煤炭數(shù)質(zhì)量管控邁入人工智能時代

　　10月24日10時，在國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)黑岱溝露天煤礦，安裝于準(zhǔn)能選煤廠785商品煤膠帶機(jī)中部的一套新設(shè)備，正在對當(dāng)天裝車外運(yùn)的商品煤煤質(zhì)進(jìn)行實時檢測。僅兩分鐘后，涵蓋發(fā)熱量、水分、灰分、硫分等指標(biāo)的數(shù)據(jù)信息就傳輸?shù)较掠斡妹簡挝弧?/p>

　　這套設(shè)備就是融合光譜煤質(zhì)快速檢測技術(shù)的應(yīng)用設(shè)備。目前，融合光譜煤質(zhì)快速檢測技術(shù)已在煤炭生產(chǎn)、電力、運(yùn)輸、化工等產(chǎn)業(yè)鏈成功示范應(yīng)用，標(biāo)志著我國煤炭數(shù)質(zhì)量管控邁入人工智能時代。

　　國家能源集團(tuán)董事長劉國躍表示，融合光譜煤質(zhì)快速檢測技術(shù)的成功研發(fā)，是“央企聯(lián)合+技術(shù)融合”路線、更好發(fā)揮國資央企三個作用的最新行動，也是以人工智能催生自主顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的重大實踐，對于促進(jìn)人工智能高水平場景應(yīng)用具有重要里程碑意義。

　　煤質(zhì)檢測存在痛點

　　煤炭是我國的能源基石。煤質(zhì)是人們深入探索并優(yōu)化煤炭應(yīng)用的核心。長期以來，化學(xué)檢測方法一直是人們與煤炭“對話”的橋梁。但該方法始終存在低效率、高成本的問題，如枷鎖般束縛著煤炭產(chǎn)業(yè)與供應(yīng)的發(fā)展步伐。

　　此前，國內(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。

　　“然而，由于檢測精度不夠高以及放射源存在安全隱患等問題，這些新的技術(shù)路線一直未能形成可大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的成熟可靠技術(shù)。”國家能源集團(tuán)煤炭數(shù)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督服務(wù)中心常務(wù)副主任，國電環(huán)境保護(hù)研究院有限公司黨委書記、執(zhí)行董事張杰說，難點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)信號處理算法，難以達(dá)到高精度、多指標(biāo)、速度快的檢測要求。

　　為紓解行業(yè)之困，消除煤質(zhì)檢測痛點，2022年6月，國家能源集團(tuán)聯(lián)合?？低曊絾用嘿|(zhì)快速檢測技術(shù)研發(fā)，并確定了近紅外和X射線熒光融合光譜技術(shù)路線。經(jīng)過多輪方案驗證，團(tuán)隊完成了首臺基于6毫米煤炭樣品的在線式融合光譜煤質(zhì)快速檢測裝置開發(fā)，并進(jìn)行了大規(guī)模示范應(yīng)用。

　　應(yīng)用結(jié)果表明，這一別具匠心的融合光譜技術(shù)路線——將對煤炭有機(jī)成分有較好響應(yīng)的近紅外光譜技術(shù)和對煤炭無機(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。該技術(shù)路線大大提升了對熱值、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。

　　新設(shè)備可高效透明在線檢測

　　融合光譜煤質(zhì)快速檢測裝置研制完成后，研究團(tuán)隊又歷經(jīng)28次數(shù)據(jù)集擴(kuò)充，3次迭代更新，搭建了煤質(zhì)快檢AI模型。該模型對國內(nèi)外上百種煤種的檢測通過率都保持在95%以上。

　　在張杰看來，融合光譜煤質(zhì)快速檢測技術(shù)是一項集煤質(zhì)快檢核心裝置、AI模型與數(shù)質(zhì)量管控平臺于一體的創(chuàng)新性技術(shù)，交叉融合了人工智能、光譜學(xué)及化學(xué)等多個學(xué)科內(nèi)容，可快速對煤炭進(jìn)行準(zhǔn)確、無損分析，實現(xiàn)煤炭供需兩端全流量實時在線全自動檢測。

　　更重要的是，融合光譜煤質(zhì)快速檢測技術(shù)實現(xiàn)了自動無人干預(yù)檢測模式，改變了傳統(tǒng)制樣、化驗的復(fù)雜流程，杜絕人為因素干擾，構(gòu)建起高效、透明的在線檢測模式。

　　以往，煤從上游裝車站臺裝車發(fā)出，到下游用煤單位卸車驗收，至少需要2次傳統(tǒng)化學(xué)煤質(zhì)檢測，且每次制樣、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。煤質(zhì)快檢技術(shù)實現(xiàn)了煤質(zhì)信息的實時精準(zhǔn)獲取，極大地提高了煤質(zhì)檢測效率。

　　同時，新技術(shù)在檢測時采集的樣品量也呈指數(shù)級增加，比如單列車的檢測煤量可達(dá)1噸以上，是傳統(tǒng)1克煤樣檢測量的百萬倍，使得樣品代表性大幅提升。

　　對此，中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長李延江認(rèn)為，當(dāng)前，煤炭行業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型是煤炭行業(yè)改革發(fā)展的主要任務(wù)。煤質(zhì)快速檢測技術(shù)是以人工智能解決煤炭生產(chǎn)、加工、利用等環(huán)節(jié)中痛點問題的具體實踐，是聚焦源頭技術(shù)創(chuàng)新的勇敢探索。這項技術(shù)的應(yīng)用必將全面推進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)“向綠”“向新”發(fā)展。

　　應(yīng)用于電力化工等場景

　　目前，煤質(zhì)快速檢測裝置已在國家能源集團(tuán)煤炭、電力、化工、港口、銷售等9家單位運(yùn)行近兩年，對10000余批樣品、4億余噸商品煤進(jìn)行了檢測，可在高低溫、粉塵、震動以及高濕度、電磁干擾等嚴(yán)苛環(huán)境條件下穩(wěn)定運(yùn)行，實現(xiàn)了煤質(zhì)檢測數(shù)據(jù)的真實、實時、透明、共享。

　　同時，該技術(shù)也為煤炭消費(fèi)領(lǐng)域帶來了重要突破。在中國華能集團(tuán)錫林郭勒熱電廠，煤質(zhì)快檢與皮帶秤數(shù)據(jù)的不落地快速結(jié)算模式，實現(xiàn)了煤炭數(shù)質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動獲取和實時結(jié)算，檢測精度達(dá)到傳統(tǒng)煤質(zhì)檢測水平，交易資金沉淀成本大幅降低，每月可減少資金成本17余萬元。

　　更重要的是，煤質(zhì)快速檢測裝置還在國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)的煤制油項目中得到應(yīng)用。

　　“煤制油項目對煤質(zhì)指標(biāo)有嚴(yán)格要求，未使用煤質(zhì)快檢裝置時，相關(guān)指標(biāo)合格率為81.18%。今年3月8日開始，使用煤質(zhì)快檢裝置檢測數(shù)據(jù)指導(dǎo)配煤以來，煤制油項目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(yùn)行周期可延長30天以上。”張杰說，預(yù)計煤制油項目每年減少5臺爐大修，檢修工作量降低10%左右，每年降低生產(chǎn)及檢維修成本約2000萬元。

　　國家能源集團(tuán)未來將聯(lián)手?？低暎铀偻七M(jìn)煤質(zhì)快檢技術(shù)的譜系化、產(chǎn)品系列化、應(yīng)用規(guī)?；?、管控體系化發(fā)展。依托煤質(zhì)快檢技術(shù)建設(shè)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;同時通過標(biāo)準(zhǔn)的研制和推廣，為行業(yè)內(nèi)的技術(shù)交流等提供共同的基準(zhǔn)，推動煤質(zhì)快檢技術(shù)不斷向更高水平發(fā)展，加速行業(yè)認(rèn)可和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

　　來源：科技日報記者 陸成寬