燃料供应系统

2024-08-01

燃料供应系统（精选8篇）

燃料供应系统篇1

0 引言

为充分利用富余的高炉和焦炉煤气资源,减少对周边环境的污染,提高用电自给率,减轻对外部电网的依赖,2007年包头钢铁(集团)公司引进两套采用日本三菱重工株式会社先进技术和设备的M701S型燃气-蒸汽联合循环发电机组,经过一年多的安装、调试、消缺,于2008年11月全部完成两套机组的带负荷调试,正式并网发电。一年多的实际运行表明,机组的安全高效运行在包钢节能减排、发展循环经济方面起到了不可替代的作用。

1 工艺流程

燃气-蒸汽联合循环发电机组由燃料供应系统、燃气轮机、发电机、余热锅炉和蒸汽轮机等部分组成[1]。它是将燃料在燃气轮机燃烧做功后排出的高温烟气通过余热锅炉回收产生蒸汽,送入蒸汽轮机做功发电的循环装置[2]。燃气-蒸汽联合循环常见的循环形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环;也有燃气轮机、蒸汽轮机分别与发电机组合的多轴联合循环[3]。M701S型燃气-蒸汽联合循环发电机组属于单轴联合循环系统。

燃料供应系统是联合循环发电机组的重要组成部分,它将煤气平衡中富余的低热值高炉煤气(BFG)掺入少量的高热值焦炉煤气(COG),经煤气混合器充分混合后送入煤气电除尘进行精除尘,经燃气压缩机压缩后送入联合循环装置发电[4]。

机组运行时,焦炉煤气的供应压力为4～8 kPa,高炉煤气压力约为5 kPa,焦炉煤气经焦炉煤气压缩机加压后,通过流量调节阀送入煤气混合器,然后与高炉煤气进行充分混合。流量调节阀的作用是通过控制进入煤气混合器中的焦炉煤气含量来控制混合后的煤气热值。工艺流程如图 1所示,其中1#COG压缩机与2#COG压缩机互为备用。

以1#COG压缩机工作为例,燃料供应系统工作过程如下:

(1) 焦炉煤气压缩机启动10 s后回流调节阀V107打开,30 s后出口调节阀V104以33%/min的速度打开并持续3 min开到最大,出口调节阀开后60 s 入口调节阀V103开,其开度由综合了联合发电机组各项控制要素的主控制信号CSO控制;

(2) 启动焦炉煤气压缩机之后,焦炉煤气供给压力上升到16 kPa以上时,增热(即焦炉煤气与高炉煤气开始混合提高热值)条件成立,焦炉煤气流量调节阀A开10%,增热开始;

(3) 当混合煤气热值上升到5 250 kJ/m3后燃气轮机开始点火升速,此后通过调节焦炉煤气流量调节阀A和B,让混合煤气热值靠近程序中热值设计值,同时控制焦炉煤气的供应压力(即焦炉煤气压缩机的出口压力)及热值使之稳定,达到额定转速后并网发电。

2 控制及实现

在机组正常运行时,燃料供应控制系统必须保持焦炉煤气的供应压力及混合煤气热值稳定,从而保证燃气轮机的燃烧质量和机组的稳定运行[5]。

焦炉煤气压缩机启动之后,当焦炉煤气供给压力达到12 kPa后,机组的焦炉煤气控制投入压力控制方式;当机组并网且负荷达到70 MW(最大负荷的50%)后,自动关闭压力控制方式,由焦炉煤气入口调节阀控制焦炉煤气的供应压力。

在机组实际运行过程中,焦炉煤气供应压力太高或者太低都会造成机组跳机。当焦炉煤气供应压力大于24 kPa或者小于16.5 kPa时,或者高负荷造成焦炉煤气压缩机电流过高时,需对焦炉煤气压缩机入口阀位的经验函数值进行修改,以保证机组安全运行。

2.1 焦炉煤气入口阀位控制

焦炉煤气入口阀位指令是机组主控制信号输出的函数,是一组经验数值,当焦炉煤气和高炉煤气的热值变化时,此函数的设定值和开度的关系需要调整。

机组的主控制信号输出值是一个计算值,它是由机组运行中燃机转速、发电机输出功率、机组负荷等信号进行复杂运算后得到的,并始终贯穿于机组控制中。

焦炉煤气入口阀位的控制分3个阶段:

(1) 在机组启动升速过程中,即机组转速达到3 000 r/min之前,需依据控制程序中函数G187 AFX003进行调整,其函数关系如图2 (a)所示。

(2) 并网50%负荷前,需依据控制程序中函数G187AFX002进行调整,其函数关系如图2 (b)所示。

(3) 并网50%负荷后,需依据控制程序中函数G187AFX004进行调整,其函数关系如图2 (c)所示。

函数调整根据机组运行经验设定,原理是依据机组转速及并网后负荷变化等情况来切换函数并确定阀位,同时将阀位信号输出到现场调节器。在实际操作中,根据机组运行工况可直接在操作员站在线选择调整函数,待系统稳定后再进行下一次调整。值得注意的是,在高负荷(>50%最大负荷)情况下需同时监视焦炉煤气压缩机电流,若供气压力低而压缩机电流高,则不能进行下一步操作,此时应该减负荷,之后再根据情况进行调整。紧急情况下,可手动调节焦炉煤气入口阀,但切回自动时,需检查焦炉煤气入口阀开度指令,手动指示需与逻辑指令相同时再切成自动。

2.2 焦炉煤气出口压力调节

焦炉煤气压缩机出口压力调节主要有两种方式:

(1) 在机组升速过程中,以及机组并网50%负荷前,机组处于压力调节方式,焦炉煤气出口压力维持在19 kPa左右,靠焦炉煤气回流阀的开度调节。

(2) 并网50%负荷后,焦炉煤气回流阀全关,压力控制方式关闭,机组压力调节只能通过调节焦炉煤气入口阀函数确定入口阀开度来控制压力并保持压力稳定。通过对入口阀开度的调整,使焦炉煤气出口压力维持在22 kPa左右。

综合上述分析可知,焦炉煤气压缩机的焦炉煤气出口压力控制并不是完全的自动方式,只能说是自动方式下的手动方式。

3 燃料供应系统故障分析

M701S型燃气-蒸汽联合循环发电机组运行过程中,多次发生由于焦炉煤气压缩机出口压力低造成机组跳机的事故,经过对系统设备性能及发生事故时工艺状况的深入研究发现,事故是由于系统设计不完善以及调节阀本身存在质量问题两个方面造成的。

3.1 系统设计不完善

通过对系统控制程序的深入分析发现,系统分段控制方式的选择是由于焦炉煤气压缩机电动机输出扭矩较小的缘故。当机组负荷在70 MW以上工况时,停止压力控制方式的投入,是为了减少焦炉煤气压缩机回流阀的流量,目的是减小压缩机电动机电流,因为当回流阀流量增大时,压缩机电动机电流有过流的可能,将造成压缩机跳机,从而引起机组跳机。

在机组运行时,当提供高炉煤气的外网压力波动时,机组会由于高炉煤气压力低而减负荷。当负荷降到70 MW以下时,焦炉煤气压缩机出口压力自动改为由回流阀控制;而机组负荷在70 MW以上时,焦炉煤气压缩机出口压力控制在22 kPa左右;当机组减负荷降到70 MW以下进入压力控制方式时,回流阀进行压力控制的设定值是19 kPa,由于压力设定值的变化,回流阀会开大,当回流阀开到一定值时(35%左右),焦炉煤气迅速从回流管泄压导致焦炉煤气压缩机出口压力迅速降低,焦炉煤气流量突然变小,热值降低,焦炉煤气流量调节阀A,B逐渐开大,如果此时调整不及时或调整不恰当会引起焦炉煤气压缩机出口压力过低而使机组跳机。另外,由于焦炉煤气压缩机出口压力不稳定,回流阀开度波动大,将造成焦炉煤气压缩机电流波动大,如果其驱动电流大于上限值同样会引起机组跳机。

3.2 调节阀存在质量问题

焦炉煤气入口调节阀的阀门定位器性能不良,会导致系统运行中阀位突然失控,造成焦炉煤气压缩机出口压力急剧下降而引起机组跳机。其原因是原阀门为智能调节阀,带有自调节功能,按照程序逻辑图的控制得到的阀门开度与阀门实际开度的反馈值差距很大,即运行中阀门自身给出的反馈值突然加大,由于其自调节功能,导致阀门会根据反馈值而调节自身的开度,造成阀门开度减小,焦炉煤气压缩机出口压力下降而跳机。

另外,原有的燃料供应控制系统是在机组并网50%负荷前使用回流阀进行控制,并网50%负荷后回流阀完全关闭,根据程序提供的经验函数对压缩机入口阀进行控制。当系统减负荷时,由于压力设定值的变化,回流阀需依据程序设定及时改变输出,但是原有回流阀的阀门定位器性能不稳定,阀门动作滞后且波动大,若调整不及时,会使焦炉煤气压缩机出口压力迅速下降,当达到最低限时引起跳机。

4 解决方案及实施

目前,包钢的两台燃气-蒸汽联合循环发电机组的焦炉煤气压缩机已经更换成大容量电动机,其功率由180 kW提升到250 kW,负荷带动能力显著提升。在此基础上,我们对系统的控制程序进行修改,更换了焦炉煤气入口调节阀和回流阀的阀门定位器并对调节参数重新整定,实现了焦炉煤气出口压力全自动调节,保证了系统控制的正确性和及时性。

4.1 更换阀门定位器

根据故障分析可知,更换安全可靠的焦炉煤气入口调节阀及回流阀的阀门定位器是保证系统稳定运行的必要条件。

经多方面的比较及根据现场应用经验,选用了可靠性高、定位准确的西门子Sipart PS2系列智能电气阀门定位器。实际运行表明,更换阀门定位器后,系统控制的实时性、准确性得以明显改善,符合现场工艺要求。

4.2 确定压力设定值并修改程序

焦炉煤气经焦炉煤气压缩机加压后,压力需维持在20 kPa左右,这是因为在混合煤气中,混合煤气的配比是由高炉煤气与焦炉煤气的差压决定,高炉煤气与焦炉煤气的压差维持在一定范围内,也就是维持煤气的热值稳定在一定范围内。高炉煤气与焦炉煤气的差压控制着焦炉煤气流量阀A和B的开度,在高炉煤气与焦炉煤气压力保持稳定的情况下,其差压控制在15 kPa左右时,焦炉煤气与高炉煤气的混合比较均匀,热值稳定;当差压低于10 kPa时,A,B流量阀会持续开大,此时若调整不及时,极容易造成焦炉煤气压缩机出口压力低而引起机组跳机事件。另外,当焦炉煤气压缩机出口压力低于16.5 kPa时,系统会发出报警信息;当压力低于12 kPa时,将会发生机组跳机事件。

这样根据高炉煤气的供应压力情况(5 kPa左右),为保持高炉煤气与焦炉煤气差压稳定及热值稳定,将焦炉煤气出口压力的目标值设定在22 kPa,使其尽可能远离报警点及跳机点。据此,将程序中相关的控制部分的逻辑进行修改,并将以前的分段控制改为完全压力控制,也就是说从启机到并网发电的控制方式均采用回流阀对压力进行全程控制。修改后,实现了压力的完全自动控制。实践证明,控制参数修改后的系统控制过程比较稳定,没有出现异常情况。

4.3 完全压力控制方式的PID调节参数整定

在一定的主控制信号输出状态下,焦炉煤气压缩机入口调节阀的阀位输出与主控制信号输出相关,在运行中按预定函数进行调节;而焦炉煤气压缩机出口压力的保持则由回流阀控制,其控制PID调节及阀位调节如图3所示。

其中GCE592RLT001是程序中的斜坡发生器功能块,使用的目的是使回流阀在焦炉煤气压缩机启动和停止工作时,阀位按照一定的速率变化。在正常运行时,PID调节后直接送出回流阀的开度指令。

控制系统的调节参数由于工况发生变化必须重新整定。PID参数的整定使用经验法,确定比例增益K=3.0,积分时间常数T=20.0 s,运行证明,控制精度得以明显改善。

5 结束语

联合循环机组变工况运行频繁,负荷变化大,燃料供应控制系统的稳定运行保证了机组的燃料质量,使燃机燃烧及燃烧质量符合机组的运行条件,也就保证了机组的动力源泉。两套机组正常发电时厂用电率约为4.59%,可供电262.6 MW,年供电量约18.38×108 kW·h。若出现故障造成机组跳机,则两套机组日损失逾百万元。

经过改进后的系统运行较之前运行更加稳定,较好地匹配了燃气轮机的进气条件,满足了联合循环汽轮机组运行中各种功能的要求,跳机事件发生的频率明显降低,为机组安全高效地运行提供了有力的保障。

参考文献

[1]吴玉进.大型联合循环发电机组安装调试关键技术与应用研究[D].南京:东南大学,2006.

[2]焦树建.燃气-蒸汽联合循环[M].北京:机械工业出版社,2000.

[3]杨顺虎.燃气-蒸汽联合循环发电设备及运行[M].北京:中国电力出版社,2003.

[4]林汝谋,金红光.燃气轮机发电动力装置及应用[M].北京:中国电力出版社,2004.

[5]黄汝广.优化联合循环发电机组起机方式的细化判据[J].燃气轮机技术,2009,22(2):51-55.HUANG Ru-guang.Subdivision rule of starting mode tooptimize combined cycle power generation[J].Gas Tur-bine Technique,2009,22(2):51-55.

燃料供应系统篇2

2013年是不平凡的一年，也是我们辛勤付出后收获喜悦的一年，这一年我们经历了坎坷、挫折，其中的艰辛不为人知，但也正是凭借着我们所经历的这些荆棘，才使我们燃料供应部冲破了重重困难，满怀热情的迎来了充满希望和挑战的2014年。回首过去的一年，内心不禁感慨万千，充满了遗憾，发现了很多不足，但在公司领导及各部门帮助支持下，较好地完成了本部门的工作，超额完成了计划。

一、2013计划完成情况

围绕公司秸秆收集、组织工作情况，不断调整思路，强化市场调节，行程数万公里，几十个市县区，发展客户四百多个，并对给我们造成较大威胁的周边电厂，做到了心中有数，有效地克服了多重变数，化解了各种矛盾，经受住了秸秆收集难、存储难、发动难、组织难、运输难等带来的压力和考验。实现了燃料收购175402吨，超年计划23172吨；综合单价284.27元，降低了15.63元。为公司实现战略目标多发电、多售电提供了有力保证。

由于我们前期扎实的工作，有种不怕苦、不怕困难、一往无前的拼搏精神，我们燃料供应部可以自豪的给大家说，漯河天壕燃料收购市场已基本形成。

二、工作中的不足及努力提高的方向

一年来的工作我们虽然取得了一定的成绩，但也存在一些不足，主要是学习与服务上还不够，在一些调查研究方面存在一定的偏差和经验不足，个别区域客户发展不均衡，在今后工作中我们一定认真总结经验，客服困难，努力把工作做的更好。面对燃料收集组织的难点，主动出击，不怕吃苦，积极适应各种艰苦的环境，在繁重的工作中磨练意志、增长才干，树立燃料供应部的良好形象，锻炼出一支理论和实践水平高、观点新，工作踏实肯干的优秀团队。

三、2014年工作计划

总结2013的燃料采购计划，展望2014的采购形势，作为漯河天壕燃料采购的责任部门，我们深感肩上的责任重大；特别是2014公司要求两台机组常态化的同时生产，对我们新的采购工作更是一种质化和量化的挑战，为此，我们计划从以下几方面开展工作。

1、巩固现有客户，开放壮大新的客户群

生物质电厂成败的关键在于燃料的供给，燃料的供给又取决于燃料加工客户群队伍的建设与稳定，我们现有稳定的客户几十个，想要满足两台机组的生产运行，现有的客户队伍远远不够，因此，我们计划根据2#机组的特点，扩大薪材和杂木的客户，在此基础上，加大对两个纸厂的边角料的采

购量，做到高、低成本燃料的合理搭配，硬质和软质燃料科学配烧。

2、强化服务意识，科学调度，使燃料采购最大化

总结两年来的采购工作，我们的客户多是分步在附近区域的农民富余劳动力。虽然知识层面不高，但大多是质朴的实在人。因此，我们计划继续提高对他们的服务意识，在“天壕利益高于一切”的前提下兼顾客户利益，为他们解决交售燃料过程中出现的问题，真正取信于他们，为公司燃料采购的可持续发展夯实基础，最大限度地采购燃料，满足生产需求。

3、精诚团结、再接再厉，圆满完成公司2014燃料采购计划

本我们深感责任重大，我们服从公司战略部署，全部门精诚团结，力争使燃料采购再上新台阶，圆满完成公司采购计划，确保生产需要。我们坚信有公司领导的正确领导，有公司同仁的密切配合，我们有信心在2014，圆满完成公司下达的采购任务，用智慧掌握市场，用辛勤汗水和诚心取信客户，确保公司计划的顺利完成。

燃料供应部

燃料供应系统篇3

钢铁企业年物资吞吐以百万吨计量, 原燃料占进厂物资80%以上, 其质量的优劣对企业影响巨大, 具体有两点:

(1) 对企业铁前系统的生产工艺装备和经济技术指标影响巨大。原燃料质量对铁前炼焦、烧结、球团、炼铁高效生产至关重要, 劣质原燃料无益高炉精料炼铁技术进步, 虚假质量检测数据更将误导工艺配料结构, 影响生产顺行, 破坏和损害生产工艺装备, 缩短高炉寿命。

(2) 对企业效益影响巨大。采购质次价高的原燃料不但将造成企业资产流失, 对效益积聚更尤如沙池蓄水, 匿于无形。试图用劣质原料生产优质产品的良好愿望, 终将使企业在生产过程中加倍付出人力与物力。

2 钢铁企业原燃料供应质量管理

随着整个冶金行业全面发展, 原燃料供应商在追求涨价带来的巨额商业利益与信守商业伦理的权衡中倍受考量, 部分的供应商的经营行为出现偏差, 主要表现在:

(1) 供方囤积资源, 待价而沽, 待市而动, 单方面毁约行为增多。

(2) 刻意拉拢腐蚀采购供应人员、检验人员弄虚作假, 追求额外非法暴利行为增加。

这些现象已经超越了质量管理这一专业管理涵盖的范围, 单凭专业管理手段难以得到有效治理, 应当结合企业效能监察这一有效手段综合治理。因此, 如何平衡处理好争取资源、实现企业战略利益与加强原燃料质量管理、维护企业现实效益之间的矛盾, 这不光是供应业务部门与质量检验部门要破解的难题, 同时也是纪检监察部门加强原燃料供应过程中供方诚信经营、内部员工廉洁从业应妥善处理的重要问题。

3 质量管理与效能监察的关系

质量管理与效能监察都是以控制为主的企业管理手段:质量管理以质量为控制内容, 是侧重于使用技术手段进行检测质量数据信息分析的专业管理;而效能监察作为企业纪检监察重要工作方式和手段, 以履职监察为核心、以综合性管理监控为内容, 侧重于通过检查企业制度体系的建立与执行来规范企业人员履职行为行为偏差, 通过思想教育引导和履职行为检查来督导企业人员正确、高效履职。两者都强调持续改进, 只不过前者强调质量改进, 后者强调管理改进;两者都偏重于“减少错误”, 前者侧重识别和消除不合格的质量“错误”, 后者侧重发现管理缺陷, 纠正执行制度中的行为偏差;两者都偏重于通过查问题、找原因进而制订预防措施和纠正措施。

因此, 两者兼容互补性很强, 将原燃料供应质量作为工作内容开展企业效能监察, 质量管理所需要的全员参与意识可以通过效能履职监察得到强化, 质量管理制度和措施以及管理操作流程可以通过效能监察加以督促执行, 企业原燃料质量事故与质量弄虚作假案件可以通过效能监察进一步得到查处落实, 进而促进原燃料质量管理工作前伸后延, 向纵深拓展。同时, 效能监察也可以通过应用质量管理体系的基本理念和专业方法, 推动效能监察自身工作内容与方法的创新和发展, 实现效能监察与质量管理相互融合、相互促进形成合力的工作局面。

4 开展原燃料质量效能监察具体应侧重的几个方面

原燃料供应质量效能监察应坚持“教育制度监督并重, 惩治预防并举”方针, 从案件查处与惩治、思想教育与预防、制度建设与规范、制度执行与监督四个方面开展工作, 加强供应过程的廉政建设, 完善原燃料质量管理:

(1) 加大力度查处质量案件, 打击各类弄虚作假供应行为。

原燃料供应是企业系统与市场环境的重要对接口, 开展原燃料效能监察, 发现和查处质量案件关键在于纪检监察部门充分发挥信访举报网络、信息沟通、协调职能的优势, 一方面在进厂原燃料取制样、检测等关键环节对发现的问题建立自下而上的情况沟通机制和通报制度, 充分发挥内部员工的监督力量, 构建得力的立体监督网络, 另一方面积极与司法部门联系, 充分运用公安、检察等执法手段, 形成内部执纪与外部执法相结合的、有效的打击力量, 查处和打击供应过程中内外勾结的各类弄虚作假的违法犯罪行为。

(2) 加强廉洁与廉政教育, 构筑拒腐防变的思想防线。

原燃料质量效能监察应结合思想教育, 从廉洁自律、廉洁从业、廉洁共建着眼, 在企业、家庭、社会诸多层面开展助廉活动和廉政教育, 加强员工和供应商廉洁守法的法纪意识和诚实守信的职业道德。

①企业助廉要在制度督廉的基础上, 以贯彻落实《建立健全教育、制度、监督并重的惩治和预防腐败体系实施纲要》为主线, 综合运用各种廉政宣教形式和手段, 进行典型案例警示教育, 利用内部报刊、杂志、网络等媒体, 开展案例剖析和廉洁从业、爱岗敬业讨论, 倡导和创建廉洁守法、廉洁奉公的廉政氛围, 引导员工树立正确的人生观、价值观和利益观, 构筑廉洁自律、拒腐防变的思想防线。

②家庭助廉充分运用家庭的亲情纽带和廉洁氛围促进员工廉洁奉公。钢铁企业应通过内部报刊、电视台、网络等媒体在企业内部社区开展廉政文化宣教, 将反腐败工作延伸至家庭, 推动家庭助廉活动深入开展。

③社会助廉一方面充分利用一切关心企业建设和发展的社会力量, 营造积极健康的舆论氛围, 构建廉政监督网络;另一方面, 通过合法合情的互动方式向供应商倡导诚实守信、廉洁从业的现代商业伦理意识, 构建廉洁、互利、和谐的供需关系, 净化外部经营环境。

(3) 运用ISO9000质量管理体系的基本原理和理念, 督促健全和完善质量管理制度。

制度是企业员工应遵循的行为准则和规定。通过剖析各类查处的案件发现:不法供应商利用制度的缺失与缺陷这一管理盲点实施违法乱纪。应运用ISO9000质量管理体系的基本原理和理念, 结合企业实际, 检视、修订和完善原燃料质量管理制度, 实现制度体系符合现代企业管理理念和廉政建设的要求。

(4) 加强原燃料质量监督, 强化制度执行。

纪委监察部门应通过积极有效地开展原燃料供应质量专项效能监察, 致力形成有效的监督机制和监督网络, 督促履行质量管理职责, 提高检测工作质量:

①加强原燃料实物质量和检测工作质量的监督抽查。建立和制定进厂原燃料检验监督管理制度, 采取不定时的或有针对性地进行现场综合检查和实物抽查, 加大监督抽查力度, 对发现的问题查找原因、督促整改。

②加强质量管理制度执行的检查。对与原燃料采购供应和质量管理相关的制度执行情况进行全面检查, 发现和纠正执行制度中的问题与错误, 落实企业对采购供应部门的供应质量考核。

③督促采购供应部门和质量检测部门积极开展质量效能监察, 开展质量问卷调查, 对供应质量进行测评、总结和反馈, 形成上下联动、多部门齐抓共管、全员积极参与的进厂物资质量管理局面。

总而言之, 原燃料质量管理是一个开放、动态的过程系统, 随着市场供应形势在不断发展变化, 效能监察必须审时度势, 以质量案件查处、预防国有企业财产流失为切入点, 充分运用教育与制度建设等有效手段, 卓有成效的开展工作, 才能推动质量管理进一步完善和加强。

摘要：随着科学技术和国际贸易的发展需要, 质量管理逐渐成为国有企业核心管理之一;从原燃料供应质量效能监察的工作实践出发作一些思索与探讨。

关键词：质量管理,效能监察,原燃料质量监察

参考文献

[1]刘桂珍.质量控制[M].北京:国防工业出版社, 2004.

燃料供应系统篇4

1.1 神华集团一体化调运模式介绍

神华集团有限责任公司 (简称神华集团) 是于1995年10月经国务院批准设立的国有独资公司, 是中央直管的国有重要骨干企业之一, 是以煤炭为基础, 电力、铁路、港口、航运、煤化工为一体, 产运销一条龙经营的特大型能源企业, 是我国规模最大、现代化程度最高的煤炭企业和世界上最大的煤炭经销商[1]。

电力板块作为神华集团的主营业务之一, 近年一直保持较快增长速度, 并已成为全集团盈利最大的板块。目前集团已投入运营的发电装机总容量超过7 000万k W, 年发电3 500亿k W·h左右, 其中火电装机容量达6 300多万k W, 排名全国第五位。

1.2 神华集团火电板块燃料供应链管控研究的必要性

目前, 神华集团自有火电机组年耗燃煤1.5亿t左右, 其中80%燃料供应是依靠神华集团内部供应链自给自足, 因此, 作为一家一体化运营的综合能源集团, 自有电厂燃料供应的保障, 对于火电板块安全运营来说起到举足轻重的作用。

其火电板块燃料供应链主要组成部分包括:由煤炭生产、外购煤收购组成的供应环节;由铁路、港口、航运、分销单位组成的物流环节和电厂库存环节。这一供应链涉及了矿、电、路、港、航多个板块之间的衔接和协调, 任何一个环节自身或环节间的风险防控不当都会给整个供应链带来风险, 并导致全集团一体化运行的风险, 甚至给社会带来不良影响[1]。分析神华集团火电板块燃料供应各环节的潜在风险, 并给出诊断方法, 提出合理有效的解决方案, 是集团火电板块燃煤供应管理中至关重要的问题。

1.3 供应链管理理念在神华集团火电板块燃料供应中的应用

神华集团作为一体化运营的综合能源集团, 其火电板块燃料供应物流体系是一个拥有很多环节、内容和对象的供应链系统, 这一系统具有复杂性和动态性。供应链流程如图1所示。供应链中无论哪一级企业的经营状况的变化都会影响到一整条供应链的综合利益, 从而增加火电板块燃料供应链的整体风险[2]。

2 神华集团火电板块燃料供应链风险管控方案制定

依据供应链风险管控机制, 制定神华集团火电板块燃料供应链的风险管控具体方案, 各环节的关系如图2所示。

风险管控方案的总体思路:风险管控共分为三级, 第一级是对供应链各环节单位内外部风险的防控, 针对各环节单位自身存在的风险采取相应的防控措施, 针对不可控风险做好预警工作;第二级是通过供应链环节各单位之间相互协调, 解决各单位自身的不可控风险, 以此来保证供应链各环节安全运行机制的正常运行;第三级是当第一级、第二级的风险防控无法保证供应链正常运行时, 由负责神华集团一体化运营调度指挥的生产指挥中心, 根据供应链各环节风险主要要素, 组织各环节单位制定电力板块燃料供应链风险应急预案, 并根据供应链风险预警机制, 及时启动应急响应预案, 组织供应链各环节单位之间根据预案内容协调处理风险, 使供应链尽快恢复正常运行, 降低损失。

2.1 供应链各环节单位风险防控 (第一级风险管控)

供应链各环节单位自身风险的防控分为两方面, 一方面是针对存在于各单位内部和外部可控风险, 要提出自身工作风险防控措施, 并遵照严格执行, 保证各环节运行安全;针对各环节单位不可控的风险, 要建立完善的预警机制并提出相应的解决建议。

2.1.1 供应环节风险防控

供应环节的可控风险主要包括煤炭供应单位及其相关辅助供应商的防控措施[3]。煤矿生产单位要与备件、材料、设备供应商建立长期、可靠的供应机制。煤矿生产要做好设备维护、工作面接续, 保证生产稳定;外购煤收购要严格按照计划执行, 与供煤商签订长期协议, 保证煤炭供应稳定。

对于煤矿生产和外购煤收购环节存在的不可控风险, 如煤质大幅度波动、井下煤层遇构造断层、收购煤供煤商煤源不稳定等, 煤源供应单位需要做好风险预警工作, 提前预见风险的发生, 及时采取相应对策。煤炭生产单位主要应做好煤矿地下煤质及煤层的侦测工作;加强安全生产关键技术研究与开发;建立煤矿安全生产监督管理的技术支持体系等。收购煤单位平时加强与供煤商的沟通联系, 提前掌握阶段供应计划, 并制定其它供煤渠道的替代方案。

2.1.2 运输环节风险防控

运输环节主要包括铁路、航运、装卸港几个部分, 该环节是煤炭供应环节与电厂堆场之间的桥梁环节, 供应链风险管控的关键因素主要发生在该环节[4]。

运输环节的可控风险主要是本环节各单位的设备维护、人员安排以及运输计划的制定执行等, 即各单位要在正常条件下, 按照集团和销售公司的日计划运输、装卸安排, 制定好自己的检修和运输计划, 按进度严格执行各自的阶段运输计划, 确保供应链运输环节的畅通。

对于运输环节存在的不可控风险, 主要都是受到外部因素的影响, 如遭遇台风、大雾、冰冻等恶劣天气、市场经济情况、季节性因素、海上军事演习等, 而外部风险因素的发生一方面要通过各种手段做好预测, 另一方面要实时监控这些风险因素的情况, 并与外部相关单位及时沟通联系, 包括与气象相关部门联系提前预测天气、与地方海事局的关系沟通等, 做好应急准备工作, 防止风险发生后影响到供应链其他环节的正常运行。

2.1.3 库存环节风险防控

库存环节的风险防控是否有效, 直接影响到火电厂的安全生产, 因此对此环节的风险防控要尤为重视, 这是保障电厂安全稳定生产的最直接环节。

库存环节存在的可控风险主要是各电厂要做好堆场的管理工作, 防止库存煤高温自燃, 做好耗煤量和煤质要求的阶段性计划, 确保燃料供应稳定。

库存环节存在的不可控风险主要是煤种较多、集团内部政策的影响等。针对这些风险, 电厂的堆场管理必须根据煤种分类区别对待, 建立新的堆存管理方式, 充分利用电厂堆场的设计库存, 提高库存量和可燃用天数。集团内部政策对库存的影响主要是为了集团一体化整体利益, 对自有电厂供煤的品质可能阶段性不稳定, 电厂应建立实时信息流通机制, 应对集团政策信息及时掌握, 尽可能提前作出应对措施, 防止影响到安全生产。

2.2 供应链各环节单位间的协调防控 (第二级风险管控)

在做好各环节单位内部防控的基础上, 针对不可控风险, 通过各环节单位间的协调机制进行有效防控, 从而达到防控风险的目的, 保障供应链的运行机制的安全运行。这里主要包括以下两方面:第一方面, 运输环节内部各单位之间的协调防控;第二方面, 煤炭供应环节、运输环节和电厂库存环节之间的协调防控。

2.2.1 运输环节内部各单位之间的协调防控

运输环节铁路、装运港、海上运输和卸煤港四个部分之间风险协调防控的具体内容如下:

1) 航运公司与各预到装卸港提前联系, 了解天气等影响靠泊的情况, 做好海运计划调整;

2) 航运公司与各预到装卸港联系, 提前获知港口装卸繁忙状况, 做好港口补给策略;

3) 铁路天窗检修要与卸车港翻车系统检修同步安排, 确保因检修造成的运输影响降至最低;

4) 装卸港的装船和卸船设备检修要与航运公司提前沟通, 提前调整船舶装卸港计划, 保障航运计划正常安全执行;

5) 航运公司新增船舶吨位要与港口公司航道扩深建设相匹配, 避免出现新增船舶无法在自由港口装卸现象。

2.2.2 供应链各环节之间的协调防控

供应链中存在着部分不可控风险, 可通过供应链各环节之间的协调运行机制来规避防控, 各环节单位要严格执行职责任务, 保证机制的正常运行。

1) 煤炭供应环节因长期检修、过断层等因素引起的较长阶段供应不足时, 要向供应链下游单位提前预警, 运输环节和电厂环节可及时调整运输和接卸计划, 提前备煤;

2) 针对耗煤量大且稳定的电厂, 可以联合航运公司、销售集团和装卸港推动准班轮运输模式;

3) 因装船港长期检修或船舶集中维护等因素造成运输环节减量时, 提前通知上下游环节, 利用煤炭储备中转基地, 提前储备燃料, 保证电厂供煤;

4) 电厂堆场维护或机组调停耗煤量下降时, 提前通知上游煤炭供应和运输单位, 合理安排检修, 降低燃料供应量;

5) 煤炭供应环节遇煤质变化时, 要向供应链下游单位提前预警, 销售集团做好电厂供煤替代方案, 电厂环节可提前调整掺烧方案。

2.3 生产指挥中心启动应急预案协调处理 (第三级风险管控)

如果供应链各环节内风险防控和各环节单位间风险防控均无法有效防控供应链风险时, 将导致集团火电板块燃料供应的风险发生, 为保证电厂安全运行, 当电厂库存低于警戒线时, 集团生产指挥中心要及时启动预先制定的应急响应预案, 并按照预案内容协调供应链各环节单位, 以保证集团运营效益最大化为原则, 处理风险因素, 尽快恢复供应链安全运行。由生产指挥中心协调处理的内容主要包括应急预案的及时启动和应急预案的执行两部分。

2.3.1 应急预案的启动

应急预案启动主要是依据以下两个判断因素:

1) 燃料总库存低于警戒线。

2) 各掺烧煤种低于各自警戒线。

2.3.3 应急预案的执行

应急预案按照程序启动后, 生产指挥中心要根据预先制定好的预案措施, 指挥督促各相关单位严格执行, 待风险消除后, 解除应急响应。具体措施如下:

1) 召集供应链各相关单位召开应急会议, 统一部署增加燃料库存工作;

2) 指挥销售集团增加告急电厂排船计划;

3) 两港优先安排为告急电厂运送燃料的船舶优先靠泊装船, 航运公司每日向生产指挥中心汇报船舶航行动态, 卸港提高船舶接卸效率, 并要求运输环节制定联合方案, 开辟紧急绿色通道;

4) 告急电厂每日汇报燃料耗用及燃料库存变化情况;

5) 生产指挥中心跟踪为告急电厂供煤的每趟列车、船舶运行、装卸情况及电厂燃料库存变化情况, 并向相关领导汇报;

6) 待告急电厂燃料总库存恢复至警戒线以上, 且掺烧煤种也分别恢复至各自警戒线以上, 生产指挥中心解除应急响应。

3 供应链风险管控方案执行过程中应注意的问题

3.1 各环节内部风险防控措施需要注意的问题

内部风险防控措施在实施过程中主要需要注意来自内部沟通的阻力和局部利益与整体利益的平衡压力。

内部沟通方面, 主要是各单位内部负责检修的部门与负责调运的部门是否能够密切配合、充分沟通, 如何保证检修的安排不影响供应链的安全运行。

局部利益与整体利益的平衡主要体现在电厂内部库存管理人员和负责煤炭供应安全人员之间的矛盾。作为电厂负责煤炭供应安全的燃料调运人员一般希望电厂库存处于较高水平以确保煤炭供应的安全;而作为负责电厂煤场管理的生产人员一般认为过高的煤炭库存会给煤场管理工作带来过大的压力。如何平衡煤炭供应安全与煤场管理经济性是煤炭供应链管理内部风险防控措施实施过程中的重要问题。

3.2 各环节间风险防控措施需要注意的问题

各环节之间配合协调防控方面, 矿区生产波动对整个供应链影响信息传递的及时性、应对运输环节运力下降的反应速度等方面对整个供应链的影响均至关重要;另外如何及时调整恶劣天气条件下和电厂负荷突变情况下的运力安排也将影响整个供应链的正常运行。

另外需要注意的是, 集团公司一体化运营的整体安排也会对火电板块燃料供应链各环节间的风险协调防控产生影响。集团公司的煤炭生产过剩或者销售疲软时, 需要集团公司的电力板块及时有效的发挥“蓄水池”作用, 消化矿区和装货港过高的库存, 来保证全集团一体化运行的顺畅甚至保护煤炭价格;而煤炭销售疲软一般与电力需求疲软同步发生, 这时候如何处理整体利益与局部利益的关系就显得极为重要。

3.3 集团生产指挥中心风险管控需要注意的问题

集团生产指挥中心在火电板块燃料供应链风险管控方面, 需要注意的问题主要包括以下几个方面:应急响应启动的及时性;各环节相关单位在预案内容与自身利益冲突时执行预案的坚决性;优先保证告急电厂燃料供应的同时不应危害其他电厂燃料供应安全;电厂燃料库存恢复至正常水平后要及时解除应急预案。

4 结语

神华集团作为一体化运营的综合能源企业集团, 其火电板块燃料供应物流体系涉及诸多环节、诸多内容和诸多对象, 这样复杂的供应链系统的风险管控措施, 很大程度上决定着神华集团火电板块能否健康、有序、可持续的发展, 并能够长期在全国火电行业里保持竞争优势。像煤电一体化的综合能源集团这样的企业形态在国内逐渐增多, 燃料供应链风险管控正处于刚刚起步的阶段, 相关的研究工作还有待进一步开展。

摘要：文章依据神华集团矿路港航电一体化运营模式, 以保障电厂燃煤供应的及时性、可靠性为目标, 对神华集团火电板块的燃料供应链管控模式进行探讨, 建立了有效的电厂燃料供应链三级风险管控模式, 从而有效提升神华集团火电板块在电力行业的竞争优势。

关键词：一体化,供应链,风险管控,措施,火电

参考文献

[1]赵永良.煤电一体化综合能源企业海运煤供应链风险管控模式浅议[J].现代企业教育, 2012 (21) :216-217.

[2]刘洋.基于W-SVM的我国电力煤炭供应链风险评价[D].大连:大连海事大学, 2011.

[3]廖颖.基于熵值修正G1法的我国电煤供应链风险研究[D].大连:大连海事大学, 2012.

燃料供应系统篇5

一、供应商综合评价体系的构建

评价, 又称综合评价, 是指将待评价事物据其特性划分出几个评价的方面, 每个方面选取一个或几个评价指标, 再确定出几个待选样本, 将样本的指标值用数学模型进行运算, 从而得出评价结果, 一般包含两方面内容:

一是根据综合得出的评价值对各样本进行优劣排序, 从而对样本进行分析和比较, 择优录取;二是对样本进行分类, 把其中具有相同或相近属性的归为一类, 方便管理者根据不同类别样本的不同特性, 采取相应措施对症下药。

1. 指标的选取。

对于电力企业来说, 供应商的信息主要表现在其所供应电煤的情况, 主要包含“量”“质”“价”三个方面信息:

量———这是电力企业对燃料供应商的首要选择。能否保证持续稳定足量的货源, 是保障电力生产正常进行的基础。如果供应商的供煤量太小, 或来煤量不够稳定, 时多时少, 那么无论其如何质优价廉都无法成为电力企业的重点供应商。

在这一方面, 可以根据企业需要选取计划月供煤量、年供煤量等指标来反映量的大小, 用月供煤量标准差、年供煤量标准差等指标来反映供煤量的稳定性。

质———电煤质量是电力生产的重要保障。一般每个电力企业会根据自身机组的特性对采购的电煤质量进行明确要求。反映煤质主要有以下几个指标:发热量、灰分、水分 (包括全水分和固水) 、挥发分、硫含量等等。其中, 发热量是衡量电煤质量最重要的指标, 也可以通过一段时间内发热量的标准差来反映供应商供煤质量的稳定性。此外, 随着社会的环境保护要求的日益增强, 硫含量也渐渐成为评价煤质的重要指标。

价———燃料成本占电力企业总成本的70%~80%, 因此煤价对电力企业成本有至关重要的影响。一般来说采购电煤价格包含了煤价、税款、运费、杂费几方面, 这些费用可以合成两种指标进行衡量:含税车板价 (即合同价) 和运杂费。

此外, 供应商的信誉度、矿点铁路运力安排的难易程度等也直接影响着电力企业对供应商的选择和管理, 这些信息经过量化后也可以作为指标进行评价。

2. 指标权重的确定。

评价指标确定后, 还需要确定每个指标的权重, 也就是说我们认为每个指标对评价结果的影响程度是不同的, 由此确定它们不同的权重。

具体做法是给相关各燃料管理人员、一线员工发调查问卷, 让他们在已确定的指标下给出自己心目中的权重, 还可以咨询燃料管理方面的专家学者, 然后将各问卷给出的权重平均, 广泛参考各方意见, 从而得出既符合客观规律又结合了企业生产实际的指标权重。

3. 待选样本的选取。

电力企业的各燃料供应商都可作为评价样本。当一个供应商供应多种电煤, 每种电煤在量、质、价三方面都有不同的特性时, 将每种电煤单独作为一个评价样本。

二、用TOPSIS法对供应商进行优劣排序

1. TOPSIS理想点法。

TOPSIS法又叫理想点法, 是一种操作简单, 比较实用的综合排序办法, 是将每一个指标看成一维, 形成一个多维空间, 那么每个供应商 (样本) 就是这个多维空间里的一个点, 然后在空间中确定出两个参考点:最优样本点和最劣样本点, 分别计算各样本点到参考点的距离, 距最优样本点越近越好, 距最劣样本点越远越好。

具体做法如下:

假设某供应商的P个指标值经过加权为:Yj=y1, y2……yp, 设定最优样本点为Yj+=y1+, y2+……yp+, 最劣样本点为Yj-=y1-, y2-……yp-。

C越大, 表明该供应商距最优样本的相对距离越近, 各供应商按各自C值由大到小排列, 就得出了各供应商的优劣排序。

2. 举例。

假设某电力企业有10个燃料供煤单位, 选取计划月来煤量、平均热值、热值标准差、硫值、合同价为评价指标, 基础数据如下表:

各指标中, 热值标准差、硫值、合同价为逆指标, 即越小越好, 需要对数据进行取倒数的方法进行正向化。同时, 各指标单位不同, 需要用比重法进行无量纲化, 公式如下:

其中, xi为某指标的第i个样本的原始数据, yi为无量纲化后的指标值。

经问卷调查, 确定各指标权重为:0.22, 0.30, 0.10, 0.15, 0.23。对上述处理过的数据进行加权计算得出评价值, 如下表:

用所有参评样本中各指标的最大评价值构成最优样本点, 记作y+= (0.1712, 0.0786, 0.0412, 0.0430, 0.0788) , 以各指标最小值构成最劣样本点, 记作y-= (0.0077, 0.0557, 0.0123, 0.0095, 0.0466) 。根据公式:

计算出各样本距最优样本点的相对接近度 (C) , 最终得出排序结果如下:

根据排序结果, 该电力企业在条件允许的情况下, 应尽可能增加排序靠前的1号、2号、9号供应商的进货量, 减少排序靠后的6号、7号、10号供应商的进货量, 以更好地提高企业经营效益。

三、供应商的聚类分析

1. 聚类分析的意义。

所谓聚类分析, 顾名思义就是把样本按其相同或相近的属性归为一类, 从而根据各类别的不同特性选择不同的管理模式。对于电力企业来说, 燃料供应商众多且都有各自的特点, 如果能够将性质较为接近的供应商归为一类, 根据其特点进行分类管理, 将会使燃料管理工作达到事半功倍的效果。

在实际工作中, 燃料管理人员也会根据自身工作经验对供应商进行粗略的划分, 例如分为重点合同、市场自购等等, 然而这些分类方式都缺乏科学的依据, 往往存在标准不统一、划分不细致、无法体现特点等问题, 从而无法对燃料管理工作起到指导性作用, 因此, 科学聚类方法的引入就显得尤为重要。

2. 举例。

与排序相同, 聚类分析首先也要确定评价指标和基础数据, 之后我们可以运用SPSS软件完成数据的计算。SPSS软件是一种广泛运用的经济分析软件, 只需将数据输入程序, 选择合理的聚类方法, 然后系统会自动计算出聚类结果, 方便实用。

仍沿用表1的数据进行聚类分析, 将无量纲化后的数据输入SPSS程序 (无需加权) , 选择“统计分析”中的“系统聚类分析”, 在聚类方法中选择“组间距法”, 间距测量中选择“欧式距离”, 得出聚类结果如下:

由上表可以看出当距离系数达到132.795时, 供应商3、8、10合为一类;系数水平达到134.435时, 供应商6和供应商7合为一类;系数水平达到135.877时, 供应商4和供应商5合为一类;系数水平达到195.233时, 供应商2和供应商9合为一类;而1号供应商一直到系数达到629.570时才与其他供应商合为一类。具体聚类过程可参照图1:

图1很好地反映出了样本的聚类过程, 样本大致分为5类: (1) 8、10、3; (2) 6、7; (3) 2、9; (4) 4、5; (5) 1。首先, 1号供应商来煤量远大于其他供应商, 一枝独秀, 热值较高, 价格理想, 硫值是所有供应商中最低的, 应该作为重点合同供应商, 派专人驻矿加大催交催运的工作力度, 保持来煤的稳定性。

其次, 2号、9号供应商这一类无论在质量上还是来煤量上都紧随其后, 也应作为工作的重点, 进一步加大采购量。但美中不足的是硫值稍高, 要注意对硫值的监控。

再次, 4号、5号供应商, 这类供应商热值低、硫值高、稳定性较差, 但价钱便宜, 为降低成本的需要可进行一定量的掺烧。

然后, 6号、7号供应商, 这类供应商最大的特点是热值稳定性差, 很可能是站煤, 对于这类煤, 要特别注意质量的监控, 建议采样时实行分层采样, 坚持每车必采, 并对煤质各项指标数据的变化情况进行记录, 以便随时把握煤质的变化趋势。

最后是3号、8号、10号供应商, 这类供应商热值较高, 稳定性非常好, 但价钱略高、硫值过大, 应加大对硫值的索赔力度, 在硫值过大时企业可以拒绝其进厂, 以督促矿方注意来煤质量。

四、结语

快速变化的市场环境给电力企业的燃料管理工作带来了机遇, 同时也带来了挑战, 为了做到管理的科学、高效, 管理者必须在管理理念和管理方式上进行积极的探索, 不断推陈出新。科学的分析方法能使纷乱复杂的数据以较为清晰、直观的方式呈现在管理者面前, 从而为科学的管理和决策提供依据。

参考文献

[1]苏金明, 等.统计软件SPSS for Windows实用指南[M].北京:电子工业出版社, 2000

[2]张晓峒.计量经济学软件Eviews使用指南[M].第二版.天津:南开大学出版社, 2004

[3]李庆华.计量经济学[M].北京:中国经济出版社, 2005

汽车燃料系统故障2例篇6

故障现象:一辆柯斯达中巴汽车, 据驾驶员反映, 该车怠速时发动机运转一切正常, 平稳、无噪音, 但无法加速, 一踩下加速踏板发动机便熄火。

故障诊断与排除:故障车进厂后, 维修人员首先对空气滤清器、燃油箱及管路进行了认真清洁, 并更换了汽油滤清器, 但起动试车发现故障依然存在。于是又对喷油器进行了检查和清洗, 喷油器正常。

接下来检查汽油泵的工作情况, 打开点火开关后, 几乎听不到电子汽油泵运转的声音, 因此必须对汽油压力进行检查。将汽油压力表串联在供油管和燃油分配器之间, 起动发动机, 观察油压表上的压力数据, 结果发现压力在正常值 (265～304kPa) 以下, 说明电子汽油泵有故障。更换汽油泵, 故障排除。

总结:电喷发动机经常会出现一些怠速不稳、加速不良或无法加速的故障现象, 一般是燃油系统出了问题。当遇到此类问题时, 应首先从汽油压力入手检查, 然后逐步深入诊断分析, 根据故障现象检查各系统的工作情况, 使故障排除准确、有序地进行。

例2

故障现象:一辆韩国大宇王子轿车, 发动机怠速平稳, 空载加速提速正常, 但行驶中加速至80km/h时车速会突然下降, 有时还伴有抖动现象, 当车速下降至60km/h时可正常行驶。

故障诊断与排除:进厂后首先认证故障现象, 起动发动机, 怠速运转平稳, 空载加速提速很好, 发动机转速上升至4000r/min左右时也正常。上路试车, 加速至80km/h时故障出现。

维修人员首先检查了点火系统, 点火系统正常。接着对燃油系统的喷油器、油箱、油路进行了清洗, 并更换了汽油滤清器, 但经试车故障依然存在。

据故障现象判断, 应该是供油不足, 于是检查汽油泵压力。将汽油压力表装到供油管上, 起动发动机, 使之怠速运转, 测得汽油压力在238～281kPa之间。使发动机熄火, 再测量汽油压力, 只有136kPa。拆下汽油泵检查, 发现汽油泵磨损, 导致供油不足。更换电子汽油泵后, 故障排除。

甲醇灵活混合燃料系统研究篇7

甲醇是低碳醇类物质, 与汽油的理化性质相近 (表1) , 但在燃烧特性方面有所不同, 不论掺烧 (定混合比) 、单一甲醇使用或用不同混合比例的灵活燃料都存在与发动机运行工况的最佳匹配问题。不同混合比例灵活燃料具有不同的理化特性和燃烧特性, 当这些不同的燃料应用于同一台发动机时, 其对发动机的要求是不一样的。

灵活混合燃料发动机的开发, 可以有效化解发动机使用低比例甲醇汽油过程中的高温气阻等风险, 同时解决高比例甲醇汽油的低温冷起动和非常规排放物控制等问题。而且, 采用灵活混合燃料系统, 汽油油路和甲醇油路是完全独立的, 可以根据各自的燃料特性进行专门的燃油输送系统的开发, 避免了燃油系统使用多种比例的甲醇汽油所需要面对的材料等方面的复杂局面。

本文中主要介绍灵活混合燃料系统的开发及其应用测试结果。

1 灵活混合燃料系统的提出

甲醇直接作为车用燃料应用有掺烧和纯甲醇应用两种主要形式。其中, 掺烧又分为低比例掺烧、高比例掺烧和灵活燃料三种方式。

1.1 低比例甲醇汽油应用分析

低比例甲醇汽油通常以M15 (燃料中甲醇的体积含量为15%, 汽油的体积含量为85%) 为代表。研究[1,2]表明:M15甲醇汽油对发动机动力性和经济性影响不明显, 常规排放在一定程度上略有改善。同时, 对发动机的可靠性也没有明显影响。但是, 低比例甲醇汽油应用存在以下问题: (1) 低比例甲醇汽油的饱和蒸气压比普通汽油高15~20kPa, 在特定的高温环境下可能产生气阻, 影响发动机的起动和运行。 (2) 甲醇汽化潜热高, 是汽油汽化潜热的三倍多, 低温挥发性差。在低温情况下甲醇雾化效果不好, 发动机低温起动和冷起动过程中容易发生少量甲醇雾化不良而导致燃烧不完全, 造成未燃甲醇、甲醛的生成量比较大;同时, 三元催化转化系统也处于非激活状态, 燃烧产生的未燃非常规排放物将未经转化直接排放到大气中。 (3) 甲醇汽油对燃油系统和整车上常用的丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、氢化丁腈、氟橡胶及硅氟橡胶具有一定的溶胀性[3]。目前, 燃油管路中的橡胶管路大部分是多层设计, 虽然可以削弱甲醇汽油的影响, 但是长期使用仍然会导致橡胶材料机械性能下降, 同时造成蒸发排放增加。 (4) 试验发现即使是相同的M15甲醇汽油, 由于其中的助溶剂和其他添加剂选择不同, 对橡胶材料的体积变化率和质量变化率的影响也明显不同, 这为甲醇汽油的使用增加了难度。 (5) 为解决甲醇与汽油助溶问题, 需要添加一定比例的助溶组分。通常的助溶剂多为碳链相对较长的有机物, 其燃烧特性随着碳原子数的增加偏离汽油的程度就越大, 燃烧特性越不好。如果未能添加合理的燃油清净剂, 长期使用就会导致燃烧室沉积物逐渐增多, 对发动机的动力性和可靠性造成严重的影响。

1.2 高比例甲醇汽油应用分析

高比例甲醇汽油通常以M85 (燃料中甲醇的体积含量为85%, 汽油的体积含量为15%) 为代表。研究[4]表明:高比例甲醇汽油 (M85) 燃烧温度低, 散热损失小, 且燃料汽化潜热高使得进气温度低, 充气效率高, 使得发动机动力性提升比较明显。然而, 由于混合燃料热值低, 其燃油消耗高。甲醇属于含一个碳原子的分子, 且燃料中含氧50%, 其燃烧相对完全, 对常规排放降幅较大。在三元催化转化器起燃的情况下, 非常规排放与使用汽油处于同等水平。M85对发动机的性能影响非常明显, 主要存在以下问题: (1) 甲醇汽化潜热高, 低温挥发性差, 在低温情况下雾化效果不好。试验表明:在-5℃以下, 使用M85将很难进行冷起动。当发动机处于低温起动和冷起动过程中甲醇雾化不良而导致燃烧不完全, 造成未燃甲醇、甲醛的生成和排放量较大。同时, 三元催化转化系统也处于非激活状态, 燃烧产生的非常规排放物将未经催化转化直接排放到大气中。 (2) M85对燃油系统和整车上常用的丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、氢化丁腈、氟橡胶及硅氟橡胶具有明显的溶胀性, 需要设计专门的燃油管路。 (3) M85对汽油发动机上使用的燃油泵、液位传感器、燃油滤清器、喷油器、调压阀等部件均有影响, 需要专门开发。 (4) M85甲醇燃料低温雾化、挥发性差, 少量甲醇会沿气缸壁流入油底壳, 造成机油乳化和油膜建立能力变差, 因此高比例甲醇汽油燃料发动机需要专用的润滑油。 (5) M15存在的助溶剂的各种问题, M85同样存在。

1.3 传统甲醇灵活燃料应用分析

灵活燃料是20世纪80年代初期开发的技术。灵活燃料发动机需要满足低比例和高比例甲醇汽油应用的要求, 需要无论在金属材料还是在非金属材料的选择上都要兼顾不同的需求, 整体上比较复杂。而且, 该系统仍然无法解决高比例甲醇燃料的低温冷起动和非常规排放等问题。图1为灵活燃料系统的示意图。

传统灵活燃料系统的主要特点如下: (1) 可实时判别燃油中甲醇含量并调整控制参数; (2) 实现对M85以下任意比例的适应性; (3) 对燃料加注基础设施的依赖度低, 方便用户使用; (4) 使用高比例甲醇燃料时低温起动困难; (5) 排放控制难度高; (6) 需要适应不同组分的燃料, 燃油系统成本高。

综合以上分析可知, 传统的灵活燃料系统的优点和缺点同样突出, 在现行排放法规条件下, 要达到比较好的排放指标存在根本上的矛盾。

1.4 灵活混合燃料概念的提出

在综合分析M15、M85和灵活燃料发动机技术的基础上, 提出了灵活混合的概念。灵活混合是指在燃油系统中设立两套完全独立的供油系统, 其中一路为纯甲醇燃料系统专用, 以方便解决甲醇对一般燃油系统中的金属材料腐蚀和非金属材料溶胀等问题;两种燃料只在进气道或缸内才经过燃油喷嘴喷射出来后在空气中进行混合。这种独立双油路设置还可以实现两种燃料的任意比例混合, 必要时可自由切换单用甲醇或汽油。图2为灵活混合燃料系统的示意图。

灵活混合燃料系统的特点如下: (1) 低温起动和暖机状态使用汽油为燃料, 解决低温起动问题的同时, 在三元催化器起燃前不喷射甲醇燃料, 不产生未燃醇, 并控制甲醛的排放。 (2) 可以根据优化的MAP实时燃油比例调整, 在兼顾甲醇替代比例的情况下实现发动机在各种工况下的排放、效率的综合优化。 (3) 甲醇燃料是单一组分, 在解决材料的情况下不需要添加影响燃烧的添加剂, 可以减少对发动机清静性的破坏。 (4) 燃油系统在检测到其中一种燃料处于低液位状态时可以自动切换到另一种燃料的独立使用状态而无需停车切换。 (5) 发动机使用两套完全独立的供油系统, 每套燃油系统只需要适应单一燃料的特性, 降低了对燃油系统材料的开发难度, 有利于成本控制。 (6) 两套燃油系统的布置, 方便用户的燃油加注。

2 灵活混合燃料发动机设计

灵活混合燃料发动机在结构设计上与传统的汽油机基本相同, 只是增加了一路燃油管路的布置。但是考虑到发动机可以以纯甲醇作为燃料, 在材料选择上要满足甲醇燃料的要求。在控制上, 通过发动机管理系统控制汽油喷嘴和甲醇喷嘴的动作, 实现进气道口的两种燃料同时供给或单一供给, 同时优化点火控制, 以实现工况的优化。

试验用机为1.5VCT发动机, 原机使用纯汽油。针对不同混合比例甲醇灵活燃料时, 需对发动机进行改进, 考虑到发动机仍然使用汽油燃料, 因此主要从改变供油系统、燃油喷射装置和发动机管理系统入手。本文中对喷油器重新选型和标定, 选择相匹配的控制器, 制定相应的控制策略, 使发动机在使用不同混合比例燃料时能正常工作。表2为1.5VCT汽油机原机及其附件主要参数。

2.1 燃油喷射系统设计

2.1.1 燃油箱及管路设计

甲醇灵活混合燃料系统需要独立的双油路设计, 即需要两路加油管路和两路输出管路, 如图3所示。

为方便在整车上布置安装, 同时提高甲醇的使用率, 在整车原有油箱的基础上进行了优化设计。将原有的50L油箱在内部分隔为35L (甲醇) 和15L (汽油) 两个完全独立油箱, 且每个油箱各带一个加油口。为方便布置和用户识别, 将两个油箱的加油口分别排列在车身的两侧。

2.1.2 燃油泵选择

使用汽油的油路仍然使用原有的汽油燃油泵。甲醇由于存在腐蚀和弱导电性, 采用有刷结构的燃油泵由于电腐蚀导致电刷失效而无法满足使用要求。比较有效的解决方案是采用无刷电机的方案:无刷燃油泵没有电刷, 结构采用全密封结构, 所有的内置电路、线圈绕组与甲醇都是隔绝的不会连电、不会产生腐蚀, 不会产生电解、电化、置换反应。无刷燃油泵没有电刷和换向器, 不会产生机械磨损, 所以无刷燃油泵使用寿命也相对应的提升。无刷泵通过电动机集成电路交直流变换驱动转子, 再由转子带动叶轮旋转, 通过叶轮旋转一周后使进油口和出油口产生较强的压力差以确保燃油能顺利泵油。图4为无刷甲醇燃油泵的机构示意图。

2.1.3 燃油导轨设计

在发动机进气歧管上布置两排喷油器, 且喷油器喷射孔的位置要保证油束可以喷射到进气道合理的位置。考虑到灵活混合燃料发动机冷起动使用汽油, 而甲醇燃料是热机之后再进行喷射使用, 为了保证汽油有良好的雾化条件, 汽油喷油器布置在更靠近进气道口的前排, 甲醇喷油器布置在后排。图5为灵活混合燃料系统双燃油导轨布置方案图。

2.1.4 喷油器选型

决定发动机转矩大小的是气缸内混合气的热值, 所以在使用灵活燃料时相对汽油的各个工况点需要基本同等热值的混合气体。由于同等质量甲醇的热值不到汽油热值的45.7%, 与汽油喷油器相比, 同等喷油有效脉宽下甲醇喷油器的体积流量必须比原发动机的匹配的汽油喷嘴流量增加一倍左右, 才能保证发动机在燃用甲醇时喷入气缸内的可燃气热值保持与纯汽油相当。

2.2 进、排气系统设计

由于原机的进气歧管设计比较紧凑, 在原机进气歧管上布置两排喷油器缺少空间, 为方便实现安装, 对进气歧管进行了改进设计。在进气歧管与发动机气缸盖结合部位增加一块过渡板。过渡板的结构尺寸与发动机原进气管的末端保持一致。进气歧管的改进方案如图6所示。

甲醇燃料对金属材料有一定的腐蚀性, 尤其对有色金属腐蚀比较明显, 因此在进行灵活混合燃料发动机的开发过程中, 要使发动机完全适应甲醇燃料的使用要求, 在材料的选择上要非常谨慎。高比例甲醇汽油的发动机试验过程中, 对进气门影响较小, 而排气门易发生损坏, 其主要原因是材料本身不适应使用甲醇的高温环境, 因此在进行甲醇汽油灵活混合燃料发动机的开发过程中要对排气门的材料进行重新选择。排气门和气门座圈的粉末冶金材料在保证具有良好切削加工性的情况下要减少铜的使用, 以改善耐腐蚀性。

3 灵活混合燃料发动机分析

3.1 灵活混合燃料特性场的提出

针对所设计的灵活燃料发动机, 为了充分发挥不同配比燃料的优势, 在原有发动机工作MAP的基础上, 增加了燃料比例的维度, 称之为灵活特性场[5]。灵活混合燃料发动机的试验, 其中的主要内容是根据发动机的工况进行“灵活特性场”的构建。对于发动机, 选择喷射何种比例的燃料取决于发动机的转速和负荷。而当发动机安装到车辆上时, 则需要取决于车辆的行驶状态, 即发动机转速与车速和档位建立了联系, 发动机负荷与车辆的滚动阻力、风阻及加速阻力等因素有关。由此可知, 需要建立车辆动力总成各参数及行驶时各参数与发动机转速和转矩的关系, 通过车辆的行驶状态来控制如何选择灵活燃料种类, 建立甲醇灵活燃料汽车的灵活特性场。

通常以稳态工况为依据来选择混合燃料, 但实际上车辆大部分处于变工况运行中, 所需负荷也是变化的。由于非稳态工况的需求, 需要进行车辆多种行驶条件下的动态分析, 根据相应的发动机运行特点构建灵活特性场, 选择灵活燃料。理论上对应于不同的发动机运行工况区, 可以选择最佳的混合燃料 (不同比例的灵活燃料) , 但这样涉及到不同燃料的频繁切换, 发动机在动态工况下运行, 未必能实现实际上的最佳性能, 所以需要对灵活燃料特性场进行重新分区。

由于车辆实际行驶工况变化多端, 作为设计依据和评判标准, 国际上通常采用特定的循环工况, 如欧洲NEDC循环 (new European driving cycle) 。考虑到我国的汽车排放法规体系, 在构建灵活特性场时, 以NEDC循环为依据。

图7为工况点分布及灵活特性场划分策略。通过对NEDC循环的分析, 以对应转速和转矩点为圆心, 圆圈半径的大小表示该区域的范围, 数字表示此范围内发动机工况点的百分比 (占NEDC循环的时间百分比) 。由图7可见, 工况点主要分布在低转速和中低转矩区域, 其中30%工况点位于1400r/min和20N·m以下的区域, 清晰地体现了NEDC循环中城市道路工况的特点;在中高转矩范围内工况点分布较少, 30N·m以上的范围内约占30%;其余约30%工况点集中在低转矩中高转速范围内。

根据NEDC循环工况对应的发动机工况点的分布特征, 将发动机特性场分为三个区域 (图7) , 三个区域各包含了车辆运行NEDC循环时发动机工况点时间比率的三分之一:区域Ⅰ, 使用M100甲醇燃料, 转矩大于25N·m的发动机特性场范围;区域Ⅱ, 使用M15甲醇燃料, 转矩小于25N·m, 转速小于1700r/min的发动机特性场范围;区域Ⅲ, 使用M85甲醇燃料, 转矩小于25N·m, 转速大于1700r/min的发动机特性场范围。

3.2 灵活混合燃料整车性能仿真分析

基于某款自主品牌汽车建立整车模型, 其中整车参数见表3。表4为变速器的速比参数。

对于灵活燃料汽车, 不同比例燃料对整车性能的影响都不相同, 随着甲醇含量的增大, 发动机的动力性增强, 热效率提高。所以, 不同比例灵活燃料的整车性能应该介于M0和M100 (燃料为纯甲醇) 之间。本文中以M100燃料为例测算整车性能。

燃料为M100时, 整车最高车速由纯汽油181km/h提升至196km/h。随着甲醇比例的增大, 整车的动力性增强, 此时在考虑如何使灵活燃料汽车发挥更高性能的同时还需考虑到灵活燃料发动机与传动系是否能良好匹配, 并提高整车的驱动效率。图8为整车功率平衡情况。在原机传动系参数不改变的情况下, 可以看出阻力曲线穿过并接近最大功率点的位置。如果增大5档的转动比, 可以使最高车速提高。然而, 考虑到整车的操纵稳定性, 不建议使最高车速过大, 原因是甲醇燃料的加入已经使整车的动力性增强, 其加速性和爬坡度也符合要求;反之, 减小传动比可以提高发动机的负荷率, 增强整车经济性。

3.3 灵活混合燃料整车测试结果

完成原型样机开发的灵活混合燃料发动机, 搭载在1.5VCT自主品牌汽车上进行排放试验, 试验按照GB 18352.3—2005《轻型车污染物排放限值及测量方法 (国Ⅲ、国Ⅳ阶段) 》和HJ/T 400—2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》对整车的常规排放和非常规排放进行检测。表5为使用93#车用汽油和使用灵活混合燃料两种工作模式下整车排放测试数据。通过对测试数据进行分析, 发现使用灵活混合燃料的方式可以有效地改善发动机的工作状态, THC和CO排放降幅为15%以上, NOx排放降幅接近60%, 甲醛排放仅有工信部规定的点燃式发动机甲醇燃料车辆排放限值的17% (美国SULEV排放标准中HCHO (甲醛) 排放限值为2.5mg/km, 我国工信部颁布的甲醇燃料汽车的甲醛排放限值为10mg/km) 。

常规排放得到改善的主要原因是甲醇属于单碳分子, 且自含氧50%, 燃烧速度快, 着火界限宽, 容易燃烧完全;甲醛排放得到有效控制的原因在于使用灵活混合燃料模式时, 甲醇燃料只有在发动机冷却水温度达到有利于甲醇挥发和雾化的情况下才喷射并参与燃烧。当发动机处于低负荷工况时, 燃烧室内温度相对较低, 有利于甲醛的生成;在中高负荷时, 燃烧室内的燃烧温度较高, 不利于甲醛的生成。灵活混合燃料应用了这方面的规律, 有效规避了甲醛生成的工况, 其效果非常明显。

4 结论

(1) 灵活混合燃料使用汽油作为冷起动燃料, 解决了其低温起动困难的问题, 同时通过燃料的灵活配比降低了发动机在起动、暖机和低负荷阶段的未燃甲醇和甲醛的排放, 当发动机处于中、高负荷阶段, 通过增加甲醇燃料的比例可以获得较高的燃烧热效率, 从而获得更佳的动力性和综合排放效果。

(2) 灵活混合燃料方案可以有效改善发动机的燃烧状态, 其中THC和CO排放可以降低15%以上, NOx排放降幅接近60%, 甲醛排放仅为工信部规定限值的17%。

摘要：提出新型灵活混合燃料系统, 采用甲醇和汽油双油路独立设计, 结合城市循环工况 (NEDC) 的仿真分析, 建立了甲醇和汽油的灵活燃料特性场, 实现两种燃料根据工况的灵活配比。新方案在解决甲醇燃料的腐蚀、溶胀等技术问题的同时, 还可以解决甲醇燃料冷起动困难、非常规排放高等问题, 实现发动机的工况优化。研究结果表明:新方案可以降低HC、CO和NOx等常规排放物排放量, 非常规排放物甲醛的排放仅为工信部排放限值的17%。

关键词：内燃机,发动机,甲醇,混合,灵活燃料

参考文献

[1]齐洪元, 杨友文, 潘升淼, 等.M15甲醇汽油应用研究[C].武汉:中国内燃机学会2005年学术年会暨APC2005年学术年会论文集, 2005.

[2]刘圣华, 李晖, 吕胜春, 等.甲醇-汽油混合燃料对汽油机性能和排放的影响[J], 西安交通大学学报, 2006, 40 (1) :1-4.Liu S H, Li H, LüS C, et al.Effects of methanol-gasoline blend on gasoline engine performance and emissions[J].Journal of Xi’an Jiaotong University, 2006, 40 (1) :1-4.

[3]张基明, 庞秀艳.橡胶在甲醇汽油混合燃料中溶胀程度的研究[J], 橡胶工业, 1992, 39 (9) :542-546.Zhang J M, Pang X Y.Investigation on swelling degree of rubber in maxed fuel of methanol and gasoline[J].Rubber Industry, 1992, 39 (9) :542-546.

[4]Stuhldreher M.Research in high-efficiency alcohol-fueled engines at EPA[C]//SAE 2002-01-2743, 2002.

燃料供应系统篇8

所谓烧结就是在粉状铁物料中配入适当数量的熔剂和燃料, 在烧结机上点火燃烧, 借助燃料燃烧的高温作用产生一定数量的液相, 把其他未熔化的烧结料颗粒粘结起来, 冷却后将铁矿粉烧结成多孔质块矿, 作为炼铁原料[1]。

专家系统 (Expert System) 是人工智能领域中的一个重要分支。所谓专家系统, 实际上是以知识库为核心进行问题求解的计算机程序, 即基于知识的智能系统。烧结过程控制专家系统, 根据烧结过程控制的特点, 采用数学模型和知识模型相结合的控制方法, 以知识模型为主的控制策略[2]。

2 控制模型建立

烧结生产工艺流程分为原料准备及运输系统、配料系统、烧结机系统和成品贮运系统。控制系统[2]的主要功能是连锁控制烧结生产各系统的工艺设备, 管理控制配料槽、返矿槽、混合料槽、铺底料槽及环冷机矿槽料位。自动配料控制, 在原料准备及运输系统中对各种含铁料在精矿库通过圆盘给料机做一次配料, 混合后由配料系统控制混匀铁料、白云石、石灰石、生石灰、焦粉、煤粉、冷返矿、热返矿和灰尘等物料的下料量。控制对混合料的自动加水, 通过在恒定负压下测定通过料层的空气流量来监测料层的透气性。点火炉燃烧自动控制, 并根据沿台车横向设置的雷达料位计测定的料位平均值, 对料层厚度的横向和纵向进行自动控制。按最后几个风箱废气温度来计算烧结终点, 调整台车速度使终点控制在倒数第几个风箱上, 控制烧结过程的终点。以及控制烧结机、圆辊给料机和环冷机的速度, 主抽风机及主电除尘系统。电气传动及其自动控制的内容大致是各电气装备的启动、停止、顺序控制及连锁。

3 燃料比率控制模型的研究

3.1 概述

燃料比率控制模型 (FRC) 是I级控制模型。用于烧结混合料中燃料比率的在线控制。

模型为了保持烧结混合料中碳 (C) 含量的稳定, 考虑了燃料中的碳含量和湿度。并且根据燃料B控制返矿量。因此, 在模型中不同的燃料百分比对应不同的返矿量。

燃料控制是在配料室中, 两个燃料仓的三个下料口 (#12、#13A、#13B) 来实现的, 通常使用两个下料口。所以, 模型需要考虑到两个下料口之间的延时和料流变化。根据仓号大者为最后的调整仓。

燃料比率控制模型的控制方案是:燃料A、燃料B分别单独控制, 根据二级系统下传的数据 (配比、碳含量、水含量等) , 对燃料A和燃料B下设定值, 并且根据返矿的实际下料量对燃料B的设定值进行调整。

模型输入参数:

混合料总料量、配料室燃料A实际下料量、燃料A湿度测量值、燃料A碳含量的分析值、配料室燃料B实际下料量、燃料B湿度测量值、燃料B碳含量的分析值、返矿总量、过程延时。

一级控制系统模型输出:配料室中燃料A和燃料B的设定值的依据

一级控制系统控制变量:烧结混合料中C的含量、返矿量

3.2 参数说明

参考文献