【ZiDongHua 之創(chuàng)新自化成收錄關鍵詞： 人工智能 光譜學 高質量發(fā)展 傳感器】
　　
　　AI智測“質”在必得 聯合創(chuàng)新“炭”索未來
　　
　　煤炭，是國家能源的基石。煤質，是人類深入探索并優(yōu)化煤炭應用的核心。早在千余年前，華夏先民就根據煤炭的顏色、燃燒性質和礦層特點等方面，將煤炭分為黑煤、紅煤、灰煤等類型，并分別應用于家用、冶煉。然而，人們長久以來依賴傳統(tǒng)化學檢測方法作為與煤炭“溝通”的橋梁，始終面臨著低效率、高成本的煤質檢測難題，如枷鎖般束縛著煤炭產業(yè)鏈與供應鏈的發(fā)展步伐。
 
　　
　　拼搏成就夢想，創(chuàng)新引領未來。2024年10月24日，由國家能源集團攜手中國電子科技集團旗下海康威視聯合創(chuàng)新研發(fā)的“融合光譜煤質快速檢測技術”正式發(fā)布，標志著我國在煤質檢測研發(fā)應用領域取得重大突破，并首次在煤炭生產、電力、化工等全產業(yè)鏈成功示范應用。這項集煤質快檢核心裝置、AI模型與數質量管控平臺于一體的技術，實現人工智能、光譜學等多學科交叉融合，可以在線檢測6毫米煤樣的熱值、全硫、灰分、全水等指標，改變了傳統(tǒng)煤質檢測取樣、制樣、化驗的復雜流程，構建起高效、透明的在線檢測模式，讓長期制約煤炭產業(yè)鏈供應鏈綠色安全發(fā)展的“卡脖子”問題迎刃而解。
　　
　　深耕“非常必要”領域
　　
　　聚焦技術源頭創(chuàng)新
　　
　　長久以來，低效率、高成本的傳統(tǒng)煤質化驗手段，嚴重制約了煤炭清潔高效利用。如今，這一局面正在被改寫，能源領域一場前所未有的技術革新已悄然開啟。
　　
　　責任驅動創(chuàng)新，創(chuàng)新引領進步。國家能源集團作為全球最大的煤炭經銷商，解決煤質檢測的痛點問題，是義不容辭的責任使命，也是高質量發(fā)展的內在需求。2021年6月，在國家能源集團與?？低曢_展的交流座談會上，國家能源集團提出聯合攻關光譜法煤質快檢的技術設想。 經過多次調研和交流，2022年6月，雙方決定正式啟動以光譜技術進行煤質檢測的可行性研究，強調要秉持“非我不可”的擔當，深耕“非常必要”的領域，堅定“非干成不行”的決心，推動央企融合生態(tài)協(xié)作，聚焦技術源頭創(chuàng)新，以合抱之力攻克煤炭產業(yè)鏈供應鏈中的煤質檢測“痛點”“難點”。
　　
　　此前，國內外進行過大量的煤質快檢技術研發(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）等技術路線，但由于檢測精度和放射源安全隱患等因素，一直未有形成大規(guī)模產業(yè)化應用的成熟可靠技術。其難點就在于煤炭成分過于復雜，利用單一感知技術手段和傳統(tǒng)信號處理算法，難以達到高精度、多指標、速度快的檢測要求。
　　
　　“就像人的耳朵和眼睛，分開有各自的用途，也都有局限，但合起來會讓人對世界的感知變得更全面、更強”，在研發(fā)之初，團隊嘗試用單個紅外技術來檢測，僅能對煤炭中有機成分進行感應，對無機成分效果不理想，嚴重影響人工智能算法的精度。關鍵時刻，研發(fā)人員提出：“海康有非常豐富的感知技術，也有把這些技術相互融合的能力和經驗，那我們煤質快檢是否也可以嘗試這種方式呢？”他們把“潛在”感知技術都列了出來，測試了微波、激光等技術，經過3個多月的鉆研試驗，終于發(fā)現X射線熒光（XRF）對煤中的灰分和硫分具有較好響應，穩(wěn)定性良好，靈敏度高，輻射較低，并能與近紅外技術很好地互補。這別具匠心的融合光譜技術路線，將對煤炭有機成分有較好響應的近紅外光譜技術和對煤炭無機成分有較好響應的X射線熒光技術相結合，發(fā)揮出“1+1>2”的效果，大大提升了對熱值、水分、灰分、硫分等煤炭成分探測的準確性，具有高精度、高安全性、檢測指標全面等優(yōu)勢。
 
　　
　　技術路線確定后，研發(fā)團隊的勁頭更足了。從2022年6月底一個架子搭載4個傳感器的“毛坯版”設備，到11月中旬完成0.2毫米離線一體機的開發(fā)，研發(fā)團隊用“迭代軟件的速度迭代硬件設備”，僅用時半年就迭代出4個硬件版本。經過在實驗室里6個月的多輪系統(tǒng)設計迭代，超過1000份煤樣融合光譜數據的采集，2022年12月，基于0.2毫米煤樣的融合光譜煤質快檢離線裝置開發(fā)完成并進入現場試驗階段，一項自煤炭大規(guī)模工業(yè)化應用300年來的重要技術創(chuàng)新含苞欲放。
　　
　　發(fā)揮體制優(yōu)勢
　　
　　展現“非我不可”擔當
　　
　　2022年12月，0.2毫米離線樣機運至神東煤炭、電科院進行測試。雖然在不斷調試和驗證后達到了穩(wěn)定準確的檢測效果，但離線的檢測方式，仍需要人工制好煤粉，再拿到設備處投樣檢測。無法在生產線上實時檢測煤質成分，達不到大規(guī)模投入使用的條件。
　　
　　要干就干到最好！研發(fā)團隊再接再勵，經過國能煤質檢測技術專家和海康威視算法專家的集中研討、試驗，發(fā)現6毫米粒度既能滿足檢測效率，檢測準確性、穩(wěn)定性和時效性方面總體最優(yōu)，最終確定將檢測煤樣從0.2毫米調整為6毫米。大家又馬不停蹄趕往多處應用場景，不斷讓煤質快檢設備去適應復雜的現場條件。2023年6月底，研發(fā)團隊開發(fā)出一套涵蓋采樣、預處理在內的6毫米煤樣在線檢測系統(tǒng)，并在實驗室實現穩(wěn)定運行。此外，通過皮帶上預處理結構對煤樣整形，使煤流表面平整、顆粒分布均勻，更好提升光譜數據的穩(wěn)定性，提高檢測精度。
 
　　
　　2023年7月，研發(fā)團隊將6毫米在線樣機投入生產現場，在第一個試點神東煤炭得以順利運行。但是，煤炭種類不同，檢測情況也會不同。為了覆蓋更多煤種，提高檢測精度，2024年1月，6毫米在線樣機分別在勝利能源、黃驊港務等9家試點項目現場完成安裝并進行試運行。綜合各試點項目試運行結果后，研發(fā)團隊發(fā)現檢測精度未達到預期，與人工檢測數據比對仍存在一定偏差。為攻克難題，研發(fā)團隊從根源上找原因，認真復盤，最終找出影響檢測精度的核心因素，數據模型適應性不強，對陌生煤種無法精準識別。要實現“開方診療”，就需要大量的高質量光譜煤質數據集，達到對我國現有煤種的全覆蓋，這對研發(fā)團隊來說，是難以想象的艱巨任務和巨大挑戰(zhàn)。
　　
　　關鍵時刻，國家能源集團發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢，采取“集團化作戰(zhàn)”方針，調動組織相關35家子分公司、上千人參加攻關會戰(zhàn)，充分發(fā)揮“煤電運化”全產業(yè)鏈優(yōu)勢，利用集團四大產煤區(qū)、黃驊港、電廠、煤化工等應用場景。經過歷時約9個月的技術攻堅，廣泛收集國內外300多萬條歷史煤質數據，以10萬多組高質量光譜煤質數據實現了99%以上煤種范圍覆蓋，檢測煤種覆蓋全集團內外合計超過398種煤種。
　　
　　在高質量光譜煤質數據集的基礎上，煤質快檢技術檢測精度在短時間快速提升，復雜煤種的通過率從60%左右迅速提升到100%。2024年在國家能源集團四大產煤區(qū)、港口、銷售、電廠、化工產業(yè)共9家單位示范應用以來，對10000余批樣品、4億余噸商品煤進行了檢測，歷經高低溫、粉塵、震動以及高濕度、電磁干擾等各種嚴苛環(huán)境條件，均穩(wěn)定運行。檢測精度達到傳統(tǒng)化學方法水平，累計平均偏差趨于零，煤炭數量和質量具備“在線測量”基礎。
　　
　　一列煤從上游裝車站臺裝車發(fā)出，到下游用煤單位卸車驗收，依賴傳統(tǒng)化學煤質檢測至少要經歷2次檢測，制樣、取樣、化驗過程平均需要8到24小時。應用煤質快檢技術后，僅需2分鐘即可獲取涵蓋熱值、全硫、灰分、全水等指標的檢測結果，實現煤質信息的實時精準獲??；整列車傳統(tǒng)化學檢測煤樣量僅1克，煤質快檢技術檢測煤量可達1噸以上，樣品代表性和檢測效率大幅提升；全程實現自動無人干預，改變了傳統(tǒng)制樣、化驗的復雜流程，杜絕人為因素的干擾，構建起高效、透明的在線檢測模式。
　　
　　形成商業(yè)模式
　　
　　持續(xù)引領產業(yè)升級
　　
　　創(chuàng)新“成果”必須轉化為發(fā)展“結果”，煤質快檢技術本身就是從解決煤炭行業(yè)“痛點”“難點”應運而生的，就要堅持“技術產品化、產品產業(yè)化”的市場化應用的實施路徑。
　　
　　為實現這一目標，國家能源集團融合區(qū)塊鏈、煤質快檢、大數據等新型技術，先行先試“在線測量+數字監(jiān)管”的新型煤炭數質量管控模式，依托區(qū)塊鏈技術實時采集接入煤電化運全產業(yè)鏈條，從煤礦、外購煤站臺、港口、電力、化工等297家單位、累計1134臺的軌道衡、汽車衡、煤質快檢等設備源頭實時采集數量和質量數據，形成了全環(huán)節(jié)、全流程完整的數據監(jiān)控鏈條，打造“全景、真實、準確、快速、透明”的煤炭數質量管控平臺。未來可升級為國家級煤炭數質量大數據共享管控平臺，實現全國煤質數據全景感知，化解供需兩端數據矛盾，建立起快速結算新型模式，具備降低千億級資金沉淀成本的應用空間。
　　
　　同時，國家能源集團深度融合煤炭、電力及化工產業(yè)生產、運輸、耗用、銷售等大數據，擴大煤質快檢技術應用空間，為能源資源優(yōu)化配置、煤炭智慧洗選提質，煤電清潔高效燃燒，煤化工高端化和多元化轉化，煤基污染物協(xié)同控制，碳足跡及碳追蹤監(jiān)控等產業(yè)生態(tài)提供大數據支撐，持續(xù)催生新產業(yè)、新模式、新動能。
　　
　　經過三年來的不懈努力，煤質快檢催生的新質生產力已初顯成效。在勝利能源以煤質快檢、定量倉、汽車衡等實時采集數據，實現了對華能、大唐、京能、蒙能、華潤等客戶的試點結算全覆蓋，截至目前已經實現超900萬噸的快速結算，累計偏差僅13大卡；國能福州電廠計劃將煤質快檢技術應用于鍋爐燃燒優(yōu)化調整，可使燃料的供給量與鍋爐的熱負荷需求相匹配，達到最佳燃燒效果，同時能夠實現鍋爐水冷壁腐蝕狀態(tài)診斷，助力燃煤發(fā)電向數字化、智能化方向邁進。
　　
　　寧夏煤業(yè)煤制油項目氣化爐和鍋爐對煤質指標有嚴格要求，未使用煤質快檢設備前，相關指標合格率為81.18%。從今年3月8日開始使用煤質快檢設備檢測數據指導配煤以來，在化工配煤過程中實時輸出煤流的成分數據，提供精準摻配燒方案，配煤灰分合格率接近百分之百，長期保持原料煤灰分穩(wěn)定，氣化爐平均運行周期可延長30天以上，預計每年減少5臺爐大修，檢修工作量降低10%左右，每年降低生產及檢維修成本約2000萬元。國能黃驊港務以煤質快檢技術代替?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。同時利用煤質快檢數據，制定港口產業(yè)裝船精準配煤作業(yè)方案，指導和優(yōu)化港口裝卸自動排產系統(tǒng)，進一步驅動港口高效生產，提高裝卸效率。
　　
　　乘風破浪潮頭立，揚帆起航正當時。國家能源集團將深入貫徹落實黨的二十屆三中全會精神，深化科技體制改革，完善貫穿基礎研究、技術創(chuàng)新、成果轉化和產業(yè)化體制機制，加速煤質快檢技術的譜系化、產品系列化、應用規(guī)?；?、管控體系化發(fā)展，加快推動煤質快檢技術創(chuàng)新“成果”轉化為能源產業(yè)高質量發(fā)展“結果”，以創(chuàng)新為驅動，重塑管理模式鏈條，引領煤炭統(tǒng)一大市場建設和清潔高效利用，更好服務國家能源安全新戰(zhàn)略。