燃料智能采制化系统方案探讨与实施

燃料智能采制化系统方案探讨与实施胡斌【摘要】简述燃料智能采制化系统发展的背景及系统建设的重要性，从全自动制样系统、在线全水分析测量仪、自动存查样管理系统、原煤样及成品样传输系统、自动弃样装置、化验室工作站、门禁和监控系统、软件控制系统等方面介绍了燃料智能采制化系统的主要组成.经方案探讨与实施思路论证可知，采取制存样间现场布置、将燃料智能化管控中心与输煤控制室功能合并、工业监视和门禁与输煤系统相关设备整合等配置和设计优化措施后,可使智能采制化系统更顺畅、合理，其运行和投资成本降低，具有可推广的应用价值.【期刊名称】《煤质技术》【年(卷)，期】2018(000)004【总页数】7页(P34-40)【关键词】智能采制化系统;全自动制样系统;存查样管理系统;输煤系统;监控系统;软件控制系统;方案探讨;应用价值【作者】胡斌【作者单位】华润电力控股有限公司，广东深圳518001【正文语种】中文【中图分类】TQ531煤炭是火力发电厂主要燃料的生产资源，燃料采购成本占整个燃煤火电企业生产成本的70%~80%。因此，燃料监管工作必然受到各相关方高度关注，主要涉及采购、运输、计量、接卸、采制存化和合同结算等相关环节。在传统火电企业的生产工艺中，以上环节涉及大量的相关人员，易出现数据偏差、失真，所有环节易对企业造成巨大的经济损失和不良的外部形象。随着火电市场的不断发展，燃料成本控制逐步成为火电企业增强核心竞争力的关键因素［1,2］。在当前煤炭供应和价格波动较大的市场环境下，燃料智能采制化系统已逐渐被各火电力企业接受和推广。1现状目前，火电企业在燃料入厂管理、计量、采样、制样、存取样等环节信息化程度不高，大部分工作仍依靠人工完成，主要存在的问题如下：①现场管理粗放；②自动化程度低；③人为因素导致数据不准确、不可靠；④数据信息融合困难等。为解决上述问题，需提高系统风险防范水平，以技术防范代替人员防范，提高燃料管理的自动化水平，采用先进的燃料智能采制化系统设备代替人工采样和操作。几大发电集团在此方面已取得宝贵的经验，为其它运营电厂和新建电厂提供有效的技术支持。煤炭计量系统、采样系统、制样系统、样品编码、传输系统、样品存取系统、弃样系统、化验数据读取终端等已逐步实现机械自动化，各项技术日趋成熟，整个管理系统的软硬件设备已具备无人值守自动运行智能化水平。2燃料智能采制化系统建设的重要性消除燃料入厂、称重、采样、制样、化验等环节中可能存在的人为因素影响。准确掌握燃料进、存、耗与量、质、价等信息，为科学掺烧和经济运行提供决策依据。⑶降低火电企业煤炭验收检验岗位的工作强度，改善工作环境及提高工作效率。⑷确保燃料生产过程规范化及科学合理化，提升企业的现代化管理水平。（5） 提高燃料业务数据的综合利用率，实现燃料管理信息透明化，促进企业利润的稳定增长。（6） 对火电企业减员增效、防腐倡廉有很大的推动作用。3燃料智能采制化系统的主要组成燃料智能采制化系统主要涉及车辆识别、计量（轨道衡、汽车衡或电子皮带秤等）、入厂（炉）煤自动采样装置、气动传输系统、自动制样系统、自动存查样管理系统、智能在线全水分析系统、自动弃样系统、除尘系统、化验终端、门禁与监控系统、软件及自动化控制系统等。其拓扑图如图1所示。图1燃料智能采制化系统拓扑图其中燃料智能化系统中采、制、存、送、化五位一体是整个燃料智能硬件设备的主要实现设备，其工作流程如图2所示。3.1全自动制样系统全自动制样系统目前存在3个流派结构形式：平铺式、立式和机械手作业。3种设备各有利弊，方案形式主要由设备厂家和建设厂地条件等因素决定。制样系统现场案例如图3所示，制样环节实现自动称重、自动除铁、输送、破碎、缩分、自动封装、读写码、自动清洗、烘样、制粉、清扫、弃样暂存、弃样输送等功能，并根据来料重量自动调整缩分比，实现定量缩分。依据煤样的制备方法［3，4］，根据需要可制备1份6mm全水分煤样、1份3mm存查煤样、2份0.2mm分析煤样等，煤样采用瓶装方式，样瓶采用射频芯片（固定在瓶底部），标识具有唯一性，保证煤样在流转环节能够被正确读取，整个制样过程实现全自动无人值守，留样量符合国标要求。同时，具有在线和离线两种作业功能。经过近几年发展，此系统较为成熟。自动封装、读写码装置采用一体化设计，具备有效校正、上盖、称重及无效剔除等功能，可分别对6mm全水分煤样、3mm存查煤样、0.2mm分析样进行自动装瓶、称重和读写码识别（即可重复擦写信息）。系统自动完成空瓶混摆及样品的封装、读写码全过程，能有效避免人为因素的干扰。瓶身底部附置芯片（通用型非接触式IC射频读写芯片，无线射频识别技术），从瓶底部读取相关信息，以防混淆。所有样品均1瓶1号，不出现重复编码，可有效防止错样、丢样现象的发生。具备控制权限后，可远程启动或停止气动传输系统。早期成品样瓶及新型成品样瓶分别如图4、图5所示。3.2在线全水分析测量仪全自动智能在线水分测量仪布置在自动制样机一级破碎（6mm）和二级破碎（3mm）之间，实现对入厂、入炉6mm全水分样品的在线自动测量，自动上传化验结果数据。全水分分析仪现场案例图如图6所示。系统中全水分的测定，符合国标GB/T211-2007《煤中全水分的测定方法》的要求[5],主要用于与智能制样系统联合使用，实现自动取样、称量、测量、弃样，整个过程无须人工干预。图2燃料智能化系统工艺流程图3制样系统现场案例图3.3自动存查样管理系统自动存查样管理系统用于存查样管理。已封装的成品煤样可通过传输系统自动进入存查样柜，柜内配置机械手，能满足煤样瓶的自动抓取、仓位随机分配需求。系统能实时监控整套系统运行状态及记录样品的状态和位置、存储调用情况。当系统发生故障，可根据系统的运行状态和跟踪记录报警。能记录每次存取样的详细信息（存样时间、取样时间、存取样数量、瓶身编码信息、操作员信息等）。图4早期成品样瓶图5新型成品样瓶图6全水分分析仪现场案例图系统配有手动操作功能，手动操作时需自动记录操作人信息姓名、工号、实时照片、操作时间等）、样品编号，并可上传至管控中心（输煤程控室）。系统设置紧急门，方便故障及紧急情况下开启、人工取样、排除故障及检修。开启侧板需要2把钥匙全部打开后方能开启。系统需具有对到期样瓶提前预警功能，存储时间达到指定时间和已结算完毕该2个条件同时满足后可提示弃样，经确认后，弃样瓶通过气力自动传输至弃样点，自动开瓶、弃样、清洗及回收空瓶。存查样柜现场案例图如图7所示。图7存查样柜现场案例图3.4原煤样及成品样传输系统为避免水分损失、提高作业效率以及节约成本，采样系统与制样系统原则上就地布置，实现采制一体化运行。在不具备条件的情况下，可通过气动传输系统实现采样系统与自动制样系统的原煤样远程转运。自动制样系统制备出的样品转运至存查样管理系统及化验室，此过程宜采用气动传输方式。全自动制样间与存查样间、存查样间与化验室三者之间实现成品样气动传输。在项目设计初期，宜合理规划相对位置，使三者之间距离尽量短、流程更顺畅，即缩短煤样传输的距离，既可提高整个系统的传输可靠，性因原煤样单瓶较重易出现卡阻，距离上优先考虑），同时也减小煤样传输系统的造价。气动传输系统至少由控制系统、动力单元、煤样收发工作站、转向器、传输管道、煤样瓶、化验室工作站、监测传感器以及配套设施组成，主要实现如下功能：（1） 系统应记录每次传输的详细信息（如发送时间、到达时间、是否到达）。（2） 系统应实时监控整套系统运行状态及样品在管道中的输送过程，实时记录样品的状态和位置，实时上传数据信息，并以图形化直观显示取样系统的运行情况。当系统发生故障，可根据系统的运行状态和跟踪记录，判断故障原因、故障点，并报警。对煤样在输送通路中发生的输送故障进行定位、报警，且定位准确，便于检修故障排查。⑶系统应具有较强的容错能力和故障恢复能力，传输中如发生断电，数据不能丢失，当来电后能自动恢复输送运行，继续完成原定操作指令［2］。系统应具备正吹和反吹能力，方便对堵塞的输送瓶进行故障恢复。实现与存样管理系统无缝连接，存取样管理系统自动接收要输送的煤样。人工制样比对间与全自动制样机或存取样柜之间配置一路传输终端。具备控制权限后，可远程启动、停止气动传输系统。原煤样气力传输系统、成品煤样气力传输系统管道示意、原煤样瓶分别如图8、图9、图10所示。图8原煤样气力传输系统示意图9成品煤样气力传输系统管道示意图10原煤样瓶3.5自动弃样(含缓存)装置制样机弃料口连接到1套弃料处理装置，包含人工制样弃料口，实现弃料的自动输送。存取样柜到期样品自动分检、退出、自动弃样、空瓶自动清理回收等。在弃料处理装置安装斗提机，实现弃料最终进入输煤系统皮带自动弃样，斗提机与皮带机连锁，皮带机运行时斗提机方可弃料。⑷制样时所产生的弃料使用专用的输送设备，送至弃料收集装置中。弃料系统要求运行流畅，不影响设备的制样。弃料处理装置需设置弃料缓存装置，每个煤样需缓存24h方可弃样。3.6化验室工作站分析样按所需自动送入化验室工作站(取样终端)，管控中心与化验系统接口集成，实现实时获取化验数据。3.7门禁与监控系统管控中心与门禁系统通过接口集成，实现对所有门禁的集中管控。管控中心与硬盘录像机、NVR通过接口集成，实现对所有监控画面的集中管控。门禁系统和监控系统应与输煤系统统一考虑，不独立增设系统。3.8软件控制系统系统平台上设置设备管控系统模块，利用计算机自控技术和网络信息技术，对燃料生产运行设备实现，实现远方遥控操作和在线状态监测。同时对火车自动识别、煤样管理、燃料业务信息、视频门禁、化验室网络等系统数据进行集成整合，实现对现场设备的远程集中管控，采制化工作的全程控制和监督，以及入厂车辆的集中调度，并将相关数据上传至管控中心进行统一存储，以实现数据分析及跟踪［1］。智能管控中心如图11所示。图11智能管控中心4方案论证与实施对多家电厂企业进行调研、考察及学习，因各电厂来煤方式、总平面布置、工作思路和供货设备厂家的差异，方案多种多样，结合火力发电厂运煤系统、煤尘防治及发电用煤机械采制样装置性能验收的相关规范［6-8］，针对各种情况提出如下方案，并在实际应用中得到认可和实施。（1） 燃料智能采制化系统包括（或接入）燃料计划管理系统、入厂煤管理系统（燃料入厂信息的录入）、车辆自动识别、计量、采样、制样、存取样、原煤样（样品）传输、在线全水分分析、弃样（含缓存）、化验数据自动录入、视频门禁等，预留软件功能扩充接口，方便后续其它模块的扩展或升级（如数字化煤场管理、燃料价值寻优管理系统等）。（2） 制存样间可布置在现场，考虑弃样方便及工作效率等因素，应尽量布置在栈桥下，面积暂按30mx8m考虑，其中包括7mx8m人工制样比对间。如不具备条件则可根据各项目具体情况而定位置，考虑入厂煤和入炉煤原煤样传送至制存样间，以及分析样品传送至化验室(化学楼)的气动输送能力(原煤样气力传输一般不超过500m)，暂按30mx8m考虑，其中包括7mx8m人工制样比对间(根据项目具体情况而定)。具体尺寸及平面布置根据设备厂家提资商定，制存样间布置如图12所示。图12制存样间布置示意⑶将燃料智能化管控中心与输煤控制室功能合并，不独立设置管控中心，目的为提高自动化水平、减人增效。工业监视和门禁与输煤系统相关设备整合，不独立设置系统，操作和监控由输煤集控操作员统一负责管理。存查样柜仓位通过每天煤样及样品存储时间综合考虑，仓位略有富裕为原则，以减少工程投资。新建电厂一般设计1000个仓位比较合适。在6mm和3mm破碎机之间设置全水在线分析仪，减少封装等其它中间环节。电源供电部分采用两路380V独立供电，两路电源自动切换，互为备用。样品瓶身底部配置芯片，从瓶底部读写相关信息，瓶盖重复利用，减少运营成本。配置自动弃样(含缓存)装置，减少人工操作，完全实现自动化控制。5结论通过上述配置和设计优化，使燃料智能采制化系统更加顺畅、合理，运行和投资成本更低，特别是取消了独立的智能监视中心及相关系统配置，同时减少了操作人员的数量，真正实现“人样分离”、“即化即取”等自动运行作业为目的，符合智能化工厂的时代需要，具有一定的推广应用价值。【相关文献】梁建国,任新雨.华电莱州二期燃料智能化配置探讨[J].内蒙古科技与经济,2016(15):119-121.刘双庆.浅析一种新型气动物流传输系统的设计思路[J].科技与企业,2012(7):309.全国煤炭标准化技术委员会.煤样的制备方法：GB474—2008[S].北京:中国标准出版社，2009:05.全国煤炭标准化技术委员会.煤炭机械化采样第2部分：煤样的制备：GB/T19494.2—2004.北京:中国标准出版社，2004:10.全