关键词：智能燃料系统 智能掺烧 煤场管理 智能调度
1.前言
燃煤费用在燃煤发电厂经营成本中占70-80%的比例[1]，而燃煤的接卸、输送和存储过程中，由于计量、分析技术的不足，管理水平相对较低，燃煤折损的分析控制、上煤方式的精细策划，均缺乏有效的技术手段。随着工业自动控制、网络通信和信息管理等技术的发展，智能制造、大数据、云计算概念正变成现实，智能电厂的建设也被纳入实施进程。作为智能电厂不可或缺的配套部分，智能燃煤系统建设的必要性越来越显著，智能电厂的建设目标，也为智能燃煤系统提供了建设目标和需求标杆；测量技术的发展、煤场装备自动化水平的提高、采制样自动化技术的创新以及人工智能技术的应用，为智能燃煤系统的建设，提供给了技术支持。浙江浙能乐清发电有限责任公司在智能电厂的框架下，围绕智能配煤掺烧这个核心功能，设计开发了智能燃料系统。
2.智能燃料系统建设总体目标
智能燃料系统以智能配煤掺烧为核心，建立了燃料从采购、离港、到港、煤场、煤仓直至锅炉燃烧整个生命周期的智能化管理；根据锅炉燃烧的经济、安全、环保预测及实际分析，反馈到电厂的燃料采购需求，从而建立一个有反馈的闭环系统，使得发电煤耗、锅炉排放、燃料运行成本之间得以最佳的耦合。
从燃料管理的顶层目标和要求出发，从整个燃煤运行生命周期的全面信息感知入手，利用自动化和信息化手段，提高装备设施的自动化和智能化水平，实现设备、煤炭、人员和系统间相互连通，设计建立自动、实时、完整和丰富的数据仓库，研究开发分层次、多模块、交互性、可拓展的应用软件平台，规划建立图形化、数字化、实时性、高可靠、智能型的满足电厂安全、经济、环保运行需要的智能燃料系统。
具体而言，项目总体目标包括：
(1)配煤掺烧智能化
智能生成堆煤、上煤和掺烧策略，并形成斗轮机作业指令，驱动斗轮机全自动作业，实现配煤掺烧运行智能化。
(2)控制更优化
通过斗轮机全自动控制，皮带智能启停，卸煤恒流控制，实现设备控制优化，提高设备高效运行和安全生产，部分实现机器代替人作业。
(3)计量更精准
建立入场煤基准秤，实施电子皮带秤实施线远程自动校验与诊断，从而提高燃料计量精度。通过全程计量的比对和分析，实现按批次精确计量分析。通过智能盘煤和堆积密度的修正，使得煤场盘存更精确。
(4)损耗更可控
通过堆损在线监测和堆损预测，精确掌控场损状况，及时燃烧易自燃煤种，降低煤场燃煤热值损耗。通过控制自动化以及卸堆取智能化，降低输煤单耗。
(5)管理更精细
通过堆场煤种、煤质、煤量、位置等信息实时管理、三维图像展示、全程计量分析、损耗管理、工单管理、流程管理等使得燃料管理更全面、更精细。
(6)采购更经济
全面分析燃料经济成本，合理建议采购需求。
3.系统设计
为实现智能燃料系统的总体目标，我们在系统设计时按照功能将不同模块划分成智能掺烧系统和智能煤场管理系统两大部分。
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(1)智能掺烧系统
配煤掺烧技术通过将两种或多种煤质的煤进行掺混燃料[2],以改善锅炉燃烧情况，提高电厂经济效益。智能掺烧系统以优化掺烧、提高机组经济性为目标，是整个智能燃料系统的核心部分，主要由以下几大模块组成：
智能掺烧模块：通过对煤场存煤的配煤特性，包括配煤煤质、配煤燃烧特性、锅炉效率、锅炉排放等多个指标的预测，形成掺烧策略，实现最优上煤方案；
智能堆煤模块：根据现有存煤分布、未来配煤需求、来煤煤质、堆损趋势预测及调度特殊需求，形成堆煤策略。
燃烧经济分析模块：通过实际燃烧的煤质数据、锅炉飞灰含碳量、氧量、排烟温度、环境温度测量数据，对锅炉燃烧的实际运行进行锅炉效率计算分析，评估配煤的燃烧经济性。其中飞灰含碳量在有实时监测时用实时数据，否则由预测模型提供预测数据。
燃烧安全分析模块：建立在线实时的锅炉热力计算模型，实时计算锅炉各换热面的热力学参数，通过锅炉换热面热力学参数的长时间变迁分析，预测水冷壁或高温受热面结渣的可能性。
燃烧环保指标分析模块：通过NOx、SO2、烟尘排放浓度实际测量数据，对配煤的燃烧排放进行分析，评估配煤的环保性。
自学习功能模块：系统利用锅炉运行分析的结果，补充掺配烧的试验及历史数据，从而进一步优化和完善有关智能模型，最终使智能掺烧模型的预测结果和实际运行结果趋于一致。由于机组负荷处于多变状态，绝大多数数据并不能用于建模（即自学习），因此建立稳定工况在线评判模型，后台进行稳定工况智能化选取，获取稳定工况下的锅炉运行参数（包括燃烧控制参数），并与实时入炉煤及其掺烧模式、锅炉效率、NOx浓度等进行关联，并进行储存，用于自学习数据源。
(2)智能煤场管理系统
智能煤场管理系统以全面掌握煤场实时信息为目标，主要由以下几大模块组成：
全程计量模块：为每一批次来煤分配ID，通过ID跟踪，全程记录来煤水尺、入厂煤电子秤、盘煤、入炉煤电子秤数据，实现煤场库存智能化管理，并通过各数据比较分析获取燃煤场损、途损信息以及各计量器具的计量准确度，使得燃料管理更加精细化。
智能调度模块：根据系统生成的堆取煤策略及设备实际工况，自动生成堆取煤作业任务工单并下达至输煤程控，由输煤程控根据该工单自动调度皮带机、卸船机、斗轮机等设备完成堆取煤作业任务。
煤场动态展示模块：利用采集到SIS中的输煤设备及斗轮机状态等数据，结合实时盘煤数据，将码头至煤仓的主要输煤设备的运行情况以动态方式展示出来，并管理人员无需在煤控室即可了解当前输煤系统的运行状态。
采制样机化验数据管理模块：根据煤种ID自动采样，并自行获得公司内部煤质化验数据，采集前港化验数据与第三方化验数据，进行统一管理，为智能掺烧提供依据。
智能盘煤模块：利用斗轮机实时激光盘煤装置及无人机动态盘煤装置的数据和图像，采用三维建模技术，获取煤堆三维数据模型，实现智能盘煤。
煤仓动态分层模块：通过煤种ID跟踪、煤仓雷达料位计扫描、入炉煤电子秤计量等多种技术手段的综合运用，将煤仓内的燃煤按照煤种自动分层区分展示，使运行人员能够精确掌握煤仓煤种的变化情况，也为智能掺烧系统的自学习功能提供更精确的基础数据。
燃料统计报表模块：由设备状态、运行时间等数据经过计算后生成包括值际竞赛、输煤单耗、设备投用率等报表。
4.结束语
物联网、大数据、人工智能和先进测量技术的发展和应用，使智能电厂框架下的智能燃煤系统建设在技术上可行。智能感知、智能掺烧、智能管理、和智能调度等目标的实现，不仅能大幅度提升燃料管理效率，更有意义的是可精准监控场损，降低输煤电耗，实现机器换人，为锅炉燃烧提供相应的掺配煤策略，体现了智能燃煤系统广阔的应用前景。
参考文献
[1] 王小虎，数字化燃料管理系统技术研究[J].南方能源建设.2017(4)
[2] 谷增义，基于配煤掺烧的煤场数字化管理系统[J].应用能源技术.2018(1)
论文作者:周洪元
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
标签：智能论文; 煤场论文; 燃料论文; 锅炉论文; 系统论文; 燃煤论文; 数据论文; 《科技中国》2018年4期论文;