優(yōu)勢如下：第一，可以回收利用煤樣桶蓋，投入生產(chǎn)之后，不會產(chǎn)生較多的后續(xù)成本。第二，樣品輸送距離的限制小，能夠提升輸送效率，樣品緩存率高，不會對正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響。第三，各個單元可以獨立運行，具備較高的穩(wěn)定性，故障率非常低，維護操作簡單。

3 自動化識別技術的應用

3.1 自動化識別技術

自動識別技術涉及網(wǎng)絡技術、射頻識別技術、激光二維碼技術。在燃料管理的各環(huán)節(jié)，均可以應用自動化識別技術，比如入場自動識別，可以采集車輛信息，順利開展采樣與稱重工作。在自動識別系統(tǒng)中，技術人員要合理使用射頻識別技術，自動識別、讀取樣品標簽，選擇存儲樣罐。車輛稱重控制中，向系統(tǒng)傳輸相關信息，通過數(shù)據(jù)接口，對輕車衡、臨時煤場實行自動化識別，同時記錄燃料的稱重時間。

3.2 自動識別技術優(yōu)勢

燃料智能化系統(tǒng)中，自動識別技術可以識別運輸車輛的進出信息，將系統(tǒng)的輕車衡接口、稱重接口、采樣接口融合在一起。通過互聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，可以加強人與人、人與物、物與物的關聯(lián)性，高度基層相互獨立的環(huán)節(jié)。通過自動識別技術，可以定位識別、分析判斷系統(tǒng)元素，全面提高燃料管理效率?；痣姀S燃料管理工作中，要合理用自動識別技術，既要監(jiān)控和管理燃料，還要做好人員的監(jiān)管工作。為了發(fā)揮出自動化識別技術的作用，技術人員要不斷提升系統(tǒng)、技術操作能力，展示出自動化識別技術的優(yōu)勢。

3.3 自動化識別技術的效果分析

使用智能化系統(tǒng)管理燃料，可以全面提升煤炭裝卸效率，保證裝卸管理的有效性。比如火電廠利用自動化識別技術，建立燃料智能化管理系統(tǒng)，未增加運維費用，且煤炭裝卸成本得到了控制，理順火電廠和煤運車隊的關系，全面提升煤炭裝卸效率。通過智能化管理系統(tǒng)，實時監(jiān)控運煤車輛，保證車輛?？康臏蚀_性，降低了煤炭轉(zhuǎn)運過程的摻水、調(diào)包等風險。通過自動化識別技術，可以節(jié)省火電廠的燃料管理成本，年成本節(jié)約達到上千萬元[5]。投入燃煤智能管理系統(tǒng)之后，減少了人員配置成本，采樣、制樣效率得到明顯的提升。自動化識別技術、燃料智能管理系統(tǒng)融合在一起，可以減少燃料損失費用，用于彌補智能化系統(tǒng)的建設成本。

4 無人值守斗輪機智能技術研究

4.1 全自動堆取物料

煤場進行三維建模時，將3D 激光盤煤裝置安裝在斗輪機懸臂兩側，通過該裝置快速掃描導輪機的局部作業(yè)區(qū)，聯(lián)合3D 模型除噪算法、形態(tài)學技術，去噪處理相應的噪聲點，同時修復模型?；剞D(zhuǎn)取料時，應當注重優(yōu)化與控制工作。通過建模模型的邊緣位置，反向控制斗輪機懸臂，從而實現(xiàn)回轉(zhuǎn)取料，提升斗輪機大車運行的自動化水平。通過射頻識別技術，明確斗輪機懸臂角度、打車定位。聯(lián)合斗輪機懸臂的盤煤裝置，獲取煤料堆點云信息，設置自動取料角度，確保斗輪機懸臂可以自動化擺臂。

4.2 斗輪機操控

斗輪機運行期間，基于取料任務界面，由控制員接收配煤指令，之后將指令發(fā)送至斗輪機，實現(xiàn)自動化啟動、取料操作。同時傳輸配煤指令，由輸煤程序控制端接收指令，選擇輸煤皮帶的可行路徑，一鍵啟動輸煤皮帶。此外，系統(tǒng)還可以自動生成編碼。在分散控制系統(tǒng)內(nèi)，輸煤控制系統(tǒng)手動錄入編碼，解碼后自動選擇、一鍵啟動輸煤皮帶。斗輪機司機接受任務之后，自主定位斗輪機，并且開展取料操作。

4.3 實施效果

燃料智能化管理系統(tǒng)運行之后，合理應用人工智能技術及大數(shù)據(jù)技術，保證配煤摻燒的精細化，爐膛出口污染物下降20%、混煤煤質(zhì)硫分提高1.18%。系統(tǒng)實行日煤炭采購價格機制，聯(lián)合數(shù)據(jù)庫刷新機制、燃料成本模型，提升分倉配煤方案的技術性、經(jīng)濟性，增加經(jīng)濟煤種消耗量，維護配煤摻燒效益。圖2 為配煤摻燒邏輯圖。

圖2 配煤摻燒邏輯圖

在智能配煤摻燒指令引導下，無人值守斗輪機，可以優(yōu)化行走、換層、旋轉(zhuǎn)、換跺等動作，實現(xiàn)無人化精準取料操作。與人工堆取方式相比，無人控制斗輪機的操作規(guī)范性較高，明顯減少了操作人員的工作量。利用燃料智能化管理系統(tǒng)，可同時控制多段輸煤皮帶的路徑，分層展示不同煤層、不同煤種。

5 燃料智能化管理系統(tǒng)的應用展望

多數(shù)火電發(fā)電企業(yè)經(jīng)營中，開始引入燃料智能化管理系統(tǒng)，不再依賴傳統(tǒng)的人力監(jiān)管模式，開始轉(zhuǎn)為自動化智能管理，保證驗收的準確性。為了滿足企業(yè)的生產(chǎn)需求，技術人員要持續(xù)研發(fā)系統(tǒng)技術，優(yōu)化系統(tǒng)結構布局，同時要制定嚴格的管理標準，更新燃料智能化系統(tǒng)。

6 結語

火力發(fā)電企業(yè)建立燃料智能管理系統(tǒng)，充分發(fā)揮出計算機技術、自動識別技術、網(wǎng)絡通信技術的優(yōu)勢。通過系統(tǒng)技術，全面提升火電廠的運營效率，從而降低運營成本，持續(xù)增加經(jīng)濟效益。燃料智能管理系統(tǒng)運行中，合理搭配自動識別技術，可以提升燃料數(shù)據(jù)采集的準確性，為火電廠燃煤管理提供技術支持，從根本上增加火力發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟效益。