煤炭數質量管控邁入人工智能時代

10月24日10時，在國家能源集團準能集團黑岱溝露天煤礦，安裝于準能選煤廠785商品煤膠帶機中部的一套新設備，正在對當天裝車外運的商品煤煤質進行實時檢測。僅兩分鐘后，涵蓋發(fā)熱量、水分、灰分、硫分等指標的數據信息就傳輸到下游用煤單位。

這套設備就是融合光譜煤質快速檢測技術的應用設備。目前，融合光譜煤質快速檢測技術已在煤炭生產、電力、運輸、化工等產業(yè)鏈成功示范應用，標志著我國煤炭數質量管控邁入人工智能時代。

國家能源集團董事長劉國躍表示，融合光譜煤質快速檢測技術的成功研發(fā)，是“央企聯合+技術融合”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創(chuàng)新的重大實踐，對于促進人工智能高水平場景應用具有重要里程碑意義。

煤質檢測存在痛點

煤炭是我國的能源基石。煤質是人們深入探索并優(yōu)化煤炭應用的核心。長期以來，化學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業(yè)與供應的發(fā)展步伐。

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。

“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，這些新的技術路線一直未能形成可大規(guī)模產業(yè)化應用的成熟可靠技術。”國家能源集團煤炭數質量技術監(jiān)督服務中心常務副主任，國電環(huán)境保護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。

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

應用結果表明，這一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。該技術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確性，具有高精度、高安全性、檢測指標全面等優(yōu)勢。

新設備可高效透明在線檢測

融合光譜煤質快速檢測裝置研制完成后，研究團隊又歷經28次數據集擴充，3次迭代更新，搭建了煤質快檢AI模型。該模型對國內外上百種煤種的檢測通過率都保持在95%以上。

在張杰看來，融合光譜煤質快速檢測技術是一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創(chuàng)新性技術，交叉融合了人工智能、光譜學及化學等多個學科內容，可快速對煤炭進行準確、無損分析，實現煤炭供需兩端全流量實時在線全自動檢測。

更重要的是，融合光譜煤質快速檢測技術實現了自動無人干預檢測模式，改變了傳統(tǒng)制樣、化驗的復雜流程，杜絕人為因素干擾，構建起高效、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)化學煤質檢測，且每次制樣、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。煤質快檢技術實現了煤質信息的實時精準獲取，極大地提高了煤質檢測效率。

同時，新技術在檢測時采集的樣品量也呈指數級增加，比如單列車的檢測煤量可達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)協會副會長李延江認為，當前，煤炭行業(yè)數智化轉型是煤炭行業(yè)改革發(fā)展的主要任務。煤質快速檢測技術是以人工智能解決煤炭生產、加工、利用等環(huán)節(jié)中痛點問題的具體實踐，是聚焦源頭技術創(chuàng)新的勇敢探索。這項技術的應用必將全面推進煤炭產業(yè)“向綠”“向新”發(fā)展。

應用于電力化工等場景

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

同時，該技術也為煤炭消費領域帶來了重要突破。在中國華能集團錫林郭勒熱電廠，煤質快檢與皮帶秤數據的不落地快速結算模式，實現了煤炭數質量數據的自動獲取和實時結算，檢測精度達到傳統(tǒng)煤質檢測水平，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，煤質快速檢測裝置還在國家能源集團寧夏煤業(yè)的煤制油項目中得到應用。

“煤制油項目對煤質指標有嚴格要求，未使用煤質快檢裝置時，相關指標合格率為81.18%。今年3月8日開始，使用煤質快檢裝置檢測數據指導配煤以來，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，氣化爐平均運行周期可延長30天以上。”張杰說，預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，每年降低生產及檢維修成本約2000萬元。

國家能源集團未來將聯手?？低?，加速推進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。依托煤質快檢技術建設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;同時通過標準的研制和推廣，為行業(yè)內的技術交流等提供共同的基準，推動煤質快檢技術不斷向更高水平發(fā)展，加速行業(yè)認可和產業(yè)化進程。