煤炭數(shù)質(zhì)量管控邁入人工智能時(shí)代

10月24日10時(shí)，在國(guó)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(duì)當(dāng)天裝車外運(yùn)的商品煤煤質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。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(jiǎn)挝弧?/p>

這套設(shè)備就是融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用設(shè)備。目前，融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)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(guó)煤炭數(shù)質(zhì)量管控邁入人工智能時(shí)代。

國(guó)家能源集團(tuán)董事長(zhǎng)劉國(guó)躍表示，融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)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(guó)資央企三個(gè)作用的最新行動(dòng)，也是以人工智能催生自主顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的重大實(shí)踐，對(duì)于促進(jìn)人工智能高水平場(chǎng)景應(yīng)用具有重要里程碑意義。

煤質(zhì)檢測(cè)存在痛點(diǎn)

煤炭是我國(guó)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(zhǎng)期以來，化學(xué)檢測(cè)方法一直是人們與煤炭對(duì)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(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、近紅外光譜等技術(shù)路線。

然而，由于檢測(cè)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(guó)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(guó)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(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。

為紓解行業(yè)之困，消除煤質(zhì)檢測(cè)痛點(diǎn)，2022年6月，國(guó)家能源集團(tuán)聯(lián)合海康威視正式啟動(dòng)煤質(zhì)快速檢測(cè)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(yàn)證，團(tuán)隊(duì)完成了首臺(tái)基于6毫米煤炭樣品的在線式融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)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mdash;mdash;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+1gt;2的效果。該技術(shù)路線大大提升了對(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)。

新設(shè)備可高效透明在線檢測(cè)

融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)裝置研制完成后，研究團(tuán)隊(duì)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(duì)國(guó)內(nèi)外上百種煤種的檢測(cè)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(cè)技術(shù)是一項(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(gè)學(xué)科內(nèi)容，可快速對(duì)煤炭進(jìn)行準(zhǔn)確、無損分析，實(shí)現(xiàn)煤炭供需兩端全流量實(shí)時(shí)在線全自動(dòng)檢測(cè)。

更重要的是，融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)無人干預(yù)檢測(cè)模式，改變了傳統(tǒng)制樣、化驗(yàn)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(cè)模式。

以往，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，至少需要2次傳統(tǒng)化學(xué)煤質(zhì)檢測(cè)，且每次制樣、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。煤質(zhì)快檢技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煤質(zhì)信息的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)獲取，極大地提高了煤質(zhì)檢測(cè)效率。

同時(shí)，新技術(shù)在檢測(cè)時(shí)采集的樣品量也呈指數(shù)級(jí)增加，比如單列車的檢測(cè)煤量可達(dá)1噸以上，是傳統(tǒng)1克煤樣檢測(cè)量的百萬(wàn)倍，使得樣品代表性大幅提升。

對(duì)此，中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)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(cè)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(diǎn)問題的具體實(shí)踐，是聚焦源頭技術(shù)創(chuàng)新的勇敢探索。這項(xiàng)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(chǎng)景

目前，煤質(zhì)快速檢測(cè)裝置已在國(guó)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(duì)10000余批樣品、4億余噸商品煤進(jìn)行了檢測(cè)，可在高低溫、粉塵、震動(dòng)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(shí)現(xiàn)了煤質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)、實(shí)時(shí)、透明、共享。

同時(shí)，該技術(shù)也為煤炭消費(fèi)領(lǐng)域帶來了重要突破。在中國(guó)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(shí)現(xiàn)了煤炭數(shù)質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取和實(shí)時(shí)結(jié)算，檢測(cè)精度達(dá)到傳統(tǒng)煤質(zhì)檢測(cè)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(wàn)元。

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

煤制油項(xiàng)目對(duì)煤質(zhì)指標(biāo)有嚴(yán)格要求，未使用煤質(zhì)快檢裝置時(shí)，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(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)配煤以來，煤制油項(xiàng)目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。張杰說，預(yù)計(jì)煤制油項(xiàng)目每年減少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(wàn)元。

國(guó)家能源集團(tuán)未來將聯(lián)手海康威視，加速推進(jìn)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。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(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；同時(shí)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(dòng)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。

10月24日10時(shí)，在國(guó)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(duì)當(dāng)天裝車外運(yùn)的商品煤煤質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。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(jiǎn)挝弧?/p>

這套設(shè)備就是融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用設(shè)備。目前，融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)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(guó)煤炭數(shù)質(zhì)量管控邁入人工智能時(shí)代。

國(guó)家能源集團(tuán)董事長(zhǎng)劉國(guó)躍表示，融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)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(guó)資央企三個(gè)作用的最新行動(dòng)，也是以人工智能催生自主顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的重大實(shí)踐，對(duì)于促進(jìn)人工智能高水平場(chǎng)景應(yīng)用具有重要里程碑意義。

煤質(zhì)檢測(cè)存在痛點(diǎn)

煤炭是我國(guó)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(zhǎng)期以來，化學(xué)檢測(cè)方法一直是人們與煤炭對(duì)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(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、近紅外光譜等技術(shù)路線。

然而，由于檢測(cè)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(guó)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(guó)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(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。

為紓解行業(yè)之困，消除煤質(zhì)檢測(cè)痛點(diǎn)，2022年6月，國(guó)家能源集團(tuán)聯(lián)合海康威視正式啟動(dòng)煤質(zhì)快速檢測(cè)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(yàn)證，團(tuán)隊(duì)完成了首臺(tái)基于6毫米煤炭樣品的在線式融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)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mdash;mdash;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+1gt;2的效果。該技術(shù)路線大大提升了對(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)。

新設(shè)備可高效透明在線檢測(cè)

融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)裝置研制完成后，研究團(tuán)隊(duì)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(duì)國(guó)內(nèi)外上百種煤種的檢測(cè)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(cè)技術(shù)是一項(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(gè)學(xué)科內(nèi)容，可快速對(duì)煤炭進(jìn)行準(zhǔn)確、無損分析，實(shí)現(xiàn)煤炭供需兩端全流量實(shí)時(shí)在線全自動(dòng)檢測(cè)。

更重要的是，融合光譜煤質(zhì)快速檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)無人干預(yù)檢測(cè)模式，改變了傳統(tǒng)制樣、化驗(yàn)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(cè)模式。

以往，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，至少需要2次傳統(tǒng)化學(xué)煤質(zhì)檢測(cè)，且每次制樣、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。煤質(zhì)快檢技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煤質(zhì)信息的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)獲取，極大地提高了煤質(zhì)檢測(cè)效率。

同時(shí)，新技術(shù)在檢測(cè)時(shí)采集的樣品量也呈指數(shù)級(jí)增加，比如單列車的檢測(cè)煤量可達(dá)1噸以上，是傳統(tǒng)1克煤樣檢測(cè)量的百萬(wàn)倍，使得樣品代表性大幅提升。

對(duì)此，中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)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(cè)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(diǎn)問題的具體實(shí)踐，是聚焦源頭技術(shù)創(chuàng)新的勇敢探索。這項(xiàng)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(chǎng)景

目前，煤質(zhì)快速檢測(cè)裝置已在國(guó)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(duì)10000余批樣品、4億余噸商品煤進(jìn)行了檢測(cè)，可在高低溫、粉塵、震動(dòng)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(shí)現(xiàn)了煤質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)、實(shí)時(shí)、透明、共享。

同時(shí)，該技術(shù)也為煤炭消費(fèi)領(lǐng)域帶來了重要突破。在中國(guó)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(shí)現(xiàn)了煤炭數(shù)質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取和實(shí)時(shí)結(jié)算，檢測(cè)精度達(dá)到傳統(tǒng)煤質(zhì)檢測(cè)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(wàn)元。

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

煤制油項(xiàng)目對(duì)煤質(zhì)指標(biāo)有嚴(yán)格要求，未使用煤質(zhì)快檢裝置時(shí)，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(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)配煤以來，煤制油項(xiàng)目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。張杰說，預(yù)計(jì)煤制油項(xiàng)目每年減少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(wàn)元。

國(guó)家能源集團(tuán)未來將聯(lián)手海康威視，加速推進(jìn)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。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(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；同時(shí)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(dòng)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。