燃料智能化管理在火电厂的探索及应用
作者：吴晗代余发高贵明
来源：《江苏科技信息》 2018年第35期
摘要：近年来，随着火电厂对燃料管理的重视，燃料管理智能化建设已成为火电企业增强竞争力的一个重要发展方向。文章主要结合国家电投四川中电福溪电力开发有限公司燃料智能管控系统升级改造项目进行探究。该项目主要通过图像文字识别技术、入厂煤车辆智能自助注册机、DCS与FCS融合控制理念设计等手段分别实现了汽车煤现场验收环节全流程车辆自动识别、汽车入厂煤计量智能化、电瓶车原煤样自动转运、入厂煤验收框架下所有子系统的集中式管理和远程操作。
关键词：燃料管理；智能化；图像文字识别技术；集中式管理；远程控制
中图分类号：C931.9 文献标识码：A
0 引言
近年来，我国的能源结构发生了翻天覆地的变化，风电、气电、核电、水电、太阳能等能源占比逐年上升，能源发展进入新常态。随着环境资源约束的日益加强，清洁低碳化、系统智能化成为能源发展大趋势。目前火力发电企业的发展模式面临前所未有的挑战，火电企业想要得到长足的发展，必须要朝着“干净的电、便宜的电”的目标而奋力前进。伴随着我国电力企业改革不断深入，将计算机技术与互联网技术与燃料设备结合起来，已经成为当前火电企业改革的一个新方向。在最近几年智能化发展的建设中，该领域已经取得了很大的进步。例如：RFID车辆自动识别技术、原煤样气动传输系统、无人干预汽车自动采样系统（见图1）、全自动制样系统、智能存查样与煤样气动传输系统等。为了进一步提高燃料管理水平，本项目对目前电厂燃料管理的模式进行了探索，设计了先进的燃料智能化集中管控系统（C/S）构架，实现人机交互，达到对火电厂入厂煤验收框架下所有子系统的集中式管理和远程操作。该研究广泛调研了当今火力发电企业燃料智能化管理系统构建中存在的不足之处，在借鉴行业内的经验上，再次采用先进的物联网技术，完善了火电厂燃料智能化管控系统。
1 火电企业燃料管控系统的现状分析
1.1 计量环节
现在已构建燃料智能化管控系统的火电厂，在入厂煤汽车计量环节所采用的自动识别技术都是RFID无线射频技术。RFID无线射频技术的实施是需要配置一张RFID 射频卡（车辆识别防伪电子标签）、一个远距离读卡器。当来煤车辆在入厂前办理完车辆注册手续后，衡器值班员会给注册车辆发放一张车辆识别防伪电子标签，并需要将其贴于车辆前挡风玻璃上。车辆上磅称量前，通过远距离读卡器自动识别车辆相关信息并自动完成计量工作。RFID 无线射频识别技术很好地解决了衡器不自动识别车辆与煤矿信息等带来的诸多管理漏洞，但依然存在很多不足，例如：（1）车辆识别防伪电子标签不是“真的”防伪，因为电子标签本质是一张射频卡，没有技术上的防伪功能，实质上是可以造假的。（2）车辆识别防伪电子标签使用寿命短，是易耗品。据有关电厂数据统计分析得出结论：“一张车辆识别防伪电子便签的使用寿命平均为一年半”［1］。（3）采用RFID无线射频识别技术，虽然其稳定性较高，但该技术对网络环境和工作环境要求较高。当远距离读卡器配套的网络出现故障时，系统将无法识别车辆；远距离读卡器在暑季不能长时间运行，可靠性不高，高温季节设备出现故障后，恢复时间较长，严重时甚至影响电厂生产运行。
1.2 原煤样封装与转运环节
目前构建了燃料智能化管控系统的电厂，在采样机系统上配置了RFID无线射频识别技术、超声波和红外定位技术等确定采样区域，燃料管理信息系统根据来煤信息自动生成采样方案，采样机依据采样方案对车辆实现自动采样［2］。这种无人干预的自动采样系统往往都包含有煤样自动分样与合样单元、煤样的自动封装单元、煤样的自动称重单元等。其中比较关键的原煤样封装与运输环节主要通过以下几种方式来实现：（1）气动传输原煤样自动转运系统，该系统的优点：煤样的收集、运输、储存整个环节可实现全自动完成，整个流程无人干预。缺点是煤样输送距离有限，输送效率较低；气动传输基础设施建设对电厂建筑布局条件要求高；不适合于供煤环境复杂的电厂；用于储存原煤样的瓶盖不能回收利用，日常生产成本高；气动传输设备出故障后维护量大且影响生产运行。（2）原煤样自动封装机打包系统，该系统的优点：效率高，水分损失少，煤样可缓存，稳定性较高且维护简单；缺点是自动封装机所用的塑料打包膜成本较高；原煤样分拣、转运、储存等环节需要人工干预，煤样安全存在风险；打包封装机对运行环境要求较高。（3）桶装缆式转运系统，该系统的优点是：全流程自动完成，无需人工操作。缺点是基建工程量大；基础设施建设对电厂建筑布局要求较高；维护不方便、维修周期长，出现故障时影响日常生产。
1.3 门禁管理环节
现在火电厂燃料验收的工作区域的门禁普遍是采用的IC卡门禁，且燃料验收相关的生产门禁系统隶属于整个厂区门禁系统［3］。未建立单独生产门禁系统，门禁的授权管理不在燃料验收职能部门，门禁授权管理和日常管理都存在职能犯罪风险。
1.4 燃料智能化管控系统环节
燃料智能化管控系统主要包含有燃料管理信息系统和集中管控系统。燃料管理信息系统主要是一个燃料资源的信息库，涉及火电厂燃料生产相关信息都在其中，主要包含有燃料计划、合同、调运、验收、接卸、存储、耗用、结算、燃料成本核算等。已构建燃料管理信息系统的大部分电厂只涉及燃料的验收、接卸、存储、耗用、结算等几个方面。集中管控系统主要是利用物联网先进技术，实现入厂、计量、采样、制样、传输、存储等作业现场的所有设备（如采样机、制样机、气动传输、存查样柜、化验设备、视频监控、门禁系统）的远程集中管控，使工作全程无人干预，实现无人值守、人样隔离、一站式服务。在全国火电企业范围内集中管控系统已建设且投产运行的电厂屈指可数。调查分析得知这些电厂目前仅仅只做到对现场设备的各项运行参数和状态的实时采集、远程监视，并没有真正地做到对煤质验收的相关设备实现远程控制。且目前该系统管控下的子系统不含有门禁管理、网络管理及物料流管理等系统。
2 燃料智能化管理在火电厂的探索及应用
2.1 总体技术要求
根据中华人民共和国团体标准《火力发电企业智能燃煤系统技术规范》中智能化管控平台建设要求，以入厂煤智能化管控软件为主线，连接计量、采样、制样、化验、传输、存储等作业现场的所有设备，使其相关信息在燃料智能化管控系统中集中体现，同时通过燃料智能化管控系统实现计量、采样、制样、化验、传输、存储等过程管理自动化、信息化、智能化。
2.2 具体建设标准
2.2.1 计量智能化
在入厂煤汽车计量室配置4套汽车车牌识别系统和车辆智能自助注册机2台。车辆智能自助注册机通过扫描货运单上二维码识别煤矿信息。车辆智能自助机相较于射频卡注册系统的优点有：（1）车辆智能自助注册机操作简单、便捷，整个注册环节只需司机一人就可独自完成，避免出现人为错差。（2）该环节采用二维码识别技术来实现车辆自动注册，安全等级高。（3）车辆注册都留有操作痕迹，做到凡事有据可查。计量环节首次采用图像文字识别技术，图像文字识别技术是通过汽车车牌识别系统来识别来煤车辆。通过车辆智能自助注册机和图像文字识别技术应用可以使汽车从入厂到衡器检斤整个过程无人干预，自动智能的完成整个计量工作。图像文字识别技术相较于RFID无线射频技术的优点有：（1）该技术除了车牌识别系统本身外不含其他消耗品，投入生产后不存在易耗品成本的问题。（2）该技术隶属网络技术，安全等级高，具有防伪能力。（3）该技术环境适应能力强、稳定性高、可靠性高、维修量小且维护方便。
2.2.2 电瓶车原煤样自动转运
电瓶车原煤样自动转运系统主要由自动桶式封装机、原煤样自动存、取系统和电瓶车转运设备组成。首先在采样机端增加两套自动桶式封装机，另配套建设两套原煤样自动存、取系统和一台电瓶车转运设备。自动桶式封装机可以实现煤样的自动分样、自动封装、自动标识、自动换桶。原煤样自动存、取系统是通过机械化、信息化的管理手段实现原煤样的自动存样、取样、合样等功能。电瓶车转运设备与原煤样自动存、取系统配套使用，全程只需启动装车、卸车按钮即可自动完成装样、卸样。电瓶车原煤样自动转运系统相较于气动传输原煤样自动转运系统的优点有：（1）样品输送距离不受，输送效率高，样品可缓存，不影响正常生产。
（2）煤样桶盖可以回收利用，投入生产后不产生后续成本费用。（3）每个单元可以工作，稳定性高、各单元维修量小且维护方便。
2.2.3 门禁管理系统
火电企业可以单独建立门禁系统，将入厂煤验收相关的门禁系统进行升级，将采制化工作区域的所有房间改为指纹门禁或面部识别，并将门禁授权管理和门禁的日常管理作为集中管控系统下的一个子系统统一进行管理。
2.2.4 燃料智能化管控系统
将燃料管理信息系统进行升级，扩充燃料计划、合同、调运、储存、耗用等方面功能并预留配煤掺烧软件接口，将标准化实验室的技术要求和质量记录固化到燃料管理信息系统中，实现标准化实验室管理信息化。将入厂煤的验收管理、设备集中监视与远程控制管理、物料流管理、视频监控管理、门禁管理、煤场分堆存放管理、入炉煤化验管理等子系统纳入到集中管控系统中去。对构成入厂煤验收所有的子系统达到集中式管理和远程操作控制，最终做到看得见、管得住。
