配煤成本约占到焦炭生产成本的百分之九十,所以配煤技术是提高焦炭产品质量、降低焦炭生产成本一项最核心的技术,是扩大煤焦价差、把好“本、量、利”关系的关键控制点,直接影响和决定焦化企业的盈利能力。旭阳集团作为全球最大的独立焦炭生产商及供应商,创立伊始就十分注重炼焦配煤技术的研究,至今已有三十年的历史。旭阳配煤技术也从创业初的经验配煤、理论配煤到利用统计规律管理配煤,2005年升级为自动化配煤,2010年升级到计算机模拟配煤,2015年跃升至智能化配煤,实现了理论+经验+自动化+工业物联+大数据+人工智能的创新突破。截至目前,旭阳已成功开发上线六代智能配煤专家系统,不但降低了成本、节约了资源、保障了焦炭质量稳定,也为高炉提供了更好的定制化服务,实现了根据高炉对焦炭质量要求精准化生产、柔性化生产。
一、组建专班,形成配煤力量整合
随着旭阳事业的全国布局、全球开拓,旭阳集团焦炭产能不断扩大,兼并、托管的焦化厂越来越多。但是,规模的扩张也容易导致配煤队伍分散,而张开五指显然不如握紧拳头更具力量。为了有效解决这个问题,旭阳集团于2020年设立了跨园区、跨公司的配煤工作组,由负责技术、营销及焦化板块的集团领导共同担任组长,将配煤工作作为重中之重加大一体化统筹力度,并成立旭阳煤炭研究所,负责全集团的生产配煤和配煤研发,实施对各焦化园区和工厂配煤的组织、协调和管控,做到决策统一研究、调度统一指挥、力量统一使用、任务统一部署、课题统一攻关,集中优势兵力打歼灭战。
目前,旭阳煤炭研究所拥有专职配煤研发、生产和检测分析人员49人,其中硕士以上5人;投资500万元在旭阳集团邢台园区建设了集办公、研发和实验于一体的综合楼,采购配备多套实验小焦炉、扫描电子显微镜、X荧光光谱仪等先进煤焦检测分析设备,达到行业领先水平;增设旭阳煤炭研究专项奖励资金,及时奖励配煤研究取得显著成果和效益的人员。成立以来,旭阳煤炭研究所重点围绕行业“卡脖子”问题进行理论和技术研究,已经取得捣固焦在大高炉的应用、非炼焦煤大比例应用、硫转化精准预测等一系列具有重要价值的创新成果。
二、协作攻关,突破配煤关键技术
长期以来,旭阳集团高度重视与专业科研单位和高等院校的产学研协作,在配煤方面与鞍山热能院、北京煤科院建立了合作关系,并经常与太原理工大学、首钢技术研究院、包钢技术研究院、今日智库等单位进行技术交流和对标,取得了众多联合科研成果,突破了一系列关键核心技术。2021年10月,河北旭阳能源有限公司获得河北省产学研合作创新奖;2023年1月,河北中煤旭阳能源有限公司获授河北省产教融合型企业。
以旭阳与鞍山热能院合作开展的面向大高炉捣固焦炭产品质量升级项目为例。该项目经过一年多的系统调研、炼焦实验及实践验证等工作,建立了2000-3000立方米大高炉用捣固焦质量指标,明确了捣固焦与顶装焦差异及形成机理,实现了焦炭块度等指标有效提升,并已应用研究结果成功生产出低成本、高强度、大块度捣固焦炭,作为河北某钢铁集团2000立方米高炉主力焦,使用效果满意,高炉各项指标优异,满足高炉炉况稳定顺行和节焦降耗要求,使旭阳集团进一步扩大了大高炉用焦市场,展示了旭阳品牌和实力。
此外,该项目还形成了旭阳炼焦煤应用性分类与科学评价方法,科学指导煤炭性价比采购,降低采购成本,提高进厂煤质量稳定率。
在旭阳与有关方面强强联合的产学研协作当中,各方实现了共赢,集团自身的配煤技术实力得到了有力加强。以此为基础,旭阳集团进一步充实了为客户提供定制化生产和服务的强大能力,可根据客户需要迅速形成焦炭产品定制化生产和服务方案,满足各种大型高炉的需求。
三、数智升级,夯实配煤创新支撑
随着旭阳集团提出并实现“完全自动化、彻底自动化,完全信息化、彻底信息化”目标,全面加强和加快了自动化、信息化、数字化、智能化步伐,相继建设ERP系统、MES系统、LIMS系统、生产运营基础数据系统、焦炭身份证系统、生产调度系统、能源管理系统、大宗计量系统、物流“快进快出”系统、智慧运营指挥中心系统等一系列数字化项目,取得智能工厂、智慧园区及“旭阳云”工业互联网(2021年7月被工业互联网联盟授予“2020-2021年度企业数字化转型优秀实践案例”;2021年10月被国家工业和信息化部授予“国家级特色专业型工业互联网平台”)等重大数字化转型升级成果。
在运用数智化技术助推配煤创新上,旭阳集团成功开发出完全自主知识产权在业内自动化信息化智能化程度最高的智能配煤专家系统,实现了旭阳深耕焦化配煤技术和经验与信息化、大数据技术有机结合,能够充分发挥配煤专家经验、大幅提高配煤技术水平和配煤效率、不断拓展配煤降本和焦炭质量提升新的路径,不仅有力促进和贡献集团自身发展,也会推进旭阳智能配煤技术与服务输出,在进一步增强旭阳行业领导地位与品牌影响力的同时,更好赋能行业整体发展。
目前,旭阳正在运行的智能配煤专家系统是V6.0。该系统以实用、高效、降低配煤成本为原则,在V5.0基础上,汲取旭阳实际配煤经验,结合旭阳业务运营和实际生产特点及多年配煤研究成果,实现了配煤优化与焦炭质量预测算法模型的创新突破,实现了“两个支持、两个统一”(两个支持:一是支持生产配煤,实现了日常生产配煤、配煤技术创新及性价比采购分析等广泛高效应用;二是支持大数据和移动应用,结合AI人工智能、云平台、大数据和移动应用技术,适应智能工厂发展要求,形成了全集团统一的配煤专家系统以及旭阳以运营管理服务轻资产模式快速业务扩张的重要保障。两个统一:一是统一平台,建立了全集团配煤工作统一的平台以及配煤信息的统一格式、标准与集中存储;二是统一管理,完成了不同公司配煤经验在同一配煤优化工具的沉淀,提升了旭阳配煤技术的复制效率和能力),实现了系统功能最全面、技术最前沿、智能化水平最高,实现了系统与业务完美融合。就像2020年6月旭阳集团成功完成智能配煤专家系统V5.0开发上线时所达到的一样,V6.0通过对历代各版特别是V5.0之优势集成+核心技术+算法优化的体系化全面提升,做到系统整体能力更加强大、行业领先地位更加凸显。
指标预测方面:V6.0基于旭阳行业深耕经验、配煤样本数据及领域知识模型,构建了集配煤机理模型、智能算法模型和人工经验模型三者有机结合的质量预测模型,实现了焦炭成分Ad/St,d/FCad/Vdaf)、热态强度(CSR/CRI)、冷态强度 (M40,M10/M25,M10)等指标预测准确度超过90%,远高于行业平均水平。
算法优化方面:V6.0基于旭阳丰富的模型库,针对配煤炼焦行业的定制化需求,开发了具有创新型、优化型、常规型、加强型的模块算法,综合了历年煤质、焦炭等指标,建立了煤炭大数据电子地图,为煤源扩展与采购提供了直接的、有力的指导。
配煤比推算方面:V6.0基于质量预测寻求最优配煤方案,增强了配煤稳定性,实现了精细化配煤管理、精确化成本控制、精益化效益落实,形成了对配煤师配煤思路打开的强劲助力。
用户体验方面:V6.0基于V5.0运行效果及相应反馈全面优化进阶,做到了界面更加美观、操作更加友好、应用更加高效。
并且,在V6.0深度开发的过程中,还成功解决了旧版本一直期待解决的许多制约性问题及因素,不仅保障了系统建设目标的达成,同时构筑了后续系统升级更加强大的底座。
应该说,旭阳智能配煤专家系统由V1.0到当前最新版V6.0, 从初期数据少、自动化水平低、无法实现数据自动采集、预测模型和算法不成熟,到陆续拥有从L1生产过程控制层到L5决策分析层56套106个信息化系统、31万个数据采集点实时收集监控生产运行、以及应用服务层(SaaS)/平台服务层(PaaS)/基础设施层(IaaS)三层混合云架构依托,再到集团第六个五年规划期间(2021-2025年)以工业互联网体系为标准、以创新/服务/数字/平台为方向之“1+7+N”数字化战略即搭建1个数智化创新平台+7个数智化业务域+N个数智化应用基本完成,使得旭阳的智能配煤专家系统有了完备的全口径覆盖的高水平数字化协同支持,做到了煤、焦数据的自动化采集、数智化管控、可视化展示,保障了旭阳配煤技术创新的快速迭代、持续领先。
四、系统发力,聚增配煤综合效益
一是配煤“三精”实施破稳质降本瓶颈。其一,精心设计。依托旭阳包括台式扫描电镜、X射线荧光光谱仪等50余套先进煤焦检测设备,将煤质评价维度拓展至55项,打造出覆盖单种煤-配合煤-焦炭性能全流程庞大数据库,并通过从煤种配伍性、灰成分到微观结构等海量数据积累,支撑完成焦炭质量预测模型的全面优化提升。其二,精深分析。研发人员通过煤岩相分析仪、焦炭溶损测定仪等设备,深入探究煤焦微观结构;立足煤灰成分催化指数(MCI)、显微组分等关键参数,成功将焦炭CSR预测准确率提升至78%,奠定形成精准配煤的坚实基础。其三,精准落地。通过不同煤种及生产配合煤小焦炉焦炭电镜结构检测,直观展现其炼焦差异,形成对生产应用的细分化针对性指导;通过开发高硫煤协同配用技术,降低硫分转化率12%,年节生产成本超400万元;等等。
二是配煤技术加持助废弃物资源化利用。创新共炭化协同处理技术,实现焦油渣、酸焦油等危废按一定比例掺配回用,年处理量高达5561吨,每吨节约环保处置费3000元;利用焦化污泥制备气化炉原料煤棒,实现成本较兰炭降低180元/吨,相关项目已取得两项国家发明专利授权;等等。如今之旭阳,通过一系列清洁生产、绿色运营技术的应用,其中非常重要是配煤技术的加持,环保已经不再仅仅意味着投入的增加、成本的增大,而是带来新的效益增长点、机会拓展源,真正通过技术的创新开发与创造应用,诠释了绿色发展与经济效益的有机统一。
三是配煤“三位一体”促全链协同增效。旭阳配煤的强大,不仅在于力量的整合、技术的领先、数智的赋能、“三精”的标准等关键因素,还在于其系统构筑并高效贯穿的研发、采购、生产“三位一体”的运行模式:研发端,旭阳不但深化从分子结构到宏观性能跨尺度的研究从而持续强化配煤技术厚度和壁垒,同时设立10个现场派驻配煤组,确保课题-试验-生产无缝衔接;采购端,旭阳建立涵盖2205个矿点之全球煤炭数据库,并实现智能推荐高性价比煤种;生产端,旭阳充分发挥智能配煤专家系统作用,动态优化配煤方案,有效降低配煤成本(以2024年为例,此项促成各园区配煤降本5%~8%)。此外,旭阳集团始终践行开放共享理念,建立四十余家焦化企业配煤档案,定期开展技术对标;联合高校开发FTIR光谱配煤技术,提高配比成功率30%;旭阳煤炭研究所还面向行业提供煤焦方面专业检测服务,利用自身技术、能力及设施资质等全方位优势赋能行业整体技术进步。
发展至今,旭阳已经创立三十周年,1995年从10万吨焦化开始创业,2005年做到行业第一,2006年开始投资煤化工、石油化工,从单一公司做到园区经营,再到园区与公司布局覆盖中国十二个省(自治区、直辖市、特别行政区)及多个国家和地区之事业版图;2002年在北京设立集团总部,2019年成功上市,2021年进军印尼,业务从焦化、化工到新能源、新材料;2009年独立板块化科技研发起步,到形成上下一体全员创新、全面创新、系统创新、协同创新、原创性、独创性三级研发体系;2014年开拓托管经营,现运营管理服务已成为集团增长最快的业务板块。旭阳三十年,而立风华,英姿勃发,始终以平常的心、单纯的心、不变的心奋进在创业、创造、创新的路上,走过了“没有成功,只有成长”“既要赢得竞争,又要赢得时代”“从无到有、从零到一、从小到大、从弱到强”的辉煌历程,一以贯之、竭尽努力为社会进步贡献最大力量。而伴随这一胸怀梦想、目标坚定、矢志不渝、永远向前、披荆斩棘、闯关夺隘的壮阔历程,旭阳配煤创新与实践也从未停止、一同进步、系统突破、不断超越,近些年更是得到更高层次、更高质量、更快速度、更全维度的提升与拓展。如果将旭阳煤炭研究所作为旭阳配煤技术的一个代表性缩影,那么它自2020年成立以来创造留下的一些数字记录,包括荣膺河北省科学技术进步奖、取得31项国家授权专利(其中捣固配煤专利数行业第一)、形成15项专有技术成果、制定5项企业标准、达成82%科研成果转化率、年创超5000万元经济效益等等,应该可以算是一定意义和侧面旭阳配煤技术创新发展的注脚,不仅彰显了旭阳集团配煤研发能力水平的本身,同时揭示了行业变革进化的一个真谛,也即“降本不是简单的节支减投,而是科技重构价值链的系统工程”。
这,就是旭阳的配煤!它在技术的延续升级、创新的连续突破、实践的持续深化中,生生不息,不断跨越,贡献旭阳,引领行业。