【ZiDongHua 之創(chuàng)新自化成收錄關(guān)鍵詞： 人工智能 光譜學(xué) 高質(zhì)量發(fā)展 傳感器】

　　

　　AI智測(cè)“質(zhì)”在必得 聯(lián)合創(chuàng)新“炭”索未來

　　

　　煤炭，是國(guó)家能源的基石。煤質(zhì)，是人類深入探索并優(yōu)化煤炭應(yīng)用的核心。早在千余年前，華夏先民就根據(jù)煤炭的顏色、燃燒性質(zhì)和礦層特點(diǎn)等方面，將煤炭分為黑煤、紅煤、灰煤等類型，并分別應(yīng)用于家用、冶煉。然而，人們長(zhǎng)久以來依賴傳統(tǒng)化學(xué)檢測(cè)方法作為與煤炭“溝通”的橋梁，始終面臨著低效率、高成本的煤質(zhì)檢測(cè)難題，如枷鎖般束縛著煤炭產(chǎn)業(yè)鏈與供應(yīng)鏈的發(fā)展步伐。

 

　　

　　拼搏成就夢(mèng)想，創(chuàng)新引領(lǐng)未來。2024年10月24日，由國(guó)家能源集團(tuán)攜手中國(guó)電子科技集團(tuán)旗下?？低暵?lián)合創(chuàng)新研發(fā)的“融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)技術(shù)”正式發(fā)布，標(biāo)志著我國(guó)在煤質(zhì)檢測(cè)研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域取得重大突破，并首次在煤炭生產(chǎn)、電力、化工等全產(chǎn)業(yè)鏈成功示范應(yīng)用。這項(xiàng)集煤質(zhì)快檢核心裝置、AI模型與數(shù)質(zhì)量管控平臺(tái)于一體的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人工智能、光譜學(xué)等多學(xué)科交叉融合，可以在線檢測(cè)6毫米煤樣的熱值、全硫、灰分、全水等指標(biāo)，改變了傳統(tǒng)煤質(zhì)檢測(cè)取樣、制樣、化驗(yàn)的復(fù)雜流程，構(gòu)建起高效、透明的在線檢測(cè)模式，讓長(zhǎng)期制約煤炭產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈綠色安全發(fā)展的“卡脖子”問題迎刃而解。

　　

　　深耕“非常必要”領(lǐng)域

　　

　　聚焦技術(shù)源頭創(chuàng)新

　　

　　長(zhǎng)久以來，低效率、高成本的傳統(tǒng)煤質(zhì)化驗(yàn)手段，嚴(yán)重制約了煤炭清潔高效利用。如今，這一局面正在被改寫，能源領(lǐng)域一場(chǎng)前所未有的技術(shù)革新已悄然開啟。

　　

　　責(zé)任驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新，創(chuàng)新引領(lǐng)進(jìn)步。國(guó)家能源集團(tuán)作為全球最大的煤炭經(jīng)銷商，解決煤質(zhì)檢測(cè)的痛點(diǎn)問題，是義不容辭的責(zé)任使命，也是高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在需求。2021年6月，在國(guó)家能源集團(tuán)與?？低曢_展的交流座談會(huì)上，國(guó)家能源集團(tuán)提出聯(lián)合攻關(guān)光譜法煤質(zhì)快檢的技術(shù)設(shè)想。 經(jīng)過多次調(diào)研和交流，2022年6月，雙方?jīng)Q定正式啟動(dòng)以光譜技術(shù)進(jìn)行煤質(zhì)檢測(cè)的可行性研究，強(qiáng)調(diào)要秉持“非我不可”的擔(dān)當(dāng)，深耕“非常必要”的領(lǐng)域，堅(jiān)定“非干成不行”的決心，推動(dòng)央企融合生態(tài)協(xié)作，聚焦技術(shù)源頭創(chuàng)新，以合抱之力攻克煤炭產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈中的煤質(zhì)檢測(cè)“痛點(diǎn)”“難點(diǎn)”。

　　

　　此前，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行過大量的煤質(zhì)快檢技術(shù)研發(fā)，逐步形成中子活化、雙能伽馬射線、X射線吸收、近紅外光譜（NIRS）等技術(shù)路線，但由于檢測(cè)精度和放射源安全隱患等因素，一直未有形成大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的成熟可靠技術(shù)。其難點(diǎn)就在于煤炭成分過于復(fù)雜，利用單一感知技術(shù)手段和傳統(tǒng)信號(hào)處理算法，難以達(dá)到高精度、多指標(biāo)、速度快的檢測(cè)要求。

　　

　　“就像人的耳朵和眼睛，分開有各自的用途，也都有局限，但合起來會(huì)讓人對(duì)世界的感知變得更全面、更強(qiáng)”，在研發(fā)之初，團(tuán)隊(duì)嘗試用單個(gè)紅外技術(shù)來檢測(cè)，僅能對(duì)煤炭中有機(jī)成分進(jìn)行感應(yīng)，對(duì)無機(jī)成分效果不理想，嚴(yán)重影響人工智能算法的精度。關(guān)鍵時(shí)刻，研發(fā)人員提出：“?？涤蟹浅ＸS富的感知技術(shù)，也有把這些技術(shù)相互融合的能力和經(jīng)驗(yàn)，那我們煤質(zhì)快檢是否也可以嘗試這種方式呢？”他們把“潛在”感知技術(shù)都列了出來，測(cè)試了微波、激光等技術(shù)，經(jīng)過3個(gè)多月的鉆研試驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)X射線熒光（XRF）對(duì)煤中的灰分和硫分具有較好響應(yīng)，穩(wěn)定性良好，靈敏度高，輻射較低，并能與近紅外技術(shù)很好地互補(bǔ)。這別具匠心的融合光譜技術(shù)路線，將對(duì)煤炭有機(jī)成分有較好響應(yīng)的近紅外光譜技術(shù)和對(duì)煤炭無機(jī)成分有較好響應(yīng)的X射線熒光技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮出“1+1>2”的效果，大大提升了對(duì)熱值、水分、灰分、硫分等煤炭成分探測(cè)的準(zhǔn)確性，具有高精度、高安全性、檢測(cè)指標(biāo)全面等優(yōu)勢(shì)。

 

　　

　　技術(shù)路線確定后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)的勁頭更足了。從2022年6月底一個(gè)架子搭載4個(gè)傳感器的“毛坯版”設(shè)備，到11月中旬完成0.2毫米離線一體機(jī)的開發(fā)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)用“迭代軟件的速度迭代硬件設(shè)備”，僅用時(shí)半年就迭代出4個(gè)硬件版本。經(jīng)過在實(shí)驗(yàn)室里6個(gè)月的多輪系統(tǒng)設(shè)計(jì)迭代，超過1000份煤樣融合光譜數(shù)據(jù)的采集，2022年12月，基于0.2毫米煤樣的融合光譜煤質(zhì)快檢離線裝置開發(fā)完成并進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)階段，一項(xiàng)自煤炭大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用300年來的重要技術(shù)創(chuàng)新含苞欲放。

　　

　　發(fā)揮體制優(yōu)勢(shì)

　　

　　展現(xiàn)“非我不可”擔(dān)當(dāng)

　　

　　2022年12月，0.2毫米離線樣機(jī)運(yùn)至神東煤炭、電科院進(jìn)行測(cè)試。雖然在不斷調(diào)試和驗(yàn)證后達(dá)到了穩(wěn)定準(zhǔn)確的檢測(cè)效果，但離線的檢測(cè)方式，仍需要人工制好煤粉，再拿到設(shè)備處投樣檢測(cè)。無法在生產(chǎn)線上實(shí)時(shí)檢測(cè)煤質(zhì)成分，達(dá)不到大規(guī)模投入使用的條件。

　　

　　要干就干到最好！研發(fā)團(tuán)隊(duì)再接再勵(lì)，經(jīng)過國(guó)能煤質(zhì)檢測(cè)技術(shù)專家和海康威視算法專家的集中研討、試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)6毫米粒度既能滿足檢測(cè)效率，檢測(cè)準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和時(shí)效性方面總體最優(yōu)，最終確定將檢測(cè)煤樣從0.2毫米調(diào)整為6毫米。大家又馬不停蹄趕往多處應(yīng)用場(chǎng)景，不斷讓煤質(zhì)快檢設(shè)備去適應(yīng)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)條件。2023年6月底，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一套涵蓋采樣、預(yù)處理在內(nèi)的6毫米煤樣在線檢測(cè)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。此外，通過皮帶上預(yù)處理結(jié)構(gòu)對(duì)煤樣整形，使煤流表面平整、顆粒分布均勻，更好提升光譜數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，提高檢測(cè)精度。

 

　　

　　2023年7月，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將6毫米在線樣機(jī)投入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在第一個(gè)試點(diǎn)神東煤炭得以順利運(yùn)行。但是，煤炭種類不同，檢測(cè)情況也會(huì)不同。為了覆蓋更多煤種，提高檢測(cè)精度，2024年1月，6毫米在線樣機(jī)分別在勝利能源、黃驊港務(wù)等9家試點(diǎn)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)完成安裝并進(jìn)行試運(yùn)行。綜合各試點(diǎn)項(xiàng)目試運(yùn)行結(jié)果后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)檢測(cè)精度未達(dá)到預(yù)期，與人工檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)仍存在一定偏差。為攻克難題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)從根源上找原因，認(rèn)真復(fù)盤，最終找出影響檢測(cè)精度的核心因素，數(shù)據(jù)模型適應(yīng)性不強(qiáng)，對(duì)陌生煤種無法精準(zhǔn)識(shí)別。要實(shí)現(xiàn)“開方診療”，就需要大量的高質(zhì)量光譜煤質(zhì)數(shù)據(jù)集，達(dá)到對(duì)我國(guó)現(xiàn)有煤種的全覆蓋，這對(duì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)來說，是難以想象的艱巨任務(wù)和巨大挑戰(zhàn)。

　　

　　關(guān)鍵時(shí)刻，國(guó)家能源集團(tuán)發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，采取“集團(tuán)化作戰(zhàn)”方針，調(diào)動(dòng)組織相關(guān)35家子分公司、上千人參加攻關(guān)會(huì)戰(zhàn)，充分發(fā)揮“煤電運(yùn)化”全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，利用集團(tuán)四大產(chǎn)煤區(qū)、黃驊港、電廠、煤化工等應(yīng)用場(chǎng)景。經(jīng)過歷時(shí)約9個(gè)月的技術(shù)攻堅(jiān)，廣泛收集國(guó)內(nèi)外300多萬條歷史煤質(zhì)數(shù)據(jù)，以10萬多組高質(zhì)量光譜煤質(zhì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了99%以上煤種范圍覆蓋，檢測(cè)煤種覆蓋全集團(tuán)內(nèi)外合計(jì)超過398種煤種。

　　

　　在高質(zhì)量光譜煤質(zhì)數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，煤質(zhì)快檢技術(shù)檢測(cè)精度在短時(shí)間快速提升，復(fù)雜煤種的通過率從60%左右迅速提升到100%。2024年在國(guó)家能源集團(tuán)四大產(chǎn)煤區(qū)、港口、銷售、電廠、化工產(chǎn)業(yè)共9家單位示范應(yīng)用以來，對(duì)10000余批樣品、4億余噸商品煤進(jìn)行了檢測(cè)，歷經(jīng)高低溫、粉塵、震動(dòng)以及高濕度、電磁干擾等各種嚴(yán)苛環(huán)境條件，均穩(wěn)定運(yùn)行。檢測(cè)精度達(dá)到傳統(tǒng)化學(xué)方法水平，累計(jì)平均偏差趨于零，煤炭數(shù)量和質(zhì)量具備“在線測(cè)量”基礎(chǔ)。

　　

　　一列煤從上游裝車站臺(tái)裝車發(fā)出，到下游用煤?jiǎn)挝恍盾囼?yàn)收，依賴傳統(tǒng)化學(xué)煤質(zhì)檢測(cè)至少要經(jīng)歷2次檢測(cè)，制樣、取樣、化驗(yàn)過程平均需要8到24小時(shí)。應(yīng)用煤質(zhì)快檢技術(shù)后，僅需2分鐘即可獲取涵蓋熱值、全硫、灰分、全水等指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)煤質(zhì)信息的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)獲取；整列車傳統(tǒng)化學(xué)檢測(cè)煤樣量?jī)H1克，煤質(zhì)快檢技術(shù)檢測(cè)煤量可達(dá)1噸以上，樣品代表性和檢測(cè)效率大幅提升；全程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無人干預(yù)，改變了傳統(tǒng)制樣、化驗(yàn)的復(fù)雜流程，杜絕人為因素的干擾，構(gòu)建起高效、透明的在線檢測(cè)模式。

　　

　　形成商業(yè)模式

　　

　　持續(xù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)

　　

　　創(chuàng)新“成果”必須轉(zhuǎn)化為發(fā)展“結(jié)果”，煤質(zhì)快檢技術(shù)本身就是從解決煤炭行業(yè)“痛點(diǎn)”“難點(diǎn)”應(yīng)運(yùn)而生的，就要堅(jiān)持“技術(shù)產(chǎn)品化、產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化”的市場(chǎng)化應(yīng)用的實(shí)施路徑。

　　

　　為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，國(guó)家能源集團(tuán)融合區(qū)塊鏈、煤質(zhì)快檢、大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)，先行先試“在線測(cè)量+數(shù)字監(jiān)管”的新型煤炭數(shù)質(zhì)量管控模式，依托區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)時(shí)采集接入煤電化運(yùn)全產(chǎn)業(yè)鏈條，從煤礦、外購(gòu)煤站臺(tái)、港口、電力、化工等297家單位、累計(jì)1134臺(tái)的軌道衡、汽車衡、煤質(zhì)快檢等設(shè)備源頭實(shí)時(shí)采集數(shù)量和質(zhì)量數(shù)據(jù)，形成了全環(huán)節(jié)、全流程完整的數(shù)據(jù)監(jiān)控鏈條，打造“全景、真實(shí)、準(zhǔn)確、快速、透明”的煤炭數(shù)質(zhì)量管控平臺(tái)。未來可升級(jí)為國(guó)家級(jí)煤炭數(shù)質(zhì)量大數(shù)據(jù)共享管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)煤質(zhì)數(shù)據(jù)全景感知，化解供需兩端數(shù)據(jù)矛盾，建立起快速結(jié)算新型模式，具備降低千億級(jí)資金沉淀成本的應(yīng)用空間。

　　

　　同時(shí)，國(guó)家能源集團(tuán)深度融合煤炭、電力及化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸、耗用、銷售等大數(shù)據(jù)，擴(kuò)大煤質(zhì)快檢技術(shù)應(yīng)用空間，為能源資源優(yōu)化配置、煤炭智慧洗選提質(zhì)，煤電清潔高效燃燒，煤化工高端化和多元化轉(zhuǎn)化，煤基污染物協(xié)同控制，碳足跡及碳追蹤監(jiān)控等產(chǎn)業(yè)生態(tài)提供大數(shù)據(jù)支撐，持續(xù)催生新產(chǎn)業(yè)、新模式、新動(dòng)能。

　　

　　經(jīng)過三年來的不懈努力，煤質(zhì)快檢催生的新質(zhì)生產(chǎn)力已初顯成效。在勝利能源以煤質(zhì)快檢、定量倉(cāng)、汽車衡等實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)華能、大唐、京能、蒙能、華潤(rùn)等客戶的試點(diǎn)結(jié)算全覆蓋，截至目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)超900萬噸的快速結(jié)算，累計(jì)偏差僅13大卡；國(guó)能福州電廠計(jì)劃將煤質(zhì)快檢技術(shù)應(yīng)用于鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整，可使燃料的供給量與鍋爐的熱負(fù)荷需求相匹配，達(dá)到最佳燃燒效果，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐水冷壁腐蝕狀態(tài)診斷，助力燃煤發(fā)電向數(shù)字化、智能化方向邁進(jìn)。

　　

　　寧夏煤業(yè)煤制油項(xiàng)目氣化爐和鍋爐對(duì)煤質(zhì)指標(biāo)有嚴(yán)格要求，未使用煤質(zhì)快檢設(shè)備前，相關(guān)指標(biāo)合格率為81.18%。從今年3月8日開始使用煤質(zhì)快檢設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)配煤以來，在化工配煤過程中實(shí)時(shí)輸出煤流的成分?jǐn)?shù)據(jù)，提供精準(zhǔn)摻配燒方案，配煤灰分合格率接近百分之百，長(zhǎng)期保持原料煤灰分穩(wěn)定，氣化爐平均運(yùn)行周期可延長(zhǎng)30天以上，預(yù)計(jì)每年減少5臺(tái)爐大修，檢修工作量降低10%左右，每年降低生產(chǎn)及檢維修成本約2000萬元。國(guó)能黃驊港務(wù)以煤質(zhì)快檢技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)采制化方式后，每年就可節(jié)省采制化成本超千萬元。同時(shí)利用煤質(zhì)快檢數(shù)據(jù)，制定港口產(chǎn)業(yè)裝船精準(zhǔn)配煤作業(yè)方案，指導(dǎo)和優(yōu)化港口裝卸自動(dòng)排產(chǎn)系統(tǒng)，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)港口高效生產(chǎn)，提高裝卸效率。

　　

　　乘風(fēng)破浪潮頭立，揚(yáng)帆起航正當(dāng)時(shí)。國(guó)家能源集團(tuán)將深入貫徹落實(shí)黨的二十屆三中全會(huì)精神，深化科技體制改革，完善貫穿基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化體制機(jī)制，加速煤質(zhì)快檢技術(shù)的譜系化、產(chǎn)品系列化、應(yīng)用規(guī)模化、管控體系化發(fā)展，加快推動(dòng)煤質(zhì)快檢技術(shù)創(chuàng)新“成果”轉(zhuǎn)化為能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展“結(jié)果”，以創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，重塑管理模式鏈條，引領(lǐng)煤炭統(tǒng)一大市場(chǎng)建設(shè)和清潔高效利用，更好服務(wù)國(guó)家能源安全新戰(zhàn)略。