國家能源集團攜手中國電科旗下?？低曆邪l(fā)攻克融合光譜煤質(zhì)快檢技術(shù)紀實
來源：中國能源新聞網(wǎng) 時間：2024-10-25 17:22
AI智測“質(zhì)”在必得 聯(lián)合創(chuàng)新“炭”索未來
——國家能源集團攜手中國電科旗下?？低曆邪l(fā)攻克融合光譜煤質(zhì)快檢技術(shù)紀實
中國能源新聞網(wǎng)記者 莫非 通訊員 蘆明生 左漪
煤炭，是我國能源的基石。長久以來，人們依賴傳統(tǒng)化學(xué)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(zhì)檢測難題，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。
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(lián)合創(chuàng)新研發(fā)的“融合光譜煤質(zhì)快速檢測技術(shù)”正式發(fā)布，標(biāo)志著我國在煤質(zhì)檢測研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域取得重大原創(chuàng)性突破。該技術(shù)首次在煤炭生產(chǎn)、電力、運輸、化工等全產(chǎn)業(yè)鏈成功示范應(yīng)用。
這項集煤質(zhì)快檢核心裝置、AI模型與數(shù)質(zhì)量管控平臺于一體的原創(chuàng)性技術(shù)，實現(xiàn)人工智能、光譜學(xué)及化學(xué)等多學(xué)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(biāo)，改變了傳統(tǒng)煤質(zhì)檢測取樣、制樣、化驗的復(fù)雜流程，構(gòu)建起高效、透明的在線檢測模式，讓長期制約煤炭產(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
低效率、高成本的傳統(tǒng)煤質(zhì)化驗手段，嚴重制約了煤炭清潔高效利用。
責(zé)任驅(qū)動創(chuàng)新，創(chuàng)新引領(lǐng)進步。2021年6月，在國家能源集團與?？低曢_展的交流座談會上，時任國家能源集團總經(jīng)理劉國躍提出聯(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定正式啟動以光譜技術(shù)進行煤質(zhì)檢測的可行性研究。劉國躍表示，應(yīng)秉持“非我不可”的擔(dān)當(dāng)，深耕“非常必要”的領(lǐng)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(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“痛點”“難點”。
此前，國內(nèi)外進行過大量的煤質(zhì)快檢技術(shù)研發(fā)，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(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的成熟可靠技術(shù)。
在研發(fā)之初，團隊嘗試用單個紅外技術(shù)來檢測，僅能對煤炭中有機成分進行感應(yīng)，對無機成分效果不理想，嚴重影響人工智能算法的精度。
關(guān)鍵時刻，研發(fā)人員提出：“海康有非常豐富的感知技術(shù)，也有把這些技術(shù)相互融合的能力和經(jīng)驗，那我們煤質(zhì)快檢是否也可以嘗試這種方式呢？”經(jīng)過3個多月的鉆研試驗，終于發(fā)現(xiàn)X射線熒光（XRF）對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。這別具匠心的融合光譜技術(shù)路線，將對煤炭有機成分有較好響應(yīng)的近紅外光譜技術(shù)和對煤炭無機成分有較好響應(yīng)的X射線熒光技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮出“1+1>2”的效果，大大提升了對熱值、水分、灰分、硫分等煤炭成分探測的準(zhǔn)確性，具有高精度、高安全性、檢測指標(biāo)全面等優(yōu)勢。
從2022年6月底一個架子搭載4個傳感器的“毛坯版”設(shè)備，到11月中旬完成0.2毫米離線一體機的開發(fā)，研發(fā)團隊用“迭代軟件的速度迭代硬件設(shè)備”，僅用時半年就迭代出4個硬件版本。2022年12月，基于0.2mm煤樣的融合光譜煤質(zhì)快檢離線裝置開發(fā)完成并進入現(xiàn)場試驗階段，一項自煤炭大規(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 展現(xiàn)非我不可擔(dān)當(dāng)
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(diào)試和驗證后達到了穩(wěn)定準(zhǔn)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(shè)備處投樣檢測。無法在生產(chǎn)線上實時檢測煤質(zhì)成分，達不到大規(guī)模投入使用的條件。
2023年6月底，研發(fā)團隊開發(fā)出一套涵蓋采樣、煤樣預(yù)處理、檢測的在線檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)6毫米煤樣在檢測皮帶上穩(wěn)定檢測。此外，通過皮帶上預(yù)處理結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)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(chǎn)現(xiàn)場，在第一個試點神東煤炭得以順利運行。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(wù)等9家試點項目現(xiàn)場完成安裝并進行試運行。
然而綜合各試點項目試運行結(jié)果后，研發(fā)團隊發(fā)現(xiàn)檢測精度未達到預(yù)期，與人工檢測數(shù)據(jù)比對仍存在一定偏差。關(guān)鍵時刻，國家能源集團采取“集團化作戰(zhàn)”方針，調(diào)動組織相關(guān)35家子分公司、上千人參加攻關(guān)會戰(zhàn)，充分發(fā)揮“煤電運化”全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，利用集團四大產(chǎn)煤區(qū)、黃驊港、電廠、煤化工等應(yīng)用場景。經(jīng)過歷時約9個月的技術(shù)攻堅，廣泛收集國內(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)實現(xiàn)了99%以上煤種范圍覆蓋，檢測煤種覆蓋全集團內(nèi)外合計超過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)檢測精度在短時間快速提升，復(fù)雜煤種的通過率從60%左右迅速提升到100%。2024年，在國家能源集團四大產(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10000余批樣品、4億余噸商品煤進行了檢測，歷經(jīng)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(xué)方法水平，累計平均偏差趨于零，煤炭數(shù)量和質(zhì)量具備“在線測量”基礎(chǔ)。
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(xué)煤質(zhì)檢測至少要經(jīng)歷2次檢測，制樣、取樣、化驗過程平均需要8到24小時。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)的檢測結(jié)果，實現(xiàn)煤質(zhì)信息的實時精準(zhǔn)獲?。徽熊噦鹘y(tǒng)化學(xué)檢測煤樣量僅1克，煤質(zhì)快檢技術(shù)檢測煤量可達1噸以上，樣品代表性和檢測效率大幅提升。
形成商業(yè)模式 持續(xù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)升級
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”“難點”應(yīng)運而生的，就要堅持“技術(shù)產(chǎn)品化、產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化”的市場化應(yīng)用的實施路徑。
為實現(xiàn)這一目標(biāo)，國家能源集團融合區(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)實時采集接入煤電化運全產(chǎn)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(zhì)快檢等設(shè)備源頭實時采集數(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、準(zhǔn)確、快速、透明”的煤炭數(shù)質(zhì)量管控平臺，未來可升級為國家級煤炭數(shù)質(zhì)量大數(shù)據(jù)共享管控平臺，實現(xiàn)全國煤質(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，具備降低千億級資金沉淀成本的應(yīng)用空間。
同時，國家能源集團深度融合煤炭、電力及化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)、運輸、耗用、銷售等大數(shù)據(jù)，擴大煤質(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、汽車衡等實時采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對華能、大唐、京能、蒙能、華潤等客戶的試點結(jié)算全覆蓋，截至目前已經(jīng)實現(xiàn)超900萬噸的快速結(jié)算，累計偏差僅13大卡；國能福州電廠計劃將煤質(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荷需求相匹配，達到最佳燃燒效果，同時能夠?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。
乘風(fēng)破浪潮頭立，揚帆起航正當(dāng)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(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化體制機制，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)?；⒐芸伢w系化發(fā)展，加快推動煤質(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，重塑管理模式鏈條，引領(lǐng)煤炭統(tǒng)一大市場建設(shè)和清潔高效利用，更好服務(wù)國家能源安全新戰(zhàn)略。
責(zé)任編輯：王萍
