煤炭数质量管控迈入人工智能时代

技术人员在现场调试设备技术参数。

图为煤质快检核心检测装置。受访单位供图

10月24日10时，在国家能源集团准能集团黑岱沟露天煤矿，安装于准能选煤厂785商品煤胶带机中部的一套新设备，正在对当天装车外运的商品煤煤质进行实时检测。仅两分钟后，涵盖发热量、水分、灰分、硫分等指标的数据信息就传输到下游用煤单位。

这套设备就是融合光谱煤质快速检测技术的应用设备。目前，融合光谱煤质快速检测技术已在煤炭生产、电力、运输、化工等产业链成功示范应用，标志着我国煤炭数质量管控迈入人工智能时代。

国家能源集团董事长刘国跃表示，融合光谱煤质快速检测技术的成功研发，是“央企联合+技术融合”路线、更好发挥国资央企三个作用的最新行动，也是以人工智能催生自主颠覆性技术创新的重大实践，对于促进人工智能高水平场景应用具有重要里程碑意义。

煤质检测存在痛点

煤炭是我国的能源基石。煤质是人们深入探索并优化煤炭应用的核心。长期以来，化学检测方法一直是人们与煤炭“对话”的桥梁。但该方法始终存在低效率、高成本的问题，如枷锁般束缚着煤炭产业与供应的发展步伐。

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。

“然而，由于检测精度不够高以及放射源存在安全隐患等问题，这些新的技术路线一直未能形成可大规模产业化应用的成熟可靠技术。”国家能源集团煤炭数质量技术监督服务中心常务副主任，国电环境保护研究院有限公司党委书记、执行董事张杰说，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。

为纾解行业之困，消除煤质检测痛点，2022年6月，国家能源集团联合海康威视正式启动煤质快速检测技术研发，并确定了近红外和X射线荧光融合光谱技术路线。经过多轮方案验证，团队完成了首台基于6毫米煤炭样品的在线式融合光谱煤质快速检测装置开发，并进行了大规模示范应用。

应用结果表明，这一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。该技术路线大大提升了对热值、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。

新设备可高效透明在线检测

融合光谱煤质快速检测装置研制完成后，研究团队又历经28次数据集扩充，3次迭代更新，搭建了煤质快检AI模型。该模型对国内外上百种煤种的检测通过率都保持在95%以上。

在张杰看来，融合光谱煤质快速检测技术是一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创新性技术，交叉融合了人工智能、光谱学及化学等多个学科内容，可快速对煤炭进行准确、无损分析，实现煤炭供需两端全流量实时在线全自动检测。

更重要的是，融合光谱煤质快速检测技术实现了自动无人干预检测模式，改变了传统制样、化验的复杂流程，杜绝人为因素干扰，构建起高效、透明的在线检测模式。

以往，煤从上游装车站台装车发出，到下游用煤单位卸车验收，至少需要2次传统化学煤质检测，且每次制样、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。煤质快检技术实现了煤质信息的实时精准获取，极大地提高了煤质检测效率。

同时，新技术在检测时采集的样品量也呈指数级增加，比如单列车的检测煤量可达1吨以上，是传统1克煤样检测量的百万倍，使得样品代表性大幅提升。

对此，中国煤炭工业协会副会长李延江认为，当前，煤炭行业数智化转型是煤炭行业改革发展的主要任务。煤质快速检测技术是以人工智能解决煤炭生产、加工、利用等环节中痛点问题的具体实践，是聚焦源头技术创新的勇敢探索。这项技术的应用必将全面推进煤炭产业“向绿”“向新”发展。

应用于电力化工等场景

目前，煤质快速检测装置已在国家能源集团煤炭、电力、化工、港口、销售等9家单位运行近两年，对10000余批样品、4亿余吨商品煤进行了检测，可在高低温、粉尘、震动以及高湿度、电磁干扰等严苛环境条件下稳定运行，实现了煤质检测数据的真实、实时、透明、共享。

同时，该技术也为煤炭消费领域带来了重要突破。在中国华能集团锡林郭勒热电厂，煤质快检与皮带秤数据的不落地快速结算模式，实现了煤炭数质量数据的自动获取和实时结算，检测精度达到传统煤质检测水平，交易资金沉淀成本大幅降低，每月可减少资金成本17余万元。

更重要的是，煤质快速检测装置还在国家能源集团宁夏煤业的煤制油项目中得到应用。

“煤制油项目对煤质指标有严格要求，未使用煤质快检装置时，相关指标合格率为81.18%。今年3月8日开始，使用煤质快检装置检测数据指导配煤以来，煤制油项目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。”张杰说，预计煤制油项目每年减少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。

国家能源集团未来将联手海康威视，加速推进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。依托煤质快检技术建设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;同时通过标准的研制和推广，为行业内的技术交流等提供共同的基准，推动煤质快检技术不断向更高水平发展，加速行业认可和产业化进程。( 陆成宽)