1研究背景火电机组中，燃料成本的占比最大。受到各种因素的影响，锅炉实际运行时很难按照设计煤种或校核煤种进行燃烧，普遍采用配煤优化掺烧方式。不同煤种按照不同的方式和比例掺烧，会影响锅炉的安全性和燃烧的稳定性、经济性，对磨煤机、燃烧器、送引风机、排渣系统、除尘系统、脱硫脱硝系统等锅炉辅助设备的运行电耗以及采购、运输、煤场堆放、上煤管理、灰渣综合利用等燃料和灰渣管理过程均会造成影响。燃料使用的全过程包括采购、运输、存储、制备、燃烧、评价等阶段，涉及电厂的诸多管理部门和不同专业的技术人员。燃料管理涉及的每个环节均有对应业务流程支撑的软件应用系统，可以分别满足部分环节的管理需要，但缺乏较为完整的燃料管理整体解决方案。随着信息化技术的发展，特别是“云大智物移”技术的推广应用，结合智能化电厂的建设[1]，以经济效益为最终目标，形成成熟、智能、可行的燃料智能（全过程）管理系统解决方案，是火电企业实现精细化、智能化生产管理目标的重要途径和发展方向。2燃料全过程管理研究现状目前，已建成且应用较成熟的燃料管理系统主要包括[2-4]燃料采购管理系统、燃料（船运优化）调度系统、煤场（智能/优化）管理系统、配煤掺烧优化管理（评价）系统、燃料实时成本分析系统。煤场（智能/优化）管理系统一般在企业资源计划系统(Enterprise Resource Planning,ERP)中实现。ERP的功能规划涵盖了燃料管理的全过程，涉及配煤掺烧优化管理（评价）系统的主要内容。典型的燃料全过程管理系统如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.013.F001图1典型的燃料全过程管理系统煤场管理系统虽然涵盖了配煤掺烧优化管理（评价）系统的部分功能，但其核心功能主要为煤场的堆放优化，使用对象为电厂的燃料管理人员。上煤的配煤掺烧优化主要依靠人为经验判断和部分试验数据，很少利用实际运行数据的分析结果进行配煤掺烧优化的综合评价，并以此为依据对配煤掺烧实行优化指导。典型的配煤掺烧优化主要根据锅炉对燃料热值和工业成分（挥发分、硫分）的要求，进行2~3种煤的掺配比例计算，并根据用旧存新原则优先选择1种必烧的煤种。可以根据煤场各煤种的位置、储量、成本、储存时长、工业分析实现煤的掺配管理和优化方案决策。已有的厂级监控信息系统(SIS)和节能发电调度系统可以实现配煤掺烧优化管理的相关指标计算和分析[5-7]。机组的发电/供电煤耗和污染物排放是燃料实时成本分析的关键指标，利用实时历史数据可以得到机组的锅炉效率、厂用电率、实时煤耗曲线等性能指标[8]。机组典型煤耗曲线如图2所示。根据机组煤耗的历史工况数据进行拟合分析，得到有关机组负荷的煤耗曲线，供燃料掺烧成本分析等过程使用。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.013.F002图2机组典型煤耗曲线3燃料智能管理系统的基本要求燃料智能管理系统需要具备完善的数据接口，打通燃料平台和生产平台的数据壁垒。燃料全过程管理涉及电厂燃料和生产两大领域，与燃料相关的系统建设一般由不同的单位实施和管理，各系统间相对独立，存在信息孤岛或信息烟囱，数据之间的共享存在障碍[9]。燃料智能管理系统需要融合数据深度挖掘技术和智能寻优算法。根据发电计划、实时调度及燃料市场情况，系统应实现对配煤掺烧效果的评价，形成不同工况下的配煤评价结果及掺烧方案，指导燃料的采购和运输、堆放和上煤。燃料智能管理系统的实现应兼容不同系统，实现已有系统信息和设备数据的共享。结合燃料智能管理系统的建设，大力进行煤场改造，提高配煤掺烧优化管理相关指标的计算精度。燃料智能管理系统的基本要求如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.013.F003图3燃料智能管理系统的基本要求燃料采购系统被部署在发电集团或区域公司，在电厂部署的系统基于星云构架的工业互联网可以实现不同层级间的数据共享[10]。智能电厂的体系架构（含燃料智能管理系统）可以基于已有的工业互联网云平台实现[11]。4燃料智能管理系统技术指标配煤掺烧的评价指标如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.013.T001表1配煤掺烧的评价指标指标特征指标指标实现设计指标煤质指标收到基低位热值/(kJ/kg)设计/经验值收到基灰分/%设计/经验值收到基硫分/%设计/经验值干燥无灰基挥发分/%设计/经验值设备指标磨煤机出力/(t/h)计算送/引风机出力/(m3/h)设计/经验值除尘出力/(t/h)设计/经验值安全指标制粉系统自燃特性人工评价爆燃特性人工评价燃烧系统燃烧器指标满足设计范围结焦特性人工评价受热面腐蚀人工评价尾部积灰人工评价壁温超温运行数据环保指标脱硫系统SO2脱除量/(kg/h)运行数据或计算脱硝系统NOx脱除量/(kg/h)运行数据或计算灰渣系统飞灰脱除量/(kg/h)计算底渣排放量/(kg/h)计算经济指标锅炉锅炉效率/%计算辅机生产厂用电率/%计算送风系统耗电率/%计算引风系统耗电率/%计算磨煤机耗电率/%计算脱硫剂消耗量/(kg/h)运行数据或计算脱硫耗电率/%计算石膏生成量/(kg/h)运行数据或计算脱硝剂消耗量/(kg/h)运行数据或计算脱硝耗电率/%计算除尘耗电率/%计算指标一般通过试验方式确定。随着信息化技术的发展，部分指标可以通过生产数据进行在线计算。已有的工程应用案例表明，影响煤耗在线计算精度的因素主要在锅炉侧，主要原因为入炉煤热值很难实现在线测量且飞灰可燃物在线测量的准确度不高。火电机组需要进行供热改造以提供工业供气和采暖供热，部分机组增加了电锅炉、蓄热设备等储热系统，需要利用大数据和人工智能方法进行机组的成本分析，建立成本指标，为竞价上网提供准确的决策依据。电厂的煤场改造逐步实现了燃料进、耗、存的智能管理。煤质的采样、分析、堆放可以实现无人值守，利用激光盘煤、烟气温度测量等先进仪器可以实现关键信息采集，为燃料管理的指标体系建设提供基础。5燃料智能管理系统应用及分析目前，燃料智能管理系统可以根据配煤掺烧预测或实际运行的配煤掺烧评价经验，为电厂实际配煤掺烧工作提供决策建议。日常管理决策包括制定配煤掺烧方案、筒仓加仓方案、上煤加仓方案、来煤堆放方案等具体建议。燃料智能管理系统需要制定月度掺烧方案。根据负荷计划曲线自动配置相应的入炉控制参数，调用采购合同计划与煤场存煤信息，形成燃煤汇总信息，根据配置的设备运行参数与燃料参数进行全局寻优，包括选择机组每台的掺配比例、掺烧方案决策建议与掺烧评价。通过修改掺配比功能，燃料智能管理系统可以选择其他全局配煤掺烧方案。形成的配煤掺烧方案可以被提交至厂部审核，在通过后执行。燃料智能管理系统中的配煤预测全面考虑机组运行的安全性、经济性及环保性。可供煤种范围内，在不同掺烧方式（炉前预混、分磨掺烧及组合掺烧）、比例及掺烧边界的条件下，给出最优配煤方案及机组运行建议，指导电厂制定配煤掺烧管理方案。系统主要功能包括：煤质计算评价、制粉系统运行性能预测、炉内燃烧、结渣趋势预测、锅炉主要辅机的出力适应性预测、污染物排放及环保系统适应性预测、电厂运行经济性预测。配煤掺烧预测平台可以对所有参与计算的方案提供简洁易懂的决策输出，利用不同图标分配煤方案的掺烧效果，包括煤质评价、制粉系统、燃烧与结渣、辅机适应性、环保适应性和运行经济性子页面展示。系统具备多个预测指标：（1）能够生成最佳配煤掺烧方案。针对具体的锅炉，能够指定1~3个煤种，从安全性、环保性及经济性方面进行计算与选优，给出最佳的配煤掺烧方案，包括掺烧煤种、掺烧方式、掺烧比例、入炉煤质参数、运行条件（负荷、运行氧量）、发电成本及锅炉运行建议等信息；（2）能够对掺配煤种及其混煤的煤质特性进行评价（着火、燃尽、结渣性能评价）；（3）能够对入炉煤质与锅炉及其主要辅机的安全适应性给出预测，包括低负荷稳燃、炉内各部位结渣、制粉系统安全特性等；（4）能够对机组运行的环保适应性给出预测，包括脱硫、脱硝、除尘系统的出力及排放；（5）能够对燃料成本及机组运行经济性给出预测，具体包括带负荷能力、燃料成本及机组运行成本。基于机组运行数据（SIS系统、可视化系统），电厂配煤掺烧方案的安全性评价能够根据煤流（取料、配煤、加仓、入炉）信息（质、量、价）自动跟踪入炉煤质，自动选取稳定工况进行分析，并对机组运行的安全性、环保性及经济性进行评价，自动给出配煤掺烧方案的评价等级（优、良、不可行），评价结果自动形成掺烧经验库。经验库可以统计优良率，反映掺烧方案的掺烧效果。掺烧方案优良率均被记录在历史数据库中，为掺烧方案制定与燃煤采购提供参考。6结语燃料智能管理系统借助已有的信息化技术，可以集成已有的燃料采购管理、煤场管理、配煤掺烧优化管理和燃料实时成本分析等系统，形成燃料数据与机组实时生产数据统一平台，建立燃料全过程的评价、分析、预测等数字化决策体系，实现燃料全过程的智能管理。