華南

從探索煤氣化到參與煤化工及人工智能應(yīng)用研究，國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院（簡(jiǎn)稱“低碳院”）人工智能應(yīng)用技術(shù)研究中心副主任劉臻事業(yè)的每一步，都在追求煤化工高端化、多元化、低碳化，與科技賦能煤炭清潔轉(zhuǎn)化利用緊密相關(guān)。在他看來(lái)，這是大勢(shì)所趨，也與低碳院“奮力打造國(guó)家戰(zhàn)略科技力量，全心服務(wù)國(guó)家能源‘雙碳目標(biāo)”的愿景相吻合。

開(kāi)創(chuàng)性的工作總是伴隨著對(duì)未知的探索，面對(duì)困難與挑戰(zhàn)是家常便飯，劉臻卻并不多言于此，而是常說(shuō)幸運(yùn)與感恩?！皯c幸生逢其時(shí)，感恩低碳院提供了寬廣、自由的發(fā)展空間，能夠讓我有機(jī)會(huì)探索，有勇氣創(chuàng)新，有信心前行?！?h3>探路國(guó)家能源集團(tuán)首套煤氣化關(guān)鍵共性技術(shù)中試研發(fā)平臺(tái)

煤炭清潔轉(zhuǎn)化的路，劉臻走了十余年。

2011年8月1日，他從日本回國(guó)，正式入職低碳院。當(dāng)時(shí)低碳院成立兩年多，剛剛?cè)腭v位于北京市昌平區(qū)的未來(lái)科學(xué)城。采訪時(shí)，劉臻指著窗外回憶到，那時(shí)院子里的綠化剛剛開(kāi)始，樹栽下不久，沒(méi)有成蔭。周圍配套設(shè)施不太完善，連食堂都還沒(méi)有建起來(lái)，一排板房暫時(shí)被用作食堂。但低碳院快速發(fā)展的勢(shì)頭和重視人才、重視原始創(chuàng)新的氛圍吸引了他?！霸诖蠖鄶?shù)人不知‘低碳為何物時(shí)，我們?cè)喝∶麨椤吞荚?，足以?jiàn)得遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)。那個(gè)時(shí)候，低碳院的行業(yè)資深專家就有20多位，他們中大多數(shù)有深厚的專業(yè)背景和國(guó)際化視野，而且院里對(duì)科技創(chuàng)新持非常開(kāi)放、鼓勵(lì)的態(tài)度，給予很大支持。這讓我感覺(jué)低碳院干事創(chuàng)業(yè)的平臺(tái)特別好?！?/p>

劉臻還記得，自己在低碳院參與的第一個(gè)項(xiàng)目是低階煤提質(zhì)項(xiàng)目，屬于煤炭清潔轉(zhuǎn)化技術(shù)，與他此前在日本工作的工程化應(yīng)用背景比較契合。從熟悉的領(lǐng)域入手，劉臻在工作上迅速進(jìn)入了狀態(tài)。

潔凈煤技術(shù)旨在減少煤炭使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響，包括減少溫室氣體排放、降低污染物排放、提高轉(zhuǎn)化效率等，這對(duì)于世界第一大煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)國(guó)——中國(guó)而言，具有重要意義。而煤氣化是煤炭清潔轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)之一，建立小試和中試煤氣化實(shí)驗(yàn)裝置，是開(kāi)展新型煤氣化技術(shù)研發(fā)的重要基礎(chǔ)。彼時(shí)，低碳院的煤氣化技術(shù)研發(fā)工作剛剛起步。2015年，劉臻率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，在集團(tuán)核心產(chǎn)區(qū)原料煤的氣化特性研究基礎(chǔ)上，開(kāi)始了原神華集團(tuán)首套煤氣化關(guān)鍵共性技術(shù)中試研發(fā)平臺(tái)（簡(jiǎn)稱“中試研發(fā)平臺(tái)”）的創(chuàng)建，為后續(xù)更深層次的技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

寫項(xiàng)目建議書、找場(chǎng)地、采購(gòu)招標(biāo)、合同談判、設(shè)計(jì)施工管理……很多此前不擅長(zhǎng)的工作，都需要?jiǎng)⒄橐灰幻鎸?duì)，并帶頭沖在前面。他說(shuō)自己不怕困難，“即使團(tuán)隊(duì)有分工，對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，我還是要全面把控。挑戰(zhàn)來(lái)了，就迎接挑戰(zhàn)；不擅長(zhǎng)的事，努力讓自己擅長(zhǎng)?！?/p>

“中試研發(fā)平臺(tái)”的工藝流程與實(shí)際工廠基本一致，關(guān)鍵設(shè)備和工藝參數(shù)都對(duì)標(biāo)工業(yè)裝置，相當(dāng)于縮小版的煤氣化車間，麻雀雖小五臟俱全。因此建設(shè)中試研發(fā)平臺(tái)涉及方方面面的工作，首先要找到適于建設(shè)平臺(tái)的場(chǎng)地。劉臻在國(guó)家能源集團(tuán)科技部和低碳院領(lǐng)導(dǎo)的幫助下，廣泛調(diào)研了大量備選場(chǎng)地，最終確定了與山西省太原市一家企業(yè)合作，聯(lián)合建設(shè)中試研發(fā)平臺(tái)。

2016年6月1日，太原市小店區(qū)一片荒地上，中試研發(fā)平臺(tái)正式開(kāi)工動(dòng)土?！爸性囇邪l(fā)平臺(tái)從設(shè)計(jì)、建設(shè)到設(shè)備安裝，再到調(diào)試、開(kāi)車，整個(gè)過(guò)程都挺磨煉人的?！眲⒄檎f(shuō)，后期管道安裝時(shí)，因?yàn)榭臻g狹小，進(jìn)度一度很慢，“我們就每天從早到晚盯在現(xiàn)場(chǎng)。”

安裝、調(diào)試中試研發(fā)平臺(tái)的五個(gè)多月時(shí)間里，劉臻形容團(tuán)隊(duì)的狀態(tài)是“897”（早上8點(diǎn)上班，晚上9點(diǎn)下班，一周工作7天）。在緊鑼密鼓的建設(shè)中，劉臻看著中試研發(fā)平臺(tái)從無(wú)到有、由框架到設(shè)施完善，一點(diǎn)點(diǎn)從平地上“長(zhǎng)”起來(lái)。他坦言并無(wú)太多驚喜，更多是按照進(jìn)度如期完成工作的踏實(shí)和欣慰。那一年，劉臻和團(tuán)隊(duì)8人全年出差近300天。

一年后的6月，中試研發(fā)平臺(tái)萬(wàn)事俱備，終于要“開(kāi)車”了。

初次投料試車的工作從上午開(kāi)始準(zhǔn)備，烘爐、建立煤粉循環(huán)、投料、觀測(cè)數(shù)據(jù)……劉臻和團(tuán)隊(duì)成員10多個(gè)人不眠不休40多個(gè)小時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)籌備試驗(yàn)。煤氣化試驗(yàn)開(kāi)始后，試驗(yàn)人員只能通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上顯示的數(shù)據(jù)指標(biāo)判斷進(jìn)展。“試驗(yàn)中，送料后大概十幾秒，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠反映試驗(yàn)數(shù)據(jù)。那十幾秒我感覺(jué)很漫長(zhǎng)，是從建設(shè)中試平臺(tái)到第一次試驗(yàn)結(jié)束的一年里，我最難忘的一段時(shí)間?！眲⒄橹两癖Ａ糁囓嚂r(shí)，他和團(tuán)隊(duì)成員在總控室里盯著試驗(yàn)進(jìn)度的照片，專注而鎮(zhèn)定。

最終，氣化裝置一次性點(diǎn)火成功，并圓滿完成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的平焰型燒嘴性能考核試驗(yàn)，合成氣中有效氣含量達(dá)到90%以上。

“希望試驗(yàn)平臺(tái)最大限度為生產(chǎn)服務(wù)”

煤炭氣化是指在特定的設(shè)備內(nèi)，在一定溫度及壓力下使煤中有機(jī)質(zhì)與氣化劑發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有一氧化碳、氫氣、甲烷等可燃?xì)怏w和二氧化碳、氮?dú)獾确强扇細(xì)怏w的合成氣的過(guò)程。

因?yàn)槊旱男再|(zhì)復(fù)雜，這個(gè)看似原理簡(jiǎn)單的過(guò)程，在實(shí)際中存在著諸多不確定性。劉臻舉例介紹，兩種煤，分析數(shù)據(jù)相似，應(yīng)用于煤氣化過(guò)程后，氣化效果可能相差很大，這就需要對(duì)煤的氣化過(guò)程開(kāi)展更深入的研究。

同時(shí)，煤在進(jìn)入氣化爐前大多需要與氣體或者液體混合，而這種氣固或液固兩相混合物的流動(dòng)過(guò)程是非常復(fù)雜的。最典型的例子就是，在描述干煤粉氣化過(guò)程時(shí)，一般都是假設(shè)氣體和煤粉是在混合均勻的狀態(tài)下進(jìn)入氣化爐的，但實(shí)際上隨著氣固兩相流流態(tài)的變化，極端條件下可能發(fā)生進(jìn)入氣化爐的氣固比例失衡，這一秒全是氣，而下一秒全是煤，造成氣化爐的運(yùn)行產(chǎn)生波動(dòng)。這是煤氣化面臨的一大挑戰(zhàn)，也是劉臻致力于利用中試研發(fā)平臺(tái)解決的問(wèn)題。劉臻說(shuō)：“讓可能發(fā)生的問(wèn)題在中試研發(fā)平臺(tái)上充分暴露，最大限度避免實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中出現(xiàn)大問(wèn)題?！?/p>

科技成果轉(zhuǎn)化是將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑。基于“利用中試研發(fā)平臺(tái)能夠?yàn)樯a(chǎn)一線服務(wù)”的心愿，多年來(lái)，劉臻帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一次次將創(chuàng)新想法付諸實(shí)踐，開(kāi)展復(fù)雜煤種氣化適應(yīng)性等試驗(yàn)，解決煤氣化關(guān)鍵共性問(wèn)題和協(xié)同處理煤化工含碳固廢，探索開(kāi)發(fā)低成本、高可靠性的煤氣化技術(shù)，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，加快科研成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化推進(jìn)，為煤炭清潔高效利用提供技術(shù)支撐。

作為原創(chuàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的“副產(chǎn)品”，劉臻將積累氣化煤-爐耦合特性經(jīng)驗(yàn)，包括如何針對(duì)氣化技術(shù)選擇適合的原料煤，也毫無(wú)保留地面向生產(chǎn)企業(yè)普及、推廣?！捌髽I(yè)非常需要，很受歡迎。”劉臻說(shuō)，市場(chǎng)上主要有兩種煤，一種是百姓熟知的、用于火力發(fā)電的動(dòng)力煤；另外一種是化工廠用的原料煤。煤化工廠氣化原料煤的選擇和配比，直接關(guān)系到氣化爐運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性以及用戶的生產(chǎn)成本。

2022年，國(guó)能煤炭經(jīng)營(yíng)分公司向廣西一家原料煤用戶推廣一種新的品種煤，劉臻帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)趕往廣西，實(shí)地指導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行配比，并在那里跟蹤指導(dǎo)了試燒試驗(yàn)，連續(xù)在廣西待了近兩個(gè)月?？粗I(yè)試燒的結(jié)果不斷向好，企業(yè)方面的技術(shù)人員對(duì)劉臻說(shuō)：“真的很盼望國(guó)家能源集團(tuán)能夠持續(xù)提供這樣優(yōu)質(zhì)的品種煤。”

劉臻說(shuō)，工科人往往不太感性，不太會(huì)表達(dá)感情，但這樣的感謝，他聽(tīng)到過(guò)很多次?！霸诳蛻裘媾R原料煤價(jià)格上漲、經(jīng)營(yíng)壓力持續(xù)增大時(shí)，能幫助他們完成原料煤高質(zhì)量配比，切實(shí)提升經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于研發(fā)人員來(lái)說(shuō)是很欣慰的事，覺(jué)得前期所做努力都值得?！?/p>

在煤氣化領(lǐng)域，長(zhǎng)期以來(lái)有一個(gè)說(shuō)法是把煤“吃干榨凈”，“雙碳”目標(biāo)提出以來(lái)，劉臻結(jié)合自身的工作體會(huì)，把這個(gè)說(shuō)法改為，“要利用好每一個(gè)碳原子”。他解釋到，就是要通過(guò)提高煤炭的轉(zhuǎn)化效率，提高整個(gè)工廠的能量利用效率，盡量讓煤里的每一個(gè)碳原子，去往它該去的地方，而不是白白變成污染物或是二氧化碳而排放出去。

探路AI賦能煤化工產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用

十年煤氣化之路，劉臻對(duì)煤氣化試驗(yàn)和應(yīng)用中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入思考和分析，也對(duì)各單位、各車間、各系統(tǒng)之間因?yàn)椴荒芑ネǘ斐傻臄?shù)據(jù)浪費(fèi)而惋惜。他曾談到，信息技術(shù)成為企業(yè)提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、尋求持續(xù)發(fā)展的主要手段。相較于傳統(tǒng)石油化工，氣化裝置固體進(jìn)料更加復(fù)雜，數(shù)據(jù)取樣與儀表檢測(cè)難度更大，不確定性因素更多。大多數(shù)煤化工企業(yè)雖然在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化、經(jīng)營(yíng)管理自動(dòng)化等方面建設(shè)了很多信息化系統(tǒng)，但目前煤化工工廠還存在很多獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)，因?yàn)榉N種原因，這些系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息互通，在生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、指揮、安全生產(chǎn)等業(yè)務(wù)的決策方面還需要大量的人工干預(yù)，距離智能工廠和精益運(yùn)行的目標(biāo)還有一定距離。

2020年，劉臻率先探索了人工智能等新技術(shù)在煤炭和煤化工產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用，相關(guān)成果經(jīng)鑒定達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

“最初是偶然的契機(jī)，我參加一次集團(tuán)內(nèi)部交流會(huì)議時(shí)，聽(tīng)到一家生產(chǎn)企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)在發(fā)言時(shí)，希望科研單位能協(xié)助他們研究國(guó)內(nèi)首套特大型氣化爐所需的原料煤配比。我正好是干這個(gè)的，于是在一張紙上寫了初步想法給他。”就這樣，劉臻不但與企業(yè)達(dá)成了合作，而且在實(shí)際工作中，雙方團(tuán)隊(duì)紛紛在人工智能方面展開(kāi)了更多探索，更加關(guān)注前沿信息，在不知不覺(jué)中樹立了人工智能時(shí)代的新研發(fā)范式，共同朝著產(chǎn)業(yè)信息化、智能化方面邁出了第一步。

在劉臻看來(lái)，智能化是解決當(dāng)前煤化工提質(zhì)增效的必然手段之一，而自動(dòng)化和信息化是智能化的基礎(chǔ)。借助大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)數(shù)據(jù)的全面融合，強(qiáng)化集成分析與管理，達(dá)到對(duì)全流程智能運(yùn)行和管控的目標(biāo)?！啊吨袊?guó)制造2025》明確提出加快推動(dòng)新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)融合發(fā)展，把智能制造作為‘兩化深度融合的主攻方向，在重點(diǎn)領(lǐng)域試點(diǎn)建設(shè)智能工廠及數(shù)字化車間。通過(guò)引入數(shù)字技術(shù)，提供設(shè)備全生命周期的信息管理和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程信息透明化，提高生產(chǎn)效率、提升質(zhì)量降低成本和資源消耗，對(duì)自身的業(yè)務(wù)流程、經(jīng)營(yíng)管理模式、戰(zhàn)略決策等進(jìn)行重塑，從而使得煤化工企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效率和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力顯著提升。”

2023年，低碳院成立人工智能應(yīng)用技術(shù)研究中心，劉臻擔(dān)任副主任。橫跨煤氣化與人工智能兩大領(lǐng)域，他坦言“目前正邊學(xué)邊做”，期待更多既懂得人工智能，也了解煤化工的青年人才能夠加入隊(duì)伍。在劉臻帶動(dòng)下，團(tuán)隊(duì)先后有多名成員入選國(guó)家能源集團(tuán)青年科技創(chuàng)新先鋒、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)人工智能專業(yè)委員會(huì)委員、全國(guó)碳達(dá)峰碳中和計(jì)量技術(shù)委員會(huì)碳排放量計(jì)量分技術(shù)委員會(huì)委員。

早春時(shí)節(jié)，低碳院的院子里花草繁盛，流水潺潺。劉臻說(shuō)，他時(shí)常漫步低碳院，看樹已成蔭，感慨時(shí)光荏苒、發(fā)展之快，展望科技的未來(lái)，又該如何賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，讓自己“利用好每一個(gè)碳原子”的心愿，加速成為現(xiàn)實(shí)。

責(zé)任編輯 陳晰