一、研究的背景與問題
2019年4月，生態(tài)環(huán)境部等五部委部聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》（以下簡稱“意見”）。2019年12月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《鋼鐵企業(yè)超低排放評估監(jiān)測技術(shù)指南》。2020年7月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《重污染天氣重點行業(yè)應(yīng)急減排措施制定技術(shù)指南（2020年修訂版）》。從上述國家關(guān)于鋼鐵企業(yè)超低排放改造提出了明確的要求和時間表。因此，鋼鐵行業(yè)如何從實現(xiàn)全流程、全過程、系統(tǒng)的環(huán)境管理的角度出發(fā)，建設(shè)生態(tài)環(huán)保管控系統(tǒng)，對有效提高鋼鐵行業(yè)發(fā)展質(zhì)量和效益，大幅削減主要大氣污染物排放量，促進環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)改善，已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展的重要內(nèi)容之一。
目前,部分企業(yè)已實施了無組織管控平臺或超低排放管控平臺，以滿足超低排放的基本要求。但是無法滿足鋼鐵企業(yè)日益增長的環(huán)境管理需求。企業(yè)急需將廢氣、廢水、固廢、清潔生產(chǎn)、碳排放、排污許可、環(huán)境風(fēng)險、環(huán)保管理等管理功能全部實現(xiàn)信息化和智能化管控，并且根據(jù)企業(yè)實際需求進行定制化設(shè)計。在實現(xiàn)各環(huán)境管理功能的過程中，現(xiàn)有設(shè)備信息傳輸基本依托有線、4G無線等傳輸技術(shù)，5G技術(shù)尚在環(huán)保監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備上的應(yīng)用。目前企業(yè)已實施的超低排放管控系統(tǒng)及無組織排放管控系統(tǒng)多采用大屏展示的方式，對于環(huán)保管理人員查詢、統(tǒng)計、導(dǎo)出、流程化管理帶來了困難，急需開發(fā)PC端。
綜上所述，無論是從國家生態(tài)環(huán)保管理的總體趨勢，還是從企業(yè)自身發(fā)展需求以及面臨的管理問題，都需要考慮建設(shè)智慧生態(tài)環(huán)保管控系統(tǒng)。
二、解決問題的思路與技術(shù)方案
依托現(xiàn)有技術(shù)積累和實際項目需要，依托中冶京誠鋼鐵企業(yè)超低排放評估監(jiān)測咨詢能力和鋼鐵企業(yè)電氣控制系統(tǒng)開發(fā)能力，將政府環(huán)境管理要求和企業(yè)實際需求相結(jié)合，開發(fā)符合政策要求、融合智慧化先進技術(shù)、適度超前的智慧生態(tài)環(huán)保管控系統(tǒng)。
鋼鐵企業(yè)智慧生態(tài)環(huán)保管控系統(tǒng)技術(shù)路線圖如下所示
圖1鋼鐵企業(yè)智慧生態(tài)環(huán)保管控系統(tǒng)技術(shù)路線圖
1、廢氣排放管理
（1）有組織監(jiān)測監(jiān)控研究。按照超低排放有組織監(jiān)測監(jiān)控要求，搭建完成有組織監(jiān)測監(jiān)控的分布式控制系統(tǒng)DCS和在線監(jiān)測系統(tǒng)CEMS軟件功能模塊。
（2）無組織監(jiān)測監(jiān)控研究。按照超低排放無組織監(jiān)測監(jiān)控要求，搭建完成無組織監(jiān)測監(jiān)控的TSP濃度監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控設(shè)備軟件功能模塊。
2、廢水綜合管理
按照目前環(huán)保要求，搭建完成水質(zhì)、水量監(jiān)測設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備軟件功能模塊。
3、工業(yè)固廢和危險廢物全過程管理研究
搭建完成一般工業(yè)固廢、危險固廢統(tǒng)計、計量、過程管理軟件功能模塊設(shè)計。
4、環(huán)保綜合管理
（1）視頻智能控制系統(tǒng)研究。針對無組織、未清洗苫蓋、運輸車輛抓拍、固廢監(jiān)控、廢水排口監(jiān)控等環(huán)保視頻監(jiān)控設(shè)備實施智能化管控功能模塊。
（2）清潔運輸系統(tǒng)研究。按照超低排放清潔運輸比例要求，搭建完成清潔運輸系統(tǒng)的門禁視頻監(jiān)控、進出場運輸比例、廠內(nèi)運輸車輛情況、非道路移動機械軟件功能模塊。
（3）廠區(qū)及周邊環(huán)境質(zhì)量智能化管理研究。按照超低排放環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控要求，搭建完成環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控的廠區(qū)空氣質(zhì)量微站、周邊環(huán)境空氣質(zhì)量站軟件功能模塊。
（4）主要生產(chǎn)設(shè)施與環(huán)保設(shè)施同步運行智能管控。搭建完成生產(chǎn)設(shè)施環(huán)保設(shè)施同步運行管理及DCS數(shù)據(jù)分析軟件功能模塊。
（5）排污許可和環(huán)境稅優(yōu)化研究。搭建完成企業(yè)廢氣、廢水和固廢實際排放量、環(huán)境稅繳納軟件功能模塊設(shè)計。
（6）清潔生產(chǎn)管理系統(tǒng)研究。搭建完成全廠、焦化、煉鐵、燒結(jié)/球團、煉鐵、軋鋼系統(tǒng)評價清潔生產(chǎn)水平軟件功能模塊設(shè)計。
（7）環(huán)境風(fēng)險全過程監(jiān)控的研究。搭建企業(yè)風(fēng)險地圖、物資地圖、風(fēng)險源清單、重大環(huán)境風(fēng)險源預(yù)警系統(tǒng)的軟件功能模塊設(shè)計。
（8）碳排放管理的研究。形成企業(yè)碳排放核算、碳交易及履約、文件管理的軟件功能模塊設(shè)計。
三、主要創(chuàng)新性成果
1、在5G應(yīng)用方面，融合5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等先進技術(shù)，搭建從智能感知、智能分析到智能決策的智能化系統(tǒng)架構(gòu)和管控平臺。使用5G技術(shù)與空氣微站、TSP及VOCs監(jiān)測設(shè)備相結(jié)合，實現(xiàn)對廠內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量的24小時監(jiān)控。利用5G視頻攝像裝置，實現(xiàn)對廠內(nèi)運輸車輛未清洗、未苫蓋、對廢水、雨水排放口異常排水及重點產(chǎn)塵區(qū)域產(chǎn)塵的圖像智能識別功能。
2、超低排放無組織監(jiān)管模塊實時顯示名稱、位置、排放標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測結(jié)果、超標(biāo)報警、生產(chǎn)設(shè)備與治理設(shè)施聯(lián)動情況，利用人工智能進行數(shù)據(jù)分析，提供決策分析。有組織監(jiān)管模塊通過在地圖呈現(xiàn)的直觀方式，對企業(yè)全廠排放口的位置及信息進行監(jiān)控和報警。清潔運輸監(jiān)管模塊基于大數(shù)據(jù)及人工智能自動識別車輛信息，判斷車輛排放階段。
3、固廢管理模塊實現(xiàn)了一般固體廢物全流程可追溯管理。
4、雨水排放口管理模塊利用自主發(fā)明的雨水排放口管控方法、裝置及系統(tǒng)，對雨水排口進行管理，判斷并提升是否為非正常排放，通過數(shù)據(jù)分析監(jiān)測排放水質(zhì)情況。
5、排放許可與環(huán)境稅管理模塊通過大數(shù)據(jù)計算企業(yè)每個季度應(yīng)繳環(huán)境稅額。
四、應(yīng)用情況與效果
研究成果在中信特鋼集團興澄特鋼、河北永洋特鋼以及陜鋼集團漢鋼公司獲得成功應(yīng)用。該項目將大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合，實現(xiàn)了超低排放無組織監(jiān)管、超低排放有組織監(jiān)管、超低排放清潔運輸監(jiān)管、日常環(huán)保管理的固廢管理、雨水排放口管理、排放許可與環(huán)境稅管理、清潔生產(chǎn)指標(biāo)管理等環(huán)保模塊的智慧管控功能。
1、大屏展示
定制地圖總覽采用3D形式展示，3D地圖選用三維航拍建模，在地圖上通過圖標(biāo)、色彩、圖形等方式全面展示廠區(qū)內(nèi)各類污染源的排放情況，用戶視圖中的相應(yīng)圖標(biāo)進入對應(yīng)的位置查看該區(qū)域的視頻畫面、監(jiān)測因子實時濃度和設(shè)備狀態(tài)等信息。此界面簡潔明快，形象地展示廠區(qū)的地圖全貌和監(jiān)測設(shè)備分布，特別適合于視頻上墻和展示。
圖2.陜鋼漢鋼大屏展示效果
圖3.智慧環(huán)保管控系統(tǒng)界面
2、無組織模塊監(jiān)控
在陜鋼集團漢鋼公司各料場出入口、燒結(jié)環(huán)冷區(qū)域、高爐礦槽和爐頂區(qū)域、煉鋼車間頂部、雨水排口、在線監(jiān)測站房內(nèi)等點位安裝高清視頻。
圖4.現(xiàn)場監(jiān)控布設(shè)
3、TSP揚塵在線監(jiān)測
在陜鋼集團漢鋼公司各分廠車間內(nèi)主要產(chǎn)塵環(huán)節(jié)布設(shè)TSP監(jiān)測儀，主要用于監(jiān)測生產(chǎn)過程中廠房車間內(nèi)無組織揚塵產(chǎn)生及逸散情況。管控系統(tǒng)實時呈現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于高濃度污染源立即向環(huán)保主管部門及分廠主管科室發(fā)出警報，系統(tǒng)可調(diào)閱歷史數(shù)據(jù)曲線以佐證評估產(chǎn)塵點揚塵長期治理效果。
圖5.現(xiàn)場TSP布設(shè)
圖6. TSP實時報警顯示界面
圖7.TSP歷史報警顯示界面
4、環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測微站
在陜鋼集團漢鋼公司全廠物料儲存大棚、燒結(jié)、高爐、石灰、鋼渣處理等重點車間區(qū)域周邊，以及廠界、廠內(nèi)道路路口、道路中間布設(shè)空氣質(zhì)量監(jiān)測微站，平臺接入監(jiān)測數(shù)據(jù)，予以實時呈現(xiàn)，并對監(jiān)測結(jié)果進行統(tǒng)計分析。配合對比分析、溯源分析及預(yù)警分析等功能，實現(xiàn)廠區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量實時監(jiān)控，環(huán)境污染風(fēng)險提前預(yù)測，污染源及時溯源排查，便于企業(yè)及時對受污染區(qū)域進行綜合治理，提升廠區(qū)環(huán)境管控效率。
圖8. 現(xiàn)場微站布設(shè)
圖9.微站數(shù)據(jù)顯示界面
5、物料儲存智能治理
智慧環(huán)保管控系統(tǒng)設(shè)定料場內(nèi)TSP監(jiān)測儀報警閾值。當(dāng)現(xiàn)場無組織排放濃度達到甚至超過報警閾值時，平臺通過以太網(wǎng)與霧炮PLC進行通信，發(fā)出指令開啟料場內(nèi)霧炮，對于現(xiàn)場作業(yè)過程中產(chǎn)生的揚塵進行及時抑制。
圖10.物料儲存智能治理界面
圖11.單臺設(shè)備智能治理界面
6、廠區(qū)環(huán)境智能治理
對未通過洗車臺、未苫蓋的違規(guī)車輛進行抓拍，并對違規(guī)行為進行記錄管理；
通過對環(huán)衛(wèi)車輛加裝北斗GPS裝置，跟蹤并展示環(huán)衛(wèi)車實時位置，在環(huán)境空氣質(zhì)量微站顯示濃度較高時，主控人員能夠第一時間調(diào)度距離污染源較勁的環(huán)衛(wèi)車輛進行作業(yè)，降低車輛運輸、外界二次揚塵對廠區(qū)道路、廠界環(huán)境的污染。
圖12廠區(qū)環(huán)境智能治理界面
7、排放源清單
根據(jù)前期在陜鋼集團漢鋼公司開展超低排放預(yù)評估及評估監(jiān)測情況，從物料儲存、物料輸送、生產(chǎn)工藝過程3個方面建立全廠無組織排放源清單。平臺接入所有排放源所對應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備運行信號、治理設(shè)備運行信號及附近監(jiān)測儀器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對其“生產(chǎn)-治理-監(jiān)控”同步運行情況進行跟蹤，對于生產(chǎn)期間未開啟治理設(shè)施的行為進行實時警報，有效做到產(chǎn)治同步管控。
圖13 同步運行管理界面
圖14生產(chǎn)治理監(jiān)控設(shè)施關(guān)聯(lián)運行界面
8、進出廠大宗物料及產(chǎn)品運輸
通過整合企業(yè)的門禁系統(tǒng)、磅房系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，以展現(xiàn)企業(yè)的實時進廠車輛記錄、實時進廠車輛狀態(tài)、禁止入場車輛記錄、運輸車輛合規(guī)統(tǒng)計、大宗物料和產(chǎn)品運量統(tǒng)計、運輸結(jié)構(gòu)及清潔運輸比率、廠外運輸歷史臺帳、實時監(jiān)控圖像（門禁、過磅、洗車臺）、車輛詳細信息—圖像顯示、車輛詳細信息—關(guān)聯(lián)信息方面的內(nèi)容。
圖15 進出廠大宗物料及產(chǎn)品運輸界面
9、日常管理模塊
結(jié)合企業(yè)日常環(huán)境管理需求，設(shè)置了固廢管理、雨水排口管理、排污許可管理、清潔生產(chǎn)指標(biāo)管理、設(shè)備臺賬管理等功能，有效協(xié)助企業(yè)進行一般固廢及危險廢物處置追蹤、雨水外排防控、污染物排放總量預(yù)警、治理設(shè)施電耗成本核算、企業(yè)環(huán)保稅核算、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控、清潔生產(chǎn)對標(biāo)等環(huán)保管理工作。
圖16雨水排口管理界面
圖17環(huán)境管理臺賬界面
