三维数字化管理系统圆形煤场的应用

摘要:

煤场管理是电厂燃料管理的重要环节，介绍了三维数字化煤场管理系统在华电莱州发电有限公司圆形煤场的应用推广情况，论述了系统的主要功能和特点。该系统的建设能提升煤场的精益化管理水平，实现煤场燃料信息的数字化管理，对煤场的库存盘点、掺配掺烧、采购建议、防自燃等工作提升都有积极的促进作用。

关键词:

三维数字化管理系统;圆形煤场;精益化管理;煤场管理;燃料管理

0引言

华电莱州发电有限公司(以下简称莱州公司)一期2台百万千瓦机组配套建设了2个圆形煤场，直径120m，煤场挡煤墙净高度17m，储煤量共36万t，足可供应全厂20d所用。投产后，针对圆形煤场堆存煤面积小、掺配掺烧难度大、煤场管理粗放等问题，开展了三维数字化煤场项目试点建设。项目采用高精度传感器和计算机软件技术，三维展现储料分布的位置、形态及煤质信息，为煤场管理提供了真实、高效、全方位的数据信息，并在此基础上基于莱州公司的生产管理要求，开发试用智能掺配、科学采购等指导功能模块，将煤场精细化管理提升到一个新的台阶［1］。

1系统布置

三维数字化煤场试点项目搭建全时三维煤场测量系统和堆取料机定姿定位系统，实现全天候、高精度的煤场形态和堆取料机姿态位置信息采集，并通过组建的千兆光纤局域网络将采集数据实时传输回集控中心中央控制站，完成数据的计算、分析及应用。全时三维煤场测量系统采用3台安装在圆形煤场顶部检修栈道上的三维激光扫描仪，全天候自动扫描煤场储煤形态并构建三维模型，计算煤场内的储煤量。堆取料机定姿定位系统，包括堆料臂的俯仰、回转装置，刮板机的俯仰、回转装置，保证堆取料作业时的精确定位。中央控制站布置在输煤程控室，配置服务器、数据库、计算管理软件和接口软件，对采集的煤场形态数据和堆取料机定姿定位数据进行汇总、处理，同时与已有的燃料信息管理系统进行数据交互，最终以虚拟三维和多维度数据标签的形式展现煤场动态的量、质、价、位、形信息。

2实现功能

2．1三维数据采集及存煤量计算

通过3台盘煤仪扫描煤场形状并构建三维模型，计算出煤场内的储煤量，并自动根据煤场作业导致的形态变化扫描后更新三维模型，得到不同煤种、不同时间来煤的精确存储位置和存量。以往采用Excel软件编制的煤场动态管理示意图，只能大致描述圆形煤场内堆煤的煤种信息和存煤位置，并估算存煤重量，准确度差，且所有工作必须手工输入，在每次存煤和上煤后都要进行更新，工作量大。采用三维数字化煤场管理系统后，在每次堆取料后，系统自动进行盘煤，对煤场存煤数据进行更新并显示在系统中，较以往手工绘图更精准高效。

2．2堆取料作业范围计算

根据煤场的实际储煤分布及掺配用煤要求，自动计算出堆取料机取料作业范围，并通过直观的图形信息展现给运行人员，提高上煤煤种的精确度，避免掺配取煤出现较大误差。

2．3煤场储煤量变化实时监测

生产过程中，煤场的卸煤、上煤、转场等操作影响煤场储煤量及储煤分布变化，数字化煤场系统能够实时监测煤场形态及储量变化。

2．4燃煤数据历史可溯

某一批次燃煤进厂时，系统可精确知道该批次来煤的具体堆放位置、堆放形态及质量。在持续的生产过程中，该批次燃煤的使用情况根据三维形态实际变化详细记录，当出现亏吨情况时可查询某一批次来煤在厂内的实际使用情况，真正实现全生命周期精细化管理。

2．5堆取料指导

使用人员根据当前煤场分布情况、生产负荷需求、配煤掺烧方案制定出堆取料方案后，输入精确的堆取料位置，系统将该数据发送至位置控制终端，运行人员按照系统提示的堆取料范围进行相关操作，同时系统记录下该操作执行时间，用于同步匹配三维扫描数据，实现精确的堆取料操作及操作后的图形更新。

2．6掺配和采购指导

煤场的科学规划存储为复杂煤源储存管理提供了新的思路，结合三维煤场动态测控系统实时测量的储量数据及关联的煤质数据，实现了不同煤种储存量的实时反馈，有效缩短了生产用煤采购计划周期，降低了安全用煤储存时间，减少了存煤热值损耗。另一方面，智能掺配模块提出了满足莱州公司锅炉燃烧特性及发电负荷所需的精确掺配方案，对所需煤种燃烧特性有了更全面的评估，为科学采购提供了煤种选择的依据。

3系统优点

经过一段时间的试用总结，该套系统主要的优点体现在以下几个方面。

3．1煤场盘煤管理工作

3．1．1使用前

(1)月度频率盘煤。(2)单个煤场盘煤耗时3h。(3)受堆取料机机械限位，每个煤场有30°的盘存盲区。(4)依靠堆取料机盘煤，影响设备使用效率，盘煤时不能工作。(5)煤场盘存结果只有形态和体积数据，没有关联性。

3．1．2使用后

(1)周期性或堆取料作业完成后进行煤场测量。(2)每个煤场测量计算时间5min。(3)无测量盲区。(4)不依靠堆取料机进行盘煤，煤场作业过程中可以进行扫描。(5)提供煤场过程数据，形态、体积、关联的相关属性直观展现。

3．2煤场掺配管理工作

3．2．1使用前

(1)定时人工绘制煤场储煤分布图。(2)人工画图效率低，实时性差，形状与分界面精确度较低。(3)内部储煤实际情况无法知晓。(4)掺配取煤依靠人工经验，容易取错，取煤量无法精确保障。(5)掺配效果无法真实评估。

3．2．2使用后

(1)依靠三维激光扫描仪自动、快速、精确绘制。(2)动态测量过程中，对于料堆的实时变化过程进行测量记录，实时、真实地反馈不同料堆的边界、位置和形态。(3)动态测量能够真实反映不可见的内部料堆分布情况。(4)可视化展示掺配方案，并指导运行人员进行精确取煤，异常作业报警提示。(5)能够精确记录实际上煤情况，计算不同煤种上煤量，为掺配效果评估提供准确的数据依据［2－4］。

3．3煤场数据管理工作

3．3．1使用前

(1)人工统计数据。(2)各环节数据容易形成数据孤岛，数据关联性差。(3)数据统计分析困难，指导性和前瞻性差。(4)历史数据依靠人工查询。

3．3．2使用后

(1)数据自动入库，存储和统计。(2)通过各类接口实现了数据链管理，数据关联性强。(3)具有数据统计分析模块，为掺配燃烧、科学采购提供决策依据。(4)历史数据可追溯，实现了燃料的全生命周期数据管理［3，5－6］。

4结束语

三维数字化煤场管理系统在莱州公司试运行以来，根据电厂提出的实际需求，逐步新增完善各项功能，较好地实现了项目的预期目标，试用期间大幅度提高了煤场的精益化管理水平，也为后续智能电厂输煤相关系统的建设积累了宝贵经验。

参考文献:

［1］孙云峰．数字化煤场管理系统在电厂燃料管理中的应用研究［D］．北京:华北电力大学，2011．

［2］夏季．火电机组配煤掺烧全过程优化技术研究与应用［D］．武汉:华中科技大学，2013．

［3］冯星林．H火电厂智能煤场管理系统的综合评价研究［D］．广州:华南理工大学，2013．

［4］马爱莉．三维重建技术在数字化煤场中的应用研究［D］．西安:西安工业大学，2011．

［5］黄立新．燃料智能化管控系统在火电厂的应用前景［J］．华电技术，2016，38(9):56－58．

［6］吴学庆，杨涛．智能煤场管理系统在火电厂的应用［J］．发电设备，2012，26(4):271－274.

作者:张海洋 臧杰 单位:华电莱州发电有限公司