如今，全國有近30個城市的100座垃圾焚燒爐引入了阿里云工業(yè)大腦，每天有數(shù)萬噸生活垃圾經(jīng)由人工智能算法、大數(shù)據(jù)預(yù)測分析轉(zhuǎn)化為千萬余度綠電。
不低于850攝氏度，這是國家規(guī)定的正常工況下垃圾焚燒爐爐膛內(nèi)熱電偶測量溫度的5分鐘均值。只有這樣，才能確保垃圾的清潔燃燒。
對城市垃圾的處理方法，主要有填埋、堆肥和焚燒3種處理方式。垃圾焚燒，是對城市生活垃圾集中處置后，在密閉的鍋爐內(nèi)進(jìn)行高溫焚燒，焚燒產(chǎn)生的熱能以及蒸汽可通過汽輪機(jī)發(fā)電。它實現(xiàn)了城市生活垃圾的減害減量化和資源利用。
推廣垃圾焚燒的一大掣肘，就是燃燒產(chǎn)生的有毒有害氣體。因此，我國對垃圾焚燒的爐內(nèi)溫度和煙氣污染物排放，都有嚴(yán)格規(guī)定。
就是在垃圾焚燒這樣一個似乎并不時髦的領(lǐng)域，人工智能技術(shù)正在悄然發(fā)揮作用。
如今，全國有近30個城市的100座垃圾焚燒爐引入了阿里云工業(yè)大腦，每天有數(shù)萬噸生活垃圾經(jīng)由人工智能算法、大數(shù)據(jù)預(yù)測分析轉(zhuǎn)化為千萬余度綠電。
一天點擊鼠標(biāo)上萬次 調(diào)控溫度讓工人師傅工作量巨大
據(jù)官方數(shù)據(jù)，“十三五”期間，全國共建成生活垃圾焚燒廠254座，累計在運行生活垃圾焚燒廠超過500座，全國城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理率約45%，初步形成了新增處理能力以焚燒為主的垃圾處理發(fā)展格局。
為控制二噁英類有機(jī)污染物的生成，垃圾焚燒需滿足“3T”準(zhǔn)則：即焚燒垃圾需要在一定的焚燒溫度和湍流強(qiáng)度下停留一定的時間。其中，湍流強(qiáng)度和停留時間可通過爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計保證，而垃圾的焚燒溫度則需由實際運行調(diào)節(jié)。
2017年，阿里云進(jìn)入了一個特殊的行業(yè)：固體廢棄物處理。阿里云智能制造與能源電力技術(shù)總經(jīng)理孔令西告訴科技日報記者，他們在調(diào)研垃圾焚燒廠時發(fā)現(xiàn)了兩大痛點——燃燒產(chǎn)生的主蒸汽流量波動大，一線操作人員的工作量特別大。
出現(xiàn)這些問題，主要是因為垃圾焚燒排爐溫度無法“自覺”穩(wěn)定在850攝氏度以上。
燒垃圾不比燒煤，煤的熱值完全恒定，但垃圾不一樣。城市生活垃圾的成分復(fù)雜——這一抓斗抓到的，可能菜葉子居多，熱值就低;下一抓斗抓到的，可能塑料制品居多，熱值就高。焚燒也是如此，如果不人工加以調(diào)控，火焰就會時大時小，溫度也上躥下跳。
武漢市漢口北生活垃圾發(fā)電廠生產(chǎn)技術(shù)部運行值長朱燦鋼感嘆，爐膛溫度、主蒸汽流量、煙氣排放的指標(biāo)圖波動很大，“像心電圖一樣”。指標(biāo)波動大，污染氣體排放的風(fēng)險就高，垃圾焚燒發(fā)電的效率也會受到影響。
這就導(dǎo)致工人師傅的工作量也大。他們得時刻盯緊顯示器上的數(shù)值，隨時調(diào)整進(jìn)料量、進(jìn)風(fēng)量等參數(shù)。一天下來，點擊鼠標(biāo)可以達(dá)到上萬次。“我們四班三倒，8小時盯著爐子，工作強(qiáng)度大，上廁所都要跑著去。要是出現(xiàn)意外情況，真的是手忙腳亂。”朱燦鋼說。
能不能讓人工智能把老師傅的經(jīng)驗學(xué)會，把這套基于經(jīng)驗的復(fù)雜流程，把一天上萬次的點擊，變成智能化、數(shù)字化的程序?
算法工程師來了 用工業(yè)大腦賦能控制系統(tǒng)
從2017年起，阿里云工業(yè)大腦團(tuán)隊開始和國內(nèi)垃圾焚燒廠合作。他們的目標(biāo)，是讓垃圾焚燒爐像智能汽車一樣，實現(xiàn)高度自動運行。
“每一個項目，就像一個小型的戰(zhàn)役。”阿里云工業(yè)大腦算法工程師蔣大慶說。為解決問題，算法工程師也要去到車間，和師傅們工作在一起，持續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試和優(yōu)化。
2021年4月，蔣大慶入駐漢口北生活垃圾發(fā)電廠，那是他第一次走進(jìn)垃圾發(fā)電廠，“感覺很震撼”——原來垃圾焚燒爐這么大，原來工人的工作量這么大。蔣大慶也第一次知道，想要垃圾焚燒爐實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，涉及燃燒溫度、煙氣含氧量、主蒸汽流量等十多個變量的協(xié)調(diào)，這是一套非常復(fù)雜的系統(tǒng)。
蔣大慶是博士，一直跟程序打交道，剛進(jìn)廠時，他不了解師傅們在干什么，師傅們也不懂這個年輕人能干什么，能干成什么。蔣大慶調(diào)整心態(tài)，放下所謂高技術(shù)人才的優(yōu)越感，把自己當(dāng)成一個新手工人，了解老師傅的需求。他看到了師傅們的辛苦，也想著要讓師傅們工作得更體面、更輕松。
團(tuán)隊在傳統(tǒng)的垃圾焚燒分散控制系統(tǒng)(DCS)上，疊加了阿里云歷時4年自主研發(fā)的人工智能控制系統(tǒng)AICS，集成控制、建模、優(yōu)化、仿真等能力，讓現(xiàn)有系統(tǒng)具備了更加精準(zhǔn)的洞察力。
比如，他們建立了機(jī)器學(xué)習(xí)模型，估算進(jìn)入爐膛的垃圾料層厚度。哪里料多，哪里料少，機(jī)器大腦就像最老道的工人，結(jié)合進(jìn)料速度、爐內(nèi)溫度、風(fēng)流量、風(fēng)室風(fēng)壓、爐排運行周期等各類其他參數(shù)進(jìn)行間接估算。
他們還讓攝像頭具備了圖像識別能力。火焰，從顯示屏上看都大同小異，人工智能則可以根據(jù)火焰的位置、亮度和大小，給出更多信息。
看位置，可以知道燃燒主要發(fā)生在哪些區(qū)域;看亮度和大小，可以從側(cè)面反映爐膛內(nèi)不同區(qū)域的溫度狀態(tài)。爐膛溫度測量，多采用熱電偶式的接觸式點測量技術(shù)，但由于垃圾焚燒爐膛內(nèi)屬于高溫、高煙塵、高濕度、大截面焚燒工況，傳感器工作環(huán)境較為惡劣，所以測量值不能準(zhǔn)確代表實際焚燒溫度，也具有一定的滯后性。火焰的圖像識別，能更加迅速、精準(zhǔn)、分區(qū)域地判斷溫度，幫助自動控制系統(tǒng)及時地進(jìn)行預(yù)判和調(diào)整。
蔣大慶介紹，他們對燃燒過程中的關(guān)鍵變量做了人工智能預(yù)測，訓(xùn)練出的大數(shù)據(jù)模型可以預(yù)測未來一段時間爐膛溫度、含氧量、煙氣的變化情況;再結(jié)合廣泛應(yīng)用的自動控制技術(shù)，在“工業(yè)大腦”中綜合運算后又自動把控制指令下發(fā)到設(shè)備，形成閉環(huán)，最終讓焚燒爐實現(xiàn)了自動運行。
2021年6月，團(tuán)隊在漢口北生活垃圾發(fā)電廠進(jìn)行了18天的對比實驗。9天由純?nèi)斯げ僮鳎?天由機(jī)器主導(dǎo)操作，結(jié)果顯示，機(jī)器運行的穩(wěn)定性比人工操作高出不少。
開放核心算法技術(shù) 讓全社會加入低碳環(huán)保行動
武漢市漢口北生活垃圾發(fā)電廠總經(jīng)理成超告訴科技日報記者，阿里云工業(yè)大腦在發(fā)電廠投入應(yīng)用以來，爐膛溫度基本上都能維持在850攝氏度以上，進(jìn)一步減少了污染物排放，員工的勞動強(qiáng)度也大幅降低，不用一直手動調(diào)節(jié)。還有一個可喜的變化——單位垃圾的發(fā)電量提升了5%。相當(dāng)于每噸垃圾多發(fā)25度電，進(jìn)一步實現(xiàn)了碳減排。
孔令西介紹，近年來，阿里云的工業(yè)大腦應(yīng)用在鋼鐵、水泥、化工、電池、油田、火電等諸多領(lǐng)域。深入車間多年，他體會頗多。企業(yè)對智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)愈發(fā)重視，接受程度也在提高。但這畢竟是一個跨學(xué)科領(lǐng)域，需要懂算法、懂互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)人員，也需要懂垂直領(lǐng)域、碎片化領(lǐng)域工藝知識的專業(yè)人員。靠一支團(tuán)隊一樣樣去啃、一點點熟悉，一家家調(diào)研、推進(jìn)和落地，是很難的;要把工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)驗、知識沉淀成軟件和算法模型，也是挑戰(zhàn)重重。
而且，傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)自身與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的能力也存在不足。過去，不少企業(yè)認(rèn)為既然人力可以勝任，就沒必要專門招人去研究算法、搞技術(shù)。不過，孔令西也發(fā)現(xiàn)，近些年來，有遠(yuǎn)見有決心的企業(yè)已經(jīng)越來越多，他們對通過技術(shù)降本增效有迫切的需求，急需的是核心技術(shù)能力與良好的運行維護(hù)機(jī)制。
目前我國工業(yè)智能化服務(wù)的生態(tài)還處在建設(shè)初期，核心的技術(shù)工業(yè)軟件、模型也大部分掌握在國外廠商手里，國內(nèi)生態(tài)伙伴賺的更多的是辛苦錢。
“我們希望能通過持續(xù)攻關(guān)，掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的核心技術(shù)，并將我們多年來探索、改進(jìn)和優(yōu)化后的模式形成標(biāo)準(zhǔn)平臺工具，開放給全社會，推廣落地到更多廠家，讓中小型企業(yè)也能夠?qū)崿F(xiàn)智能制造的轉(zhuǎn)型升級。”孔令西說，服務(wù)工業(yè)，服務(wù)民生，實現(xiàn)降本增效，節(jié)能減排，是工業(yè)大腦真正的使命所在。
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