一、研究的背景與問題

目前，鋼鐵企業(yè)智能制造正在興起，《中國制造2025》中明確提出，“單位工業(yè)增加值用水量”以2015年數(shù)據(jù)為基礎，2020年要降低23%，2025年要降低41%，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，2015年我國鋼鐵企業(yè)平均噸鋼新水用量為3.53m3/t，2020年已降至2.45m3/t，下降幅度約為30%，但距離2025年下降41%，即平均噸鋼新水用量約為2.1m3/t的目標仍有差距，而鋼鐵企業(yè)平均噸鋼新水用量的下降速度正不斷放緩。

目前我國鋼鐵?業(yè)?處理存在的主要問題如下：①工藝流程長；②用排水量大；③廢水排放節(jié)點多且成份復雜；④全廠水質(zhì)水量難平衡；⑤水系統(tǒng)精細化科學管理及智能化管理水平還有待完善。

鋼鐵行業(yè)近年來的快速發(fā)展，決定了鋼鐵企業(yè)必須通過先進技術的應用，在節(jié)水減排的戰(zhàn)略原則下，建立指導企業(yè)水系統(tǒng)生產(chǎn)運行的綜合平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)控制運營的精細化和最優(yōu)化，實現(xiàn)水質(zhì)水量的科學核算與調(diào)度，實現(xiàn)集約化、智能化的創(chuàng)新運營管理模式，實現(xiàn)環(huán)保管理的實時化與零風險，提高水處理的效率、降低運行成本，以解決以上問題。利用信息化技術挖掘更深層次的節(jié)水潛能是未來鋼鐵企業(yè)進一步發(fā)展的必然措施。

二、解決問題的思路與技術方案

1、基本原理

圖1 鋼鐵企業(yè)水系統(tǒng)全流程智慧管控平臺開發(fā)技術路線圖

2、平臺功能

鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺通過對水處理系統(tǒng)的智能化科學管理，并通過對廠內(nèi)用水及水處理單元的水質(zhì)、水量、工藝運行狀態(tài)及處理效率的實時監(jiān)管，提升水處理系統(tǒng)綜合治理效果，實現(xiàn)運行管理規(guī)范化、數(shù)據(jù)化、可視化，保障鋼鐵企業(yè)全廠水系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行；同時將鋼鐵企業(yè)用排水全生命周期可視化顯示于企業(yè)管理人員及技術人員面前，使之可以通過圖形界面或統(tǒng)計圖表實時了解全廠給排水網(wǎng)絡的運行狀況。

鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺功能主要包括有：水系統(tǒng)實時業(yè)績管理、水處理質(zhì)量管理、環(huán)保管理、水資源控制和協(xié)調(diào)、運維管理。

圖2 鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺主要功能

三、主要創(chuàng)新性成果

1、創(chuàng)新開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)全過程節(jié)水減排專家管理系統(tǒng)智慧平臺

（1）全周期管理：平臺從“監(jiān)“、“管”、“控”三個方面，按照集中信息管理、數(shù)據(jù)分析管理、控制調(diào)節(jié)優(yōu)化三步驟將鋼鐵園區(qū)內(nèi)全過程生命周期水的運行、日常運維、環(huán)保管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及廠區(qū)內(nèi)調(diào)控做到自動化、智能化、互聯(lián)網(wǎng)化、大數(shù)據(jù)化，從而達到系統(tǒng)整體的節(jié)水減排。

（2）全流程覆蓋：管控平臺涵蓋全流程生產(chǎn)鏈條，具備水系統(tǒng)實時監(jiān)控、水處理運行分析及管理、環(huán)保管理、水系統(tǒng)實時平衡及優(yōu)化協(xié)調(diào)、水系統(tǒng)業(yè)績分析及統(tǒng)計等功能。

圖3 平臺功能組成示意圖

2、創(chuàng)新研發(fā)并國內(nèi)首臺套應用的鋼鐵企業(yè)多因子水網(wǎng)絡水質(zhì)水量平衡優(yōu)化技術

利用水質(zhì)水量平衡優(yōu)化算法，通過對區(qū)域、濃鹽水產(chǎn)生與處理、處理單元和處理子單元的計算，搭建允許多種約束條件、允許人工調(diào)整、區(qū)分內(nèi)外部水流的模型規(guī)則，最終完成涵蓋原水處理、用水處理、污水處理的全生命用水周期水質(zhì)水量平衡計算，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)全廠水平衡智能計算及指導。

圖4 大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)全廠水系統(tǒng)集成優(yōu)化網(wǎng)絡

四、應用情況與效果

2020年12月，“鋼鐵聯(lián)合企業(yè)全過程節(jié)水減排智慧管控平臺”在邯鋼投入使用。2021年5月，平臺通過示范工程第三方評估。

1、物聯(lián)全過程

基于物聯(lián)網(wǎng)，打通數(shù)據(jù)邊界，打破工具壁壘，將整個鋼鐵園區(qū)全過程水系統(tǒng)信息匯入平臺，集成統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了全流程一體化管控。

圖5 鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺實時監(jiān)控全局概覽圖

2、生產(chǎn)全監(jiān)控

實時追蹤水足跡，以水流監(jiān)控圖的形式對水系統(tǒng)的運行工況進行監(jiān)控，顯示歷史和實時的運行參數(shù)，從而判定各指標是否符合生產(chǎn)工藝要求并進行即時分析及預警報警，實現(xiàn)了水資源的智慧化和可視化管理。

圖6 鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺3D導航界面

圖7 鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺工藝監(jiān)控

3、系統(tǒng)全平衡

分析水質(zhì)水量平衡，以圖表的形式即時顯示全廠、區(qū)域、用水單元三級水平衡現(xiàn)狀，從而有效實現(xiàn)水的調(diào)度，實現(xiàn)水的高效分質(zhì)分級回用。

圖8 鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺全廠水平衡

4、管控全平臺

根據(jù)用戶需求自動生成報表與圖表，融合多因子水質(zhì)水量平衡優(yōu)化算法，并內(nèi)置專家管理模型以及相應知識庫。采用逐步趨近法漸次調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了水系統(tǒng)的智能化運行分析和優(yōu)化管理。

圖9 鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺圖表數(shù)據(jù)分析

平臺自投運以來，以其高效、快捷、精準的特點，以全廠、區(qū)域、水系統(tǒng)三級管理，涵蓋了邯鋼西區(qū)焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼各個生產(chǎn)工序的用排水系統(tǒng)以及水處理、綜合污水處理系統(tǒng)，以其高效、快捷、精準的特點，實現(xiàn)了鋼鐵園區(qū)全生命周期水系統(tǒng)運行、能源管理、環(huán)保管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析以及廠區(qū)內(nèi)水平衡調(diào)控的智能化、數(shù)據(jù)化、可視化，保障了供水安全，優(yōu)化了用水結(jié)構(gòu)，提高了濃縮倍數(shù)，節(jié)省了藥劑消耗，降低了用排水量。據(jù)測算，實現(xiàn)綜合節(jié)水5%～10%，節(jié)省水處理運行費用10%以上。

圖10 邯鋼水系統(tǒng)智慧管控中心現(xiàn)場