浅析智能数字化动态煤场管理系统的研究与应用

国家能源集团岳阳发电有限公司 尹向群

1 工程建设技术规范

某电厂2×1000MW 新建工程隶属于浩吉铁路沿线电源点项目。本次工程电厂计划建设4×1000MW机组。本期工程建设的主要任务为2×1000MW 超临界燃煤发电机组。

1.1 工作范围

某电厂已单独配置了燃料智能化管控系统，并为实现对煤场设备的数字化管理，建设了燃料智能化管控系统。同时，为了实现对于煤场温度、可燃气体以及粉尘浓度的检测，配备了煤场安全监测系统。而在对煤场内煤堆外形数据进行自动采集的过程中，通过采用圆形煤场盘煤系统，构建了煤堆动态三维模型，以便对每个分割区域的煤量进行统计计算，还原煤场的真实情况，为工作人员浏览调查煤场存煤数量提供便利[1]。

1.2 技术要求

本次工程为煤场配备了安全检测系统以及检查报警系统，实现对煤场的实时监测。并且，为了提升煤场的安全性，在对煤场进行安全监测的过程中，在煤场安全监测设备中将PROFIBUS 现场总线接入至输煤DCS，保证煤场连锁功能发挥应有效用。数字化煤场系统能够切实地展现整个煤场分区的温度情况，并在第一时间出具煤场温度统计图，以便掌控煤场的温度变化。同时，将煤场温度作为检测对象，在现场传感器的帮助下，对煤场进行全自动以及全天候的温度监测（见表1），并获取监测数据，然后将测量后数据进行网格化处理后，输入至DCS 系统中。

表1 煤场温度检测表

2 基于智能化数字动态煤场管理系统的建设方案

智能数字化煤场建设的目标在于，通过三维点阵的方式实现对于堆煤、煤种以及煤质的全方位检测，以便为配煤掺烧工作提供准确的场存信息。同时，为了实现多煤种条件的合理配煤掺烧，保证锅炉运行的高效性以及安全性，对煤场管理系统进行数字化建设。

2.1 智能硬件层

数字化煤场要想实现对所有煤场的管控，需要将煤量、煤质以及煤场位置等信息利用数字化手段显示出来。同时，为了实现对于煤场的有效监控，监控设备、测绘设备与定位设备是硬件层的标配，其能够通过相互配合传递和获取煤场信息。

首先，改进盘煤装置。在盘煤装置的核心设备堆取料机大臂位置加装固定式盘煤系统，全程实现无人化盘煤，并通过在盘煤系统附近搭载信息获取云台和扫描一起完成对盘煤环节的编码，进而获取盘煤信息，实现对煤场的测温和扫描，以便做到煤场无盲区，实现对于煤场监测的全面覆盖[2]。其次，提升堆取料机的智能化水平。基于对智能化堆料机的改装，每5°为一个圆形煤场，在间隔5°的距离设置圆形煤场定位装置，通过定位信号的发送，对圆形煤场的转动部件发送指令，以控制转动部件智能开关的调节，与堆料系统进行相互配合，精准地定位角度以及速度，实现对堆取料机的无死角监视。最后，利用智能视频监控系统。通过在系统中加装高清摄像头，对堆取料的装卸、煤炭运输进行全过程监控，并利用视频识别功能监测现场人员的操作规范性，以及设备运行情况，以便为煤炭运输可视化以及事故预警提供辅助功能。

2.2 系统监测层

对于燃煤电厂而言，要想对燃煤情况进行全生命周期监察，需要将煤源地作为入手点，对燃料运输、装卸、堆存以及入炉等环节进行监视。首先，进行在途监视，通过集成通讯网的数据接口，接收系统内部数据信息，获取各个环节的煤炭燃烧质量，如果期间发现煤炭燃烧不充分，系统数据可以通过异常显示，对煤炭燃烧进行预报。其次，燃煤卸装环节也可能出现燃烧不充分的情况，在引入监控系统后，通过对卸装流程的完全可视化处理，展现煤炭卸装参数，生成煤炭卸装图谱，用以还原整个卸装过程，实现对运煤工具的在线监视，精准掌控来厂煤量和装卸煤量，并对数据进行统计分析。最后，对煤种入炉和排放进行监视，开发煤种实时分析模块，建设数字化煤场以及数字化原煤仓。

2.3 智慧应用层

智慧应用层主要是对燃料生产过程中的配煤、上仓等环节进行管理。首先，提升配煤掺烧的智能化程度。基于配煤掺烧知识库，在目标优化算法的帮助下，建立安全、环境等目标约束条件，参照不同的掺配规则，基于燃料生产的实际情况自动生成配煤掺烧方案，实现对原煤仓配煤质量，以及煤质指标等基本信息的监控。其次，进行智能化取料，基于现场来煤以及场存情况，自动计算出最佳的堆煤决策，计算便捷的取料位置，根据堆取料机无人值守系统实现自动取料。最后，开发现场测温系统，自动获取煤场的温度数据，建立煤场温度以及煤堆损耗模型，预测燃料生产中的温度变化趋势以及损耗情况。

2.4 智慧决策层

智能决策层主要被应用于燃料的采购以及库存中，并基于获取的信息分析燃料生产的成本以及收益。首先，保证智能燃料采购决策的准确性，基于市场指导，构建配煤掺烧以及入炉指导采购思路，基于数据库的分析出具最佳燃煤采购决策。其次，制定配煤需求决策，基于市场煤信息以及制粉系统提供的信息，通过将市场数据变化值以及煤粉变化数据引入系统计算公式，构建锅炉煤种需求菜单[3]。月度发电额度的计算，煤炭采购和消耗量是主要参考数据，其需要在燃煤库的配合下，按照当时电量价格，计算当月电量售出利润，并减去电能生产成本，得出当月火电厂的经营利润。

随着AVO技术的提出和应用，国内外专家对储层AVO类型进行了相关研究。Rutherford和Williams（1989）依据围岩与储层的波阻抗差值，反射振幅随入射角的变化情况将AVO异常分为四类：Ⅰ类为高阻抗含气砂岩，零炮检距振幅强且为正极性（截距为正），AVO呈减少趋势（梯度为负）；Ⅱ类为砂泥岩近似零阻抗差的含气砂岩，零炮检距振幅很小（截距很小），由近到远，AVO特征变化较大，出现极性反转；Ⅲ类和Ⅳ类为低阻抗含气砂岩，零炮检距振幅很强（截距较大），呈负极性，AVO特征呈增加趋势为Ⅲ类，AVO特征呈减少趋势为Ⅳ类。

3 智能数字化动态煤场管理系统的应用

智能数字化动态煤场管理系统的应用，能够有效提升系统设置的合理性，明确煤场的工作流程，并对煤场工作的实施情况进行如实反映，统计查询煤场应用中可能出现的数据，对煤料生产的创新点进行分析，保证煤场的经济收益。

3.1 系统设置

应用智能数字化管理系统（如图1所示）对火电厂的燃料进行管理，相关人员需要在操作系统的过程中，以管理需求为基准，实现对火电厂的动态的调整，尤其是智能动态煤场的引入，需要全方位覆盖火电厂下属煤场名称、供能范围等信息，并跟随数据信息变化，与火电厂实际运行配合，确保火电厂运行的科学性。另外，为系统安装设置权限和保密装置，其中会掺杂危险性信息，而该危险性信息会影响煤场的经营管理，因此对于登录系统人员要进行身份识别，实时记录各个部门人员的登录时间、登录内容以及登录范围，明确当期人员职责，做好人员调配和明确分工，提升火电厂运行的效率和安全性。

图1 数字化煤场管理系统流程

3.2 工作流程

实现对煤炭燃料堆取的智能化管理，并进行相应的决策安排，使得火电厂运行处于有序状态。首先，在系统运行过程中，相关管理人员能够将相关数据录入至智能化管理系统中，实现对系统功能的完善。同时，在对煤场进行日常管理过程中，相关工人员将数据录入后，利用系统功能对数据进行分析整理，并填写日常管理日志，如果在管理过程中出现操作失误的情况，也可以根据备份的数据恢复操作。

同时，掌握燃煤存放的时间以及成本，并对燃煤产生的热量进行自动计算，提升燃料管理的效率。另外，为了保证火电厂煤场燃料的质量，利用系统获取燃料的基本信息，掌握煤炭种类，在保证各项信息合格后，利用系统生成样本编码，进行二次制样，并将相关数据录入至系统中，经由系统计算，掌握煤炭干基灰分以及煤炭高位热值（见表2），实现对火电厂的质量检测。

表2 干基灰分表

3.3 实施情况反映

煤场地图、机组以及煤炭入炉等环节需要实时还原场景，因此智能化管理系统还需要承担起实时反映煤炭燃烧关键环节的责任，利用影像还原手段，播放煤炭在锅炉内部的燃烧情况，并伴以立体图形，展示煤炭所处的位置以及时间。机组情况则要对煤炭堆料和取料进行实时显示，一旦出现异常情况要进行预警。

3.4 统计查询

一般而言，工作人员利用管理系统的信息查询功能，实现对于煤炭信息、上煤信息的查询和监管，并基于获取的来煤信息，进行相应的工作安排，保证各项工作得以有序开展[4]。

3.5 经济效益分析

智能数字化动态煤场管理系统，通过精准控制煤量、煤种掺杂情况，管控煤炭燃烧。例如，本次工程在建设中煤料掺烧量达到20万t，为了保证每吨煤料掺烧节省30元，需要在同等掺烧条件下，制定科学的上仓方案，以便减少场内热值差以及飞灰含碳量，使得供煤消耗得以降低。本次工程主要用到4×1000MW 机组，其发电小时数为4500h，假设按照1.3g/kWh，其大约可以节省5400t 标准煤。如按照标准煤价计算，大约可以节省390万元的燃煤成本。

同时，通过对堆、配以及取等环节的合理优化，控制煤场库存，能够达到节省燃料热值的目的，减少资金占用的情况，每年大约节省843万元。因此，将智能数字化动态煤场管理系统应用于煤场管理当中，项目的经济小于可达1900万元以上。

3.6 创新点分析

通过开发数字化煤场管理系统，实现对煤场全过程数据的监控，固定式盘煤仪等硬件设施直接与燃料智能化的数据接口接通，实现对煤种以及煤质的全面检测，自动记录燃煤的位置以及煤量消耗数据。同时，应用多维度多变量燃料监视系统，实现对于燃料全生命周期的数据跟踪，并在获取数据后形成多维度的图像和数据模型，实现煤流的可视化，以便能够为煤场管理提供优质的决策，使得电厂管理人员实现对于燃料的全方位管控，通过集成开发和展示数据情况，实时跟踪燃料使用情况。最后，应用智能模型建设配煤掺烧决策系统，即便在多煤种条件下，也能出具最为安全高效的掺配策略，构建科学的配煤方案，提升同等煤种的锅炉燃烧效率。

总而言之，智能数字化煤场管理系统在火电厂燃料管理中得到了广泛的应用，其对于保证火电厂燃料的管理质量，以及经济效益能够发挥关键的作用，为提升火电厂市场竞争力提供助力。