王亮

(黑龍江華電齊齊哈爾熱電有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

0 引言

隨著煤炭資源逐漸減少與社會建設(shè)用電需求不斷增加的矛盾日益突顯，作為以消耗煤炭資源而生產(chǎn)電力的火電企業(yè)，面對當(dāng)前電煤供應(yīng)緊張、價(jià)格居高不下、生產(chǎn)經(jīng)營一度虧損的現(xiàn)狀，褐煤摻燒已成為火電企業(yè)獲取發(fā)電邊際利潤、降低生產(chǎn)成本的有效手段。如何科學(xué)、精細(xì)的指導(dǎo)火電機(jī)組摻燒褐煤，準(zhǔn)確反映機(jī)組運(yùn)行工況和經(jīng)濟(jì)效益，從而保證火電機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，正是筆者設(shè)計(jì)和研發(fā)褐煤摻配及效益分析操作系統(tǒng)(以下簡稱系統(tǒng))的用意和初衷。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)在研發(fā)過程中，初步將其設(shè)計(jì)為生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲、經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算、褐煤摻燒配比分析等6個功能模塊，利用數(shù)學(xué)模型將發(fā)電量、廠用電率、褐煤熱值等重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算，得出褐煤摻燒比例。該系統(tǒng)的研發(fā)可以改變以往生產(chǎn)一線員工手工計(jì)算數(shù)據(jù)和根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配煤摻燒工作的歷史，具有科學(xué)、合理指導(dǎo)火電廠褐煤摻燒比例、提高機(jī)組效率、優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行參數(shù)等功能。

1.1 主要設(shè)計(jì)思路

黑龍江華電齊齊哈爾熱電有限公司技術(shù)人員在系統(tǒng)開發(fā)過程中，參考了國內(nèi)、外一些配煤摻燒的資料和成功案例，按照中國華電集團(tuán)公司相關(guān)規(guī)范的要求，結(jié)合鍋爐生產(chǎn)設(shè)計(jì)廠家的試驗(yàn)論證情況，以優(yōu)化機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、科學(xué)組織配煤摻燒為主線實(shí)施了開發(fā)方案。充分利用并融入現(xiàn)有的廠級實(shí)時監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)和分散控制系統(tǒng)(DCS)以及小指標(biāo)管理等系統(tǒng)的信息平臺，通過各主要參數(shù)的讀取和調(diào)用，利用正(反)平衡、等效焓降理論和偏差分析法進(jìn)行推理和計(jì)算，以機(jī)組效率、生產(chǎn)成本的計(jì)算結(jié)果為目標(biāo)輸出，實(shí)現(xiàn)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的量化對比。同時，結(jié)合節(jié)能評價(jià)和經(jīng)濟(jì)利潤管理體系，定量分析技術(shù)指標(biāo)偏差對機(jī)組能量損耗的影響，進(jìn)而達(dá)到指導(dǎo)生產(chǎn)、優(yōu)化運(yùn)行的目的。

1.2 主要技術(shù)路線

系統(tǒng)通過采集燃煤的基本信息、化驗(yàn)數(shù)據(jù)以及機(jī)組運(yùn)行的實(shí)時參數(shù)將發(fā)電量、廠用電率、燃煤熱值、價(jià)格和燃煤庫存等重要數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算和分析，提出了燃煤摻燒配比方案并對機(jī)組的綜合經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。其主要技術(shù)路線如下：

(1)參考國內(nèi)外配煤摻燒的資料和案例，按照中國華電集團(tuán)公司相關(guān)規(guī)范的要求，在專家的指導(dǎo)下，提出了配煤摻燒分析系統(tǒng)的實(shí)施方案，指導(dǎo)整個系統(tǒng)建設(shè)。

(2)堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)和選取先進(jìn)的技術(shù)路線，采用基于J2EE體系的3層B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)思路，保證技術(shù)架構(gòu)的合理性和技術(shù)的前瞻性，滿足系統(tǒng)功能發(fā)展的要求。

(3)數(shù)據(jù)存儲擬采用Oracle數(shù)據(jù)庫，保證系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)存儲的安全性和可靠性。

(4)基于中間件運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性和高效性，能夠連續(xù)滿足7×24 h的運(yùn)行要求。

1.3 系統(tǒng)構(gòu)建目標(biāo)

(1)系統(tǒng)構(gòu)建的第1個目標(biāo)是達(dá)到最佳摻燒比例。系統(tǒng)可以根據(jù)未來2 h的機(jī)組負(fù)荷、供熱量、制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式(軟件前臺輸入控制項(xiàng)目)，綜合比對各輸入煤種的發(fā)熱量、標(biāo)煤單價(jià)等參數(shù)計(jì)算出此種工況下最佳的配煤方式，可作為生產(chǎn)人員調(diào)整燃煤結(jié)構(gòu)的依據(jù)。同時，生產(chǎn)人員根據(jù)輸煤設(shè)備及制粉系統(tǒng)的出力狀態(tài)，判斷決定配煤方式，以達(dá)到最佳摻燒比例的目的。

(2)系統(tǒng)構(gòu)建的第2個目標(biāo)是規(guī)范煤炭信息管理。對入廠煤炭按熱值、礦別等屬性進(jìn)行分區(qū)、分塊管理。利用燃料管理信息系統(tǒng)，加強(qiáng)燃煤“采制化”管理、庫存和熱值監(jiān)測水平，建立燃煤信息管理數(shù)據(jù)庫，結(jié)合庫存、煤價(jià)、熱值等因素，依據(jù)生產(chǎn)預(yù)判模塊的計(jì)算數(shù)據(jù)，合理指揮輸煤調(diào)度，及時調(diào)整運(yùn)行方式，科學(xué)組織配煤摻燒，準(zhǔn)確掌控?fù)綗壤?，提高配煤摻燒的科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)型。

(3)系統(tǒng)構(gòu)建的第3個目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對運(yùn)行參數(shù)實(shí)時采集反饋和在線分析計(jì)算，提供反映機(jī)組當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行狀況的性能參數(shù)和指標(biāo)。在生產(chǎn)預(yù)判模塊“粗調(diào)”的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)生產(chǎn)人員根據(jù)實(shí)時顯示的經(jīng)濟(jì)配煤方式進(jìn)行“細(xì)調(diào)”，最終達(dá)到機(jī)組最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行之目的。

(4)系統(tǒng)構(gòu)建的第4個目標(biāo)是優(yōu)化機(jī)組動態(tài)管理。優(yōu)化機(jī)組動態(tài)管理包含實(shí)時效益反饋和對標(biāo)管理，其中：實(shí)時效益反饋功能根據(jù)實(shí)時采集的機(jī)組數(shù)據(jù)，每小時進(jìn)行1次摻燒褐煤的效益計(jì)算，實(shí)時體現(xiàn)機(jī)組進(jìn)行褐煤摻燒所帶來的效益，以此調(diào)動發(fā)電生產(chǎn)人員的積極性，追求更高的效益目標(biāo)。對標(biāo)管理功能則是將實(shí)時采集的數(shù)據(jù)指標(biāo)和對標(biāo)管理體系中的各項(xiàng)目標(biāo)值進(jìn)行對比，最后折算出純凝狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)值，以衡量機(jī)組在運(yùn)行中是否是最優(yōu)化運(yùn)行，便于生產(chǎn)人員進(jìn)行調(diào)整。

(5)系統(tǒng)構(gòu)建的第5個目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享。系統(tǒng)對標(biāo)管理模塊實(shí)時采集各類生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)與財(cái)務(wù)、計(jì)劃、生產(chǎn)技術(shù)管理平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，各部門可根據(jù)實(shí)際需要，自動生成、調(diào)用和讀取各類所需數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行再分析、匯總和提煉，從而為成本分析、對標(biāo)管理、節(jié)能評價(jià)、技術(shù)改造立項(xiàng)以及綜合考核提供依據(jù)。

1.4 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)采用了先進(jìn)的J2EE技術(shù)架構(gòu)(如圖1所示)作為軟件搭載支撐，以此簡化了應(yīng)用過程中的開發(fā)、管理和部署環(huán)節(jié)。在邏輯上包括視圖層、控制層和模型層，視圖層負(fù)責(zé)與用戶交互，將用戶的輸入或者查詢請求發(fā)送給控制層；控制層負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)用戶請求和送回請求結(jié)果數(shù)據(jù)，并完成業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行；模型層負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫通訊，完成數(shù)據(jù)的查詢和持久化。為了提高資源有效利用性，只在企業(yè)原有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基礎(chǔ)上增加2臺服務(wù)器，分別安裝Tomcat及Oracle數(shù)據(jù)庫，就能滿足系統(tǒng)的使用要求。

圖1 J2EE技術(shù)架構(gòu)圖

1.5 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

對于系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，主要通過煤源情況數(shù)據(jù)管理、運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)管理、小指標(biāo)數(shù)據(jù)管理、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)管理、摻燒比例及經(jīng)濟(jì)效益查詢分析管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等6個模塊實(shí)現(xiàn)對經(jīng)濟(jì)指標(biāo)管理、摻燒比例和效益管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理三大主體功能設(shè)計(jì)目標(biāo)的管理，其中包括以下6個方面。

(1)煤源情況數(shù)據(jù)管理模塊是對采購煤以及入爐煤涉及的煤礦、種類、煤量、熱值、水分和灰分等信息進(jìn)行維護(hù)，可自動計(jì)算出采購煤金額和入爐煤金額等數(shù)據(jù)。

(2)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)管理模塊是對發(fā)電量、調(diào)電量、機(jī)組運(yùn)行小時數(shù)、供熱煤耗等發(fā)電生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，并自動計(jì)算出綜合供電煤耗、綜合廠用電率等數(shù)據(jù)。

(3)小指標(biāo)數(shù)據(jù)管理模塊是對主汽壓力、主汽溫度、再熱溫度、負(fù)荷率和燃料水分等小指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，并自動計(jì)算出對標(biāo)差值及對生產(chǎn)的影響數(shù)據(jù)(如圖2所示，圖中PIMS為生產(chǎn)實(shí)時信息管理系統(tǒng))。

圖2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖

(4)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)管理模塊是對工況、發(fā)電量和摻燒比例等數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，并自動計(jì)算出經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)省煤款等重要指標(biāo)。

(5)摻燒比例及經(jīng)濟(jì)效益查詢分析管理模塊是經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，把不同工況下的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整合、分析、對比并加以顯示，為生產(chǎn)人員的經(jīng)濟(jì)化分析提供數(shù)據(jù)支持。

(6)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊是對系統(tǒng)內(nèi)部門、人員、角色、權(quán)限和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)信息的管理，對人員狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。

1.6 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)整體采用先進(jìn)的J2EE技術(shù)架構(gòu)，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)(DBMS)，在企業(yè)統(tǒng)一部署應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲。各基層單位采用B/S分布式應(yīng)用，通過信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺，使電廠各生產(chǎn)經(jīng)營部門相互聯(lián)通，構(gòu)成統(tǒng)一整體,以滿足系統(tǒng)功能能夠適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展的要求。通過系統(tǒng)登錄界面、系統(tǒng)應(yīng)用界面和運(yùn)行參數(shù)信息界面3個功能界面予以展示，如圖3～圖5所示。

圖3 系統(tǒng)登錄界面

圖4 系統(tǒng)應(yīng)用界面

圖5 運(yùn)行參數(shù)信息界面

2 系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果與經(jīng)濟(jì)效益

系統(tǒng)自投運(yùn)以來，通過對發(fā)電企業(yè)燃料基本化驗(yàn)數(shù)據(jù)、煤量以及機(jī)組運(yùn)行實(shí)時參數(shù)的輸入，及時指導(dǎo)生產(chǎn)人員優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式，科學(xué)組織配煤摻燒，為建立最佳燃煤配比模型積累了大量的數(shù)據(jù)資源，對促進(jìn)300 MW供熱機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及褐煤摻燒進(jìn)行了積極嘗試和有益實(shí)踐，并在以下5個方面取得了一定成效：

(1)對燃料管理實(shí)現(xiàn)了有效監(jiān)控；

(2)對褐煤摻燒實(shí)現(xiàn)了合理配比；

(3)對生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)了科學(xué)指導(dǎo)；

(4)對技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了對標(biāo)管理；

(5)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了分析共享。

2.1 經(jīng)濟(jì)效益

系統(tǒng)應(yīng)用后，科學(xué)、有效地指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行人員開展褐煤摻燒工作，為保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、創(chuàng)造最佳效益提供了技術(shù)支持，并取得了顯著成效。以2013年上半年為例，某發(fā)電企業(yè)累計(jì)消耗原煤量為103.37萬t(煙煤為36.14萬t，褐煤為67.23萬t)，摻燒褐煤比例為65.04%，共節(jié)約燃料成本費(fèi)用4 598.13萬元，直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益3 820.61萬元。

2.2 安全效益

系統(tǒng)對于指導(dǎo)運(yùn)行人員科學(xué)組織褐煤摻燒、降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)、提升企業(yè)盈利水平具有十分重要的作用。系統(tǒng)自身的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)具有管理功能，能實(shí)時監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的異常變化情況，及時提醒運(yùn)行人員進(jìn)行調(diào)整。在保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，針對褐煤摻燒產(chǎn)生的平衡過程，將機(jī)組負(fù)荷對燃煤發(fā)熱量的要求、煤質(zhì)變化對制粉系統(tǒng)的影響，劣質(zhì)煤種對受熱面工作和壽命的影響等因素進(jìn)行了充分考慮，在兼顧經(jīng)濟(jì)效益的同時，使設(shè)備運(yùn)行安全和有效壽命得到了保證，減少了由于設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定而導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)增加以及企業(yè)在安全生產(chǎn)中產(chǎn)生的附加費(fèi)用，使機(jī)組設(shè)備的安全性能和經(jīng)濟(jì)效益得到了有效提升。

2.3 應(yīng)用效果

系統(tǒng)在研發(fā)過程中，大膽啟用并培養(yǎng)了青年技術(shù)骨干，充分發(fā)揮了青年員工的工作積極性、主動性和創(chuàng)造性，為企業(yè)攻克技術(shù)難關(guān)、改善運(yùn)營水平、促進(jìn)管理創(chuàng)新、提升經(jīng)營業(yè)績做出了貢獻(xiàn)。在系統(tǒng)上線運(yùn)行后，有效推動了技術(shù)革新，優(yōu)化了工藝流程，指導(dǎo)了電力生產(chǎn)，對于提升機(jī)組運(yùn)行水平，科學(xué)組織褐煤摻燒進(jìn)行了有益嘗試，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

3 系統(tǒng)特色與創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)

一方面是基于當(dāng)前生產(chǎn)應(yīng)用的SIS，DCS，PIMS以及小指標(biāo)管理系統(tǒng)的信息平臺，以機(jī)組效率、生產(chǎn)成本為計(jì)算依據(jù)，經(jīng)過嚴(yán)密的理論推演和計(jì)算、對比得出機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，結(jié)合節(jié)能評價(jià)和日經(jīng)濟(jì)利潤管理體系，定量分析技術(shù)指標(biāo)的偏差對機(jī)組能量損耗的影響，進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)、優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)組指標(biāo)最優(yōu)化。另一方面是基于各煤種間摻配、摻燒對機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益的測算評價(jià)，生產(chǎn)人員通過輸入發(fā)電量、供熱量及設(shè)備工況等邊界條件，經(jīng)系統(tǒng)自動調(diào)用現(xiàn)有煤種庫存、價(jià)格、熱值以及機(jī)組運(yùn)行工況等基本信息，以安全生產(chǎn)為基礎(chǔ)，以滿足負(fù)荷出力為前提，以科學(xué)配比、經(jīng)濟(jì)摻燒為原則，科學(xué)計(jì)算量化得出最佳配煤摻燒方式，實(shí)現(xiàn)摻燒效益最大化。

3.2 系統(tǒng)主要特色

(1)系統(tǒng)投運(yùn)后，能夠減輕生產(chǎn)管理人員的工作強(qiáng)度，優(yōu)化機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

(2)充分借助網(wǎng)絡(luò)平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，能將必要數(shù)據(jù)集中處理實(shí)時使用，破解了企業(yè)如何摻燒才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的難題。

(3)完善用戶功能，落實(shí)用戶權(quán)限，實(shí)行分散管理，提高工作效率。按照工作流程和崗位職責(zé)，將生產(chǎn)和經(jīng)營工作有機(jī)結(jié)合起來并建立起科學(xué)的聯(lián)系，使經(jīng)營關(guān)口前移，生產(chǎn)環(huán)節(jié)后延，形成閉環(huán)管理，有效提高經(jīng)濟(jì)效益。

(4)數(shù)據(jù)庫安全穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的容錯性能和異常處理功能。系統(tǒng)功能完善，設(shè)計(jì)科學(xué)，界面友好，操作簡潔方便。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)是黑龍江華電齊齊哈爾熱電有限公司依據(jù)近年來褐煤摻燒生產(chǎn)實(shí)際，經(jīng)過不斷探索和實(shí)踐，獨(dú)立研發(fā)并成功應(yīng)用的一款對機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要指導(dǎo)意義的褐煤摻配及效益分析操作系統(tǒng)。系統(tǒng)獨(dú)特之處不僅在于能夠定量分析出技術(shù)指標(biāo)的偏差對機(jī)組能耗的影響，進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)、優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)組指標(biāo)最優(yōu)化，而且還能夠指導(dǎo)生產(chǎn)人員科學(xué)計(jì)算并量化得出最佳配煤摻燒方式，實(shí)現(xiàn)發(fā)電企業(yè)效益最大化。

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