火电无人化煤场经济性

孙创创

摘要：我国煤炭储量居世界首位，目前已探明的煤炭储量约有1万亿吨，预测煤炭储量达5亿吨。目前火电装机容量比例占全国总装机的60%以上，每年耗煤量达35亿吨左右。我国煤炭资源分布西多东少，北丰南贫，煤炭种类繁多，对火电厂而言，如何加强煤场管理，将数字化智能技术用于煤场进厂煤、掺配、入炉煤计量、采样化验、堆取煤、煤场监控等，从而达到煤场管理的经济性。

关键词：数字化煤场；无人化；经济性

概述

目前电厂的燃料费用占发电总成本的70%，占变动成本的90％以上，燃料的利用和节约直接关系到企业的经营效益。按照目前采购价格计算，原煤价格每增加1元/吨，公司多支出采购成本1.5亿元；煤耗每降低1克/千瓦时全集团节约1.9亿元；热值差每降低1大卡相对节约燃料成本1514万元。全年燃料费每晚付一天约节约财务费用1000万。综上分析不难发现，燃料成本是火电厂盈利能力的关键，那么加强燃料管理就显得尤为重要。

电力企业每年亏吨、亏卡、拒付质价不符的煤款和亏吨索赔款都以千万元、亿元计，潜在效益很大。通过加强煤炭的计划、调运、核算和分析工作，进行比质、比价，择优选购煤炭；在供应过程中，加强计量、检验工作，把好数量、质量关，认真审核承付各项费用；科学开展混配、掺烧、储存、保管等工作，对降低燃料消耗、降低燃料成本的影响也是可观的。数字化煤场这是在这样的背景下应运而生。

1数字化煤场概述

数字化煤场是以煤场大数据为核心，通过北斗导航定位技术、全站无线网络技术、智能云数据技术等实现卸煤沟、进厂煤、皮带秤、给煤机、原煤仓的数据化采集。同时将传统煤场以三维数字化煤场的形式实现进厂煤、入炉煤、存煤的即时监控，同时嵌入煤场视频监控，在使用极少人力的情况下，实现煤场从进厂煤登记、汽车衡称重、入场煤堆放、煤场煤煤种可视化管理、煤场煤质分析、盘煤、移库、煤场信息查询、历史数据查询的全过程可控管理。煤场管理人员、输煤运行人员、集控人员在数字化煤场帮助下，实现燃煤的有序掺烧，集控人员根据机组负荷变化和煤场去库存需要，及时调整燃烧方式，最终实现降低燃料成本，降低发电煤耗的目的。

2数字化煤场设计思路

2.1数字化煤场设计

目前，国内大型燃煤电厂贮煤场主要有条形煤场、全封闭圆形煤场、全封闭方形煤场、圆筒仓并列群仓四种设计形式。

2.1.1条形煤场

条形煤场的煤场贮煤为条形堆放，在国内大型燃煤发电厂应用较为普遍，煤堆堆高一般不超过15m。条形煤场配有1～2台斗轮堆取料机，斗轮堆取料机有悬臂式和门式两种，其中悬臂式斗轮堆取料机具有堆取料作业范围大，作业效率高等优点，在大型燃煤电厂中得到广泛应用。

条形煤场配斗轮堆取料机的设计形式在国内外大多数大型燃煤电厂采用，具有丰富的运行经验。根据环境要求，条形煤场又可设计为全封闭和露天布置两种形式。

2.1.2全封闭圆形煤场

全封闭圆形煤场是近年来在国内大型燃煤电厂逐步推广使用的新型煤场，煤场直径通常设计为φ80m～φ140m，下部设有挡煤墙，上部采用球冠状或半球状钢结构网架封闭。圆形煤场内部设有1台堆取料设备，堆、取料作业可同时进行。圆形煤场内一般设有事故应急煤斗，在取料机故障或维修期间配合推煤机进行上煤作业。

2.1.3圆筒仓并列群仓

圆筒仓并列群仓为多个筒仓并列布置的贮煤形式，其造价过高，仅适用于场地极其狭窄的场合，一般电厂很少采用。

数字化煤场设计主要针对条形煤场和全封闭圆形煤场，煤场管理系统系统主要考虑b/s结构设计方法，同时配备ISS服务工具，以此实现对系统运作状况的管理。在硬件方面考虑采用系统服务器、客户端、电厂服务器三部分组成的机构方式设计实现全厂燃料管理的有效监控。软件设计方面，数字化煤场要充分考虑智能化的需求，要满足实现以燃料采购计划、煤化验报表、入炉煤、进厂煤数据、煤场各部温度、进厂车辆情况、煤场存煤数量、各区域煤种日期、发热量等数据的实时监控，同时预留备用模块，实现新功能的随时添加，同时将无线射频网络技术和GPS定位技术可靠植入。

3数字化煤场应用及经济性分析

煤场进耗作业频繁，导致煤场储煤变化无法及时精确获取，再加之在煤源结构相对复杂、煤场储煤形势严峻时，单纯的强调意识、加强管理无法真正意义上保障配比掺烧燃烧效果（煤种、掺配比例容易取错），怎样在火电企业日趋严峻的竞争形势下降低生产成本，提高生产效率，数字化煤场建设势在必行。

3.1煤场建设

煤场数字化精细管理将煤场看成一个仓库，从仓库管理角度出发，实时更新每日入库、出库、库存；精确掌握入库数量、出库数量、库存数量，同时对仓库进行编码分区，掌握各区域仓库存储的产品类型（煤种），通过与化验设备（或化验网络管理系统）的集成，获取入库煤质量、出库煤质量信息，并通过软件处理对库存质量进行分析（考虑场损和加权平均），精确了解煤场入库管理、出库管理、库存管理及量、质、价等信息，为电厂入炉配煤掺烧提供有效数据支持，提高锅炉经济运行效益，保证锅炉安全运行。

3.2分区管理

管煤场如同管仓库，遵循分区分类堆放原则，按电厂煤源现状、煤的种类进行分区并作编码标识。如对于煤炭来源相对稳定的单位，可考虑固定分区（规定煤场的某一区域固定存放该种煤）的方式，对于煤源复杂的单位可考虑相对的变动分区方式，同一区域的煤，遵循先入先出的原则，尽量减少煤场的自然损耗。本系统分为配煤和堆煤两部分，配煤共54个流程，堆煤共16个流程，当存在故障皮带时，DCS画面显示皮带故障颜色，与其相关流程无效，当双路运行时，不可重复选择同一皮带，并给出“禁操”显示，同时闭锁“投”“停”功能，当“流程有效”实现一键启动。

3.3盘煤管理

盘煤管理包括初始盘煤，定期盘煤两部分内容：

（1）盘煤的关键是获取准确的煤场库存信息，并进行账实核对。通过便携式盘煤仪，用于辅助定期盘点。由于目前的所谓实时盘煤设备只能做到盘点体积而不能盘点“堆积密度”，因此不提倡投入大量资金和设备在固定盘煤仪及其基础建设上。

（2）第1次盘煤时形成初始煤场数据信息，通过煤场入库管理、出库管理、库存管理不断实时更新变化。

（3）按周期定时盘煤，将盘点结果录入后自动生成盘点报告，并与煤场实时界面比对。

3.4入库管理

（1）获取来煤计划，根据煤场分区信息，考虑煤场存量情况，预分配来煤堆放区域，即形成卸煤计划（煤场入库计划）。

（2）实际来煤时，根据既定的接卸计划，严格执行。

（3）进煤的数量获取：来煤的计量结果，可以从对应的管理系统（如燃料管理信息系统）获取，也可以通过与计量设备（汽车衡、轨道衡、皮带秤）进行接口集成实时自动获取。

（4）进煤的质量获取：来煤的质量结果，可以从化验设备或化验网络管理系统获取（当日来煤的化验值一般需等到次日才知晓，但不会影响次日上煤分析）。

3.5库存管理

来煤后经输煤皮带进入煤场，在斗轮机的操作下进行煤场的堆放与存取。为实现煤场数字化精细管理，需对斗轮机实时进行精确监控。

3.6斗轮机定位

斗轮机定位原理：对于露天的斗轮机定位采用安装北斗高精度定位定向设备，再安装基准站实现5厘米级的高精度定位，对于有煤棚的斗轮机定位采用目前世界上最定位精度最高的UWB室内定位技术对斗轮机进行定位，通过在煤棚上安装定位基站，在斗轮机上安装定位模块，实现15厘米左右的高精度定位。

3.7经济性分析

3.7.1配煤掺烧

专家掺烧库管理：经过权威机构和专业人员认可，并通过实验的掺烧方案，录入专家库，形成掺烧方案专家库，并不断维护修订。通过基础煤质数据库、燃煤混配特性数据库，分析取煤掺配的着火特性、燃尽特性、结渣特性、发电特性，提供燃煤最优化掺烧方案。

掺烧方案包含机组在各种典型负荷下的掺配煤种、配煤比例、约束条件、配比要求、适用情况等。由于锅炉技改、煤源变动等情况，某些不再使用的掺烧方案，采取“停用”处理，不允许被执行。通过与SIS系统集成或表计直读等方式，获取锅炉燃耗情况的主要指标，实时监控入炉煤燃烧情况，并将对应参数与“执行的掺烧方案”匹配，进行数据分析，评定燃烧效果，并记录到掺烧方案的执行记录中，以指标评定掺烧方案的好坏。【1】

掺烧执行：掺烧执行管理界面，实时显示机组负荷、锅炉燃烧情况、煤仓煤位情况、供电标煤耗、总给煤量、各煤炭品种的预计耗煤量等信息。自动推荐1个或多个掺烧方案，值长可以自行选择，选择后系统结合煤场存煤情况，自动转换为加仓方案（支持手工修正）。确认后的加仓方案指令，系统自动生产取煤计划，自动下达到出库管理环节。

3.7.2智能数据库

数字化煤场智能化建设，为燃煤发电企业建立了一套精细的煤场管理数据体系，为电厂配煤掺烧和煤场管理提供了精细化的管理平台。在完成上述全部数据的监控与采集后，形成“大燃料”统一管理的理念，形成燃料生命周期数据链分析平台，对各环节监控、采集数据进行分析，计算企业当日生产利润状况。

火力发电企业以数字化煤场动态管理为手段，煤场信息实时掌控为目标，实时调用煤场存煤的真实数据，准确了解煤场存煤的真实情况，合理调整煤炭采购结构，科学指导配煤掺烧工作，有效避免煤场出现大盈大亏的现象。

数字化煤场智能化建设是科学指导配煤掺烧工作的关键，作为一项有效的节能减排项目，可以为电厂带来环保和经济效益，可起到改良环境的效应，对节能减排，雾霾治理有很大的促进作用。

随着工业4.0时代的到来，以智能化推进燃料管理方式的转变，是实现燃料精细化管理、提升经济效益的必由之路。数字化煤场智能化建设是火力发电企业燃料智能化建设的重要环节，是加强燃料业务精细化、智能化管理的关键，是火力发电企业经济运行的生命线、安全生产的保障线、成本管理的主控线。

3.7.3科学采购与掺烧效果管理

通过比较机组实时的给煤机运行方式、系统推荐的运行方式和人工干预的运行方式的掺烧效果。根据机组的实时负荷，系统结合SO2排放和锅炉稳燃的要求，计算出优化的给煤机开启方式以及每台给煤机的推荐给煤量。系统可设置实时优化目标，设定入口SO2、平均灰分、平均热量的上下限值，点击优化计算后，查看给煤机优化方案及煤质对比示意图。

对当前存煤及平均煤质信息的统计，以及符合购煤建议的历史存煤信息。并根据当前煤场的存煤概况（包括存煤的煤种和存煤量统计），结合掺配燃烧效果反馈后形成的最优掺配方案煤种需求，根据市场煤炭价格变化规律，提出最优的购煤建议。

3.7.4日利润统计

在完成上述全部数据的监控与采集后，形成“大燃料”统一管理的理念，形成燃料生命周期数据链分析平台，对各环节监控、采集数据进行分析，计算企业当日生产利润状况，使煤场对日、周、月、年利润做到量化分析，实时在控，利润的实时传输也可促进企业加强对煤场的管理，充分发挥智能煤场的经济性作用。

4结束语

数字化煤场是未来煤场发展的大趋势，随着智能化、工业4.0的到来，随着煤场管理人员综合素质的提高，数字化煤场必将在降低燃煤电厂的燃料成本、促进煤场无人化发展上有所突破，最终实现全行业数字化煤场建设的目标。

参考文献：

[1]《数字化煤场与配煤掺烧技术的应用》张东平煤炭科学研究总院北京煤化学所。