AI智测“质”在必得 联合创新“炭”索未来
煤炭，是国家能源的基石。煤质，是人类深入探索并优化煤炭应用的核心。早在千余年前，华夏先民就根据煤炭的颜色、燃烧性质和矿层特点等方面，将煤炭分为黑煤、红煤、灰煤等类型，并分别应用于家用、冶炼。然而，人们长久以来依赖传统化学检测方法作为与煤炭“沟通”的桥梁，始终面临着低效率、高成本的煤质检测难题，如枷锁般束缚着煤炭产业链与供应链的发展步伐。
拼搏成就梦想，创新引领未来。2024年10月24日，由国家能源集团携手中国电子科技集团旗下海康威视联合创新研发的“融合光谱煤质快速检测技术”正式发布，标志着我国在煤质检测研发应用领域取得重大突破，并首次在煤炭生产、电力、化工等全产业链成功示范应用。这项集煤质快检核心装置、AI模型与数质量管控平台于一体的技术，实现人工智能、光谱学等多学科交叉融合，可以在线检测6毫米煤样的热值、全硫、灰分、全水等指标，改变了传统煤质检测取样、制样、化验的复杂流程，构建起高效、透明的在线检测模式，让长期制约煤炭产业链供应链绿色安全发展的“卡脖子”问题迎刃而解。
深耕“非常必要”领域
聚焦技术源头创新
长久以来，低效率、高成本的传统煤质化验手段，严重制约了煤炭清洁高效利用。如今，这一局面正在被改写，能源领域一场前所未有的技术革新已悄然开启。
责任驱动创新，创新引领进步。国家能源集团作为全球最大的煤炭经销商，解决煤质检测的痛点问题，是义不容辞的责任使命，也是高质量发展的内在需求。2021年6月，在国家能源集团与海康威视开展的交流座谈会上，国家能源集团提出联合攻关光谱法煤质快检的技术设想。 经过多次调研和交流，2022年6月，双方决定正式启动以光谱技术进行煤质检测的可行性研究，强调要秉持“非我不可”的担当，深耕“非常必要”的领域，坚定“非干成不行”的决心，推动央企融合生态协作，聚焦技术源头创新，以合抱之力攻克煤炭产业链供应链中的煤质检测“痛点”“难点”。
此前，国内外进行过大量的煤质快检技术研发，逐步形成中子活化、双能伽马射线、X射线吸收、近红外光谱（NIRS）等技术路线，但由于检测精度和放射源安全隐患等因素，一直未有形成大规模产业化应用的成熟可靠技术。其难点就在于煤炭成分过于复杂，利用单一感知技术手段和传统信号处理算法，难以达到高精度、多指标、速度快的检测要求。
“就像人的耳朵和眼睛，分开有各自的用途，也都有局限，但合起来会让人对世界的感知变得更全面、更强”，在研发之初，团队尝试用单个红外技术来检测，仅能对煤炭中有机成分进行感应，对无机成分效果不理想，严重影响人工智能算法的精度。关键时刻，研发人员提出：“海康有非常丰富的感知技术，也有把这些技术相互融合的能力和经验，那我们煤质快检是否也可以尝试这种方式呢？”他们把“潜在”感知技术都列了出来，测试了微波、激光等技术，经过3个多月的钻研试验，终于发现X射线荧光（XRF）对煤中的灰分和硫分具有较好响应，稳定性良好，灵敏度高，辐射较低，并能与近红外技术很好地互补。这别具匠心的融合光谱技术路线，将对煤炭有机成分有较好响应的近红外光谱技术和对煤炭无机成分有较好响应的X射线荧光技术相结合，发挥出“1+1>2”的效果，大大提升了对热值、水分、灰分、硫分等煤炭成分探测的准确性，具有高精度、高安全性、检测指标全面等优势。
技术路线确定后，研发团队的劲头更足了。从2022年6月底一个架子搭载4个传感器的“毛坯版”设备，到11月中旬完成0.2毫米离线一体机的开发，研发团队用“迭代软件的速度迭代硬件设备”，仅用时半年就迭代出4个硬件版本。经过在实验室里6个月的多轮系统设计迭代，超过1000份煤样融合光谱数据的采集，2022年12月，基于0.2毫米煤样的融合光谱煤质快检离线装置开发完成并进入现场试验阶段，一项自煤炭大规模工业化应用300年来的重要技术创新含苞欲放。
发挥体制优势
展现“非我不可”担当
2022年12月，0.2毫米离线样机运至神东煤炭、电科院进行测试。虽然在不断调试和验证后达到了稳定准确的检测效果，但离线的检测方式，仍需要人工制好煤粉，再拿到设备处投样检测。无法在生产线上实时检测煤质成分，达不到大规模投入使用的条件。
要干就干到最好！研发团队再接再励，经过国能煤质检测技术专家和海康威视算法专家的集中研讨、试验，发现6毫米粒度既能满足检测效率，检测准确性、稳定性和时效性方面总体最优，最终确定将检测煤样从0.2毫米调整为6毫米。大家又马不停蹄赶往多处应用场景，不断让煤质快检设备去适应复杂的现场条件。2023年6月底，研发团队开发出一套涵盖采样、预处理在内的6毫米煤样在线检测系统，并在实验室实现稳定运行。此外，通过皮带上预处理结构对煤样整形，使煤流表面平整、颗粒分布均匀，更好提升光谱数据的稳定性，提高检测精度。
2023年7月，研发团队将6毫米在线样机投入生产现场，在第一个试点神东煤炭得以顺利运行。但是，煤炭种类不同，检测情况也会不同。为了覆盖更多煤种，提高检测精度，2024年1月，6毫米在线样机分别在胜利能源、黄骅港务等9家试点项目现场完成安装并进行试运行。综合各试点项目试运行结果后，研发团队发现检测精度未达到预期，与人工检测数据比对仍存在一定偏差。为攻克难题，研发团队从根源上找原因，认真复盘，最终找出影响检测精度的核心因素，数据模型适应性不强，对陌生煤种无法精准识别。要实现“开方诊疗”，就需要大量的高质量光谱煤质数据集，达到对我国现有煤种的全覆盖，这对研发团队来说，是难以想象的艰巨任务和巨大挑战。
关键时刻，国家能源集团发挥新型举国体制优势，采取“集团化作战”方针，调动组织相关35家子分公司、上千人参加攻关会战，充分发挥“煤电运化”全产业链优势，利用集团四大产煤区、黄骅港、电厂、煤化工等应用场景。经过历时约9个月的技术攻坚，广泛收集国内外300多万条历史煤质数据，以10万多组高质量光谱煤质数据实现了99%以上煤种范围覆盖，检测煤种覆盖全集团内外合计超过398种煤种。
在高质量光谱煤质数据集的基础上，煤质快检技术检测精度在短时间快速提升，复杂煤种的通过率从60%左右迅速提升到100%。2024年在国家能源集团四大产煤区、港口、销售、电厂、化工产业共9家单位示范应用以来，对10000余批样品、4亿余吨商品煤进行了检测，历经高低温、粉尘、震动以及高湿度、电磁干扰等各种严苛环境条件，均稳定运行。检测精度达到传统化学方法水平，累计平均偏差趋于零，煤炭数量和质量具备“在线测量”基础。
一列煤从上游装车站台装车发出，到下游用煤单位卸车验收，依赖传统化学煤质检测至少要经历2次检测，制样、取样、化验过程平均需要8到24小时。应用煤质快检技术后，仅需2分钟即可获取涵盖热值、全硫、灰分、全水等指标的检测结果，实现煤质信息的实时精准获取；整列车传统化学检测煤样量仅1克，煤质快检技术检测煤量可达1吨以上，样品代表性和检测效率大幅提升；全程实现自动无人干预，改变了传统制样、化验的复杂流程，杜绝人为因素的干扰，构建起高效、透明的在线检测模式。
形成商业模式
持续引领产业升级
创新“成果”必须转化为发展“结果”，煤质快检技术本身就是从解决煤炭行业“痛点”“难点”应运而生的，就要坚持“技术产品化、产品产业化”的市场化应用的实施路径。
为实现这一目标，国家能源集团融合区块链、煤质快检、大数据等新型技术，先行先试“在线测量+数字监管”的新型煤炭数质量管控模式，依托区块链技术实时采集接入煤电化运全产业链条，从煤矿、外购煤站台、港口、电力、化工等297家单位、累计1134台的轨道衡、汽车衡、煤质快检等设备源头实时采集数量和质量数据，形成了全环节、全流程完整的数据监控链条，打造“全景、真实、准确、快速、透明”的煤炭数质量管控平台。未来可升级为国家级煤炭数质量大数据共享管控平台，实现全国煤质数据全景感知，化解供需两端数据矛盾，建立起快速结算新型模式，具备降低千亿级资金沉淀成本的应用空间。
同时，国家能源集团深度融合煤炭、电力及化工产业生产、运输、耗用、销售等大数据，扩大煤质快检技术应用空间，为能源资源优化配置、煤炭智慧洗选提质，煤电清洁高效燃烧，煤化工高端化和多元化转化，煤基污染物协同控制，碳足迹及碳追踪监控等产业生态提供大数据支撑，持续催生新产业、新模式、新动能。
经过三年来的不懈努力，煤质快检催生的新质生产力已初显成效。在胜利能源以煤质快检、定量仓、汽车衡等实时采集数据，实现了对华能、大唐、京能、蒙能、华润等客户的试点结算全覆盖，截至目前已经实现超900万吨的快速结算，累计偏差仅13大卡；国能福州电厂计划将煤质快检技术应用于锅炉燃烧优化调整，可使燃料的供给量与锅炉的热负荷需求相匹配，达到最佳燃烧效果，同时能够实现锅炉水冷壁腐蚀状态诊断，助力燃煤发电向数字化、智能化方向迈进。
宁夏煤业煤制油项目气化炉和锅炉对煤质指标有严格要求，未使用煤质快检设备前，相关指标合格率为81.18%。从今年3月8日开始使用煤质快检设备检测数据指导配煤以来，在化工配煤过程中实时输出煤流的成分数据，提供精准掺配烧方案，配煤灰分合格率接近百分之百，长期保持原料煤灰分稳定，气化炉平均运行周期可延长30天以上，预计每年减少5台炉大修，检修工作量降低10%左右，每年降低生产及检维修成本约2000万元。国能黄骅港务以煤质快检技术代替传统采制化方式后，每年就可节省采制化成本超千万元。同时利用煤质快检数据，制定港口产业装船精准配煤作业方案，指导和优化港口装卸自动排产系统，进一步驱动港口高效生产，提高装卸效率。
乘风破浪潮头立，扬帆起航正当时。国家能源集团将深入贯彻落实党的二十届三中全会精神，深化科技体制改革，完善贯穿基础研究、技术创新、成果转化和产业化体制机制，加速煤质快检技术的谱系化、产品系列化、应用规模化、管控体系化发展，加快推动煤质快检技术创新“成果”转化为能源产业高质量发展“结果”，以创新为驱动，重塑管理模式链条，引领煤炭统一大市场建设和清洁高效利用，更好服务国家能源安全新战略。
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