劉臻：要利用好每一個碳原子

華南

從探索煤氣化到參與煤化工及人工智能應用研究，國家能源集團北京低碳清潔能源研究院（簡稱“低碳院”）人工智能應用技術(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，這是大勢所趨，也與低碳院“奮力打造國家戰(zhàn)略科技力量，全心服務國家能源‘雙碳目標”的愿景相吻合。

開創(chuàng)性的工作總是伴隨著對未知的探索，面對困難與挑戰(zhàn)是家常便飯，劉臻卻并不多言于此，而是常說幸運與感恩?！皯c幸生逢其時，感恩低碳院提供了寬廣、自由的發(fā)展空間，能夠讓我有機會探索，有勇氣創(chuàng)新，有信心前行。”

探路國家能源集團首套煤氣化關(guān)鍵共性技術(shù)中試研發(fā)平臺

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，正式入職低碳院。當時低碳院成立兩年多，剛剛?cè)腭v位于北京市昌平區(qū)的未來科學城。采訪時，劉臻指著窗外回憶到，那時院子里的綠化剛剛開始，樹栽下不久，沒有成蔭。周圍配套設施不太完善，連食堂都還沒有建起來，一排板房暫時被用作食堂。但低碳院快速發(fā)展的勢頭和重視人才、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，我們院取名為‘低碳院，足以見得遠見卓識。那個時候，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)背景和國際化視野，而且院里對科技創(chuàng)新持非常開放、鼓勵的態(tài)度，給予很大支持。這讓我感覺低碳院干事創(chuàng)業(yè)的平臺特別好?！?/p>

劉臻還記得，自己在低碳院參與的第一個項目是低階煤提質(zhì)項目，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入了狀態(tài)。

潔凈煤技術(shù)旨在減少煤炭使用過程中對環(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，這對于世界第一大煤炭生產(chǎn)與消費國——中國而言，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驗裝置，是開展新型煤氣化技術(shù)研發(fā)的重要基礎。彼時，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)團隊，在集團核心產(chǎn)區(qū)原料煤的氣化特性研究基礎上，開始了原神華集團首套煤氣化關(guān)鍵共性技術(shù)中試研發(fā)平臺（簡稱“中試研發(fā)平臺”）的創(chuàng)建，為后續(xù)更深層次的技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)打下了堅實的基礎。

寫項目建議書、找場地、采購招標、合同談判、設計施工管理……很多此前不擅長的工作，都需要劉臻一一面對，并帶頭沖在前面。他說自己不怕困難，“即使團隊有分工，對關(guān)鍵節(jié)點，我還是要全面把控。挑戰(zhàn)來了，就迎接挑戰(zhàn)；不擅長的事，努力讓自己擅長?！?/p>

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

2016年6月1日，太原市小店區(qū)一片荒地上，中試研發(fā)平臺正式開工動土。“中試研發(fā)平臺從設計、建設到設備安裝，再到調(diào)試、開車，整個過程都挺磨煉人的?！眲⒄檎f，后期管道安裝時，因為空間狹小，進度一度很慢，“我們就每天從早到晚盯在現(xiàn)場?！?/p>

安裝、調(diào)試中試研發(fā)平臺的五個多月時間里，劉臻形容團隊的狀態(tài)是“897”（早上8點上班，晚上9點下班，一周工作7天）。在緊鑼密鼓的建設中，劉臻看著中試研發(fā)平臺從無到有、由框架到設施完善，一點點從平地上“長”起來。他坦言并無太多驚喜，更多是按照進度如期完成工作的踏實和欣慰。那一年，劉臻和團隊8人全年出差近300天。

一年后的6月，中試研發(fā)平臺萬事俱備，終于要“開車”了。

初次投料試車的工作從上午開始準備，烘爐、建立煤粉循環(huán)、投料、觀測數(shù)據(jù)……劉臻和團隊成員10多個人不眠不休40多個小時在現(xiàn)場籌備試驗。煤氣化試驗開始后，試驗人員只能通過監(jiān)測系統(tǒng)上顯示的數(shù)據(jù)指標判斷進展?！霸囼炛?，送料后大概十幾秒，監(jiān)測系統(tǒng)能夠反映試驗數(shù)據(jù)。那十幾秒我感覺很漫長，是從建設中試平臺到第一次試驗結(jié)束的一年里，我最難忘的一段時間。”劉臻至今保留著試車時，他和團隊成員在總控室里盯著試驗進度的照片，專注而鎮(zhèn)定。

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

“希望試驗平臺最大限度為生產(chǎn)服務”

煤炭氣化是指在特定的設備內(nèi)，在一定溫度及壓力下使煤中有機質(zhì)與氣化劑發(fā)生一系列化學反應，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有一氧化碳、氫氣、甲烷等可燃氣體和二氧化碳、氮氣等非可燃氣體的合成氣的過程。

因為煤的性質(zhì)復雜，這個看似原理簡單的過程，在實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，應用于煤氣化過程后，氣化效果可能相差很大，這就需要對煤的氣化過程開展更深入的研究。

同時，煤在進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過程是非常復雜的。最典型的例子就是，在描述干煤粉氣化過程時，一般都是假設氣體和煤粉是在混合均勻的狀態(tài)下進入氣化爐的，但實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，造成氣化爐的運行產(chǎn)生波動。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)平臺解決的問題。劉臻說：“讓可能發(fā)生的問題在中試研發(fā)平臺上充分暴露，最大限度避免實際工業(yè)應用中出現(xiàn)大問題。”

科技成果轉(zhuǎn)化是將科學技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實生產(chǎn)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是企業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑?；凇袄弥性囇邪l(fā)平臺能夠為生產(chǎn)一線服務”的心愿，多年來，劉臻帶領(lǐng)團隊一次次將創(chuàng)新想法付諸實踐，開展復雜煤種氣化適應性等試驗，解決煤氣化關(guān)鍵共性問題和協(xié)同處理煤化工含碳固廢，探索開發(fā)低成本、高可靠性的煤氣化技術(shù)，推動行業(yè)技術(shù)進步，加快科研成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化推進，為煤炭清潔高效利用提供技術(shù)支撐。

作為原創(chuàng)技術(shù)開發(fā)的“副產(chǎn)品”，劉臻將積累氣化煤-爐耦合特性經(jīng)驗，包括如何針對氣化技術(shù)選擇適合的原料煤，也毫無保留地面向生產(chǎn)企業(yè)普及、推廣。“企業(yè)非常需要，很受歡迎。”劉臻說，市場上主要有兩種煤，一種是百姓熟知的、用于火力發(fā)電的動力煤；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)系到氣化爐運行的穩(wěn)定性、安全性以及用戶的生產(chǎn)成本。

2022年，國能煤炭經(jīng)營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)團隊趕往廣西，實地指導企業(yè)進行配比，并在那里跟蹤指導了試燒試驗，連續(xù)在廣西待了近兩個月?？粗I(yè)試燒的結(jié)果不斷向好，企業(yè)方面的技術(shù)人員對劉臻說：“真的很盼望國家能源集團能夠持續(xù)提供這樣優(yōu)質(zhì)的品種煤?！?/p>

劉臻說，工科人往往不太感性，不太會表達感情，但這樣的感謝，他聽到過很多次?！霸诳蛻裘媾R原料煤價格上漲、經(jīng)營壓力持續(xù)增大時，能幫助他們完成原料煤高質(zhì)量配比，切實提升經(jīng)濟效益，對于研發(fā)人員來說是很欣慰的事，覺得前期所做努力都值得?！?/p>

在煤氣化領(lǐng)域，長期以來有一個說法是把煤“吃干榨凈”，“雙碳”目標提出以來，劉臻結(jié)合自身的工作體會，把這個說法改為，“要利用好每一個碳原子”。他解釋到，就是要通過提高煤炭的轉(zhuǎn)化效率，提高整個工廠的能量利用效率，盡量讓煤里的每一個碳原子，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)新應用

十年煤氣化之路，劉臻對煤氣化試驗和應用中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行了深入思考和分析，也對各單位、各車間、各系統(tǒng)之間因為不能互通而造成的數(shù)據(jù)浪費而惋惜。他曾談到，信息技術(shù)成為企業(yè)提高市場競爭力、尋求持續(xù)發(fā)展的主要手段。相較于傳統(tǒng)石油化工，氣化裝置固體進料更加復雜，數(shù)據(jù)取樣與儀表檢測難度更大，不確定性因素更多。大多數(shù)煤化工企業(yè)雖然在生產(chǎn)過程自動化、安全監(jiān)測自動化、經(jīng)營管理自動化等方面建設了很多信息化系統(tǒng)，但目前煤化工工廠還存在很多獨立的數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)，因為種種原因，這些系統(tǒng)相對獨立，無法實現(xiàn)信息互通，在生產(chǎn)、經(jīng)營、指揮、安全生產(chǎn)等業(yè)務的決策方面還需要大量的人工干預，距離智能工廠和精益運行的目標還有一定距離。

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)新應用，相關(guān)成果經(jīng)鑒定達到國際先進水平。

“最初是偶然的契機，我參加一次集團內(nèi)部交流會議時，聽到一家生產(chǎn)企業(yè)的領(lǐng)導在發(fā)言時，希望科研單位能協(xié)助他們研究國內(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)達成了合作，而且在實際工作中，雙方團隊紛紛在人工智能方面展開了更多探索，更加關(guān)注前沿信息，在不知不覺中樹立了人工智能時代的新研發(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，智能化是解決當前煤化工提質(zhì)增效的必然手段之一，而自動化和信息化是智能化的基礎。借助大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)各個獨立系統(tǒng)數(shù)據(jù)的全面融合，強化集成分析與管理，達到對全流程智能運行和管控的目標?！啊吨袊圃?025》明確提出加快推動新一代信息技術(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，在重點領(lǐng)域試點建設智能工廠及數(shù)字化車間。通過引入數(shù)字技術(shù)，提供設備全生命周期的信息管理和服務，實現(xiàn)生產(chǎn)過程信息透明化，提高生產(chǎn)效率、提升質(zhì)量降低成本和資源消耗，對自身的業(yè)務流程、經(jīng)營管理模式、戰(zhàn)略決策等進行重塑，從而使得煤化工企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營效率和企業(yè)競爭力顯著提升?！?/p>

2023年，低碳院成立人工智能應用技術(shù)研究中心，劉臻擔任副主任。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伍。在劉臻帶動下，團隊先后有多名成員入選國家能源集團青年科技創(chuàng)新先鋒、中國電機工程學會人工智能專業(yè)委員會委員、全國碳達峰碳中和計量技術(shù)委員會碳排放量計量分技術(shù)委員會委員。

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

責任編輯 陳晰