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)應急減排措施制定技術指南（2020年修訂版）》。從上述國家關于鋼鐵企業(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計。在實現(xiàn)各環(huán)境管理功能的過程中，現(xiàn)有設備信息傳輸基本依托有線、4G無線等傳輸技術，5G技術尚在環(huán)保監(jiān)測監(jiān)控設備上的應用。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，都需要考慮建設智慧生態(tài)環(huán)保管控系統(tǒng)。

二、解決問題的思路與技術方案

依托現(xiàn)有技術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)實際需求相結合，開發(fā)符合政策要求、融合智慧化先進技術、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、水量監(jiān)測設備、視頻監(jiān)控設備軟件功能模塊。

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)境質量智能化管理研究。按照超低排放環(huán)境質量監(jiān)測監(jiān)控要求，搭建完成環(huán)境質量監(jiān)測監(jiān)控的廠區(qū)空氣質量微站、周邊環(huán)境空氣質量站軟件功能模塊。

（4）主要生產(chǎn)設施與環(huán)保設施同步運行智能管控。搭建完成生產(chǎn)設施環(huán)保設施同步運行管理及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/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計。

（7）環(huán)境風險全過程監(jiān)控的研究。搭建企業(yè)風險地圖、物資地圖、風險源清單、重大環(huán)境風險源預警系統(tǒng)的軟件功能模塊設計。

（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計。

三、主要創(chuàng)新性成果

1、在5G應用方面，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，搭建從智能感知、智能分析到智能決策的智能化系統(tǒng)架構和管控平臺。使用5G技術與空氣微站、TSP及VOCs監(jiān)測設備相結合，實現(xiàn)對廠內空氣環(huán)境質量的24小時監(jiān)控。利用5G視頻攝像裝置，實現(xiàn)對廠內運輸車輛未清洗、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、排放標準、監(jiān)測結果、超標報警、生產(chǎn)設備與治理設施聯(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)每個季度應繳環(huán)境稅額。

四、應用情況與效果

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用。該項目將大數(shù)據(jù)技術、人工智能技術和物聯(lián)網(wǎng)技術相融合，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、色彩、圖形等方式全面展示廠區(qū)內各類污染源的排放情況，用戶視圖中的相應圖標進入對應的位置查看該區(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)測站房內等點位安裝高清視頻。

圖4.現(xiàn)場監(jiān)控布設

3、TSP揚塵在線監(jiān)測

在陜鋼集團漢鋼公司各分廠車間內主要產(chǎn)塵環(huán)節(jié)布設TSP監(jiān)測儀，主要用于監(jiān)測生產(chǎn)過程中廠房車間內無組織揚塵產(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

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、高爐、石灰、鋼渣處理等重點車間區(qū)域周邊，以及廠界、廠內道路路口、道路中間布設空氣質量監(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)測結果進行統(tǒng)計分析。配合對比分析、溯源分析及預警分析等功能，實現(xiàn)廠區(qū)環(huán)境空氣質量實時監(jiān)控，環(huán)境污染風險提前預測，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

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)設定料場內TSP監(jiān)測儀報警閾值。當現(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)境空氣質量微站顯示濃度較高時，主控人員能夠第一時間調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的生產(chǎn)設備運行信號、治理設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)控設施關聯(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、運輸結構及清潔運輸比率、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—關聯(lián)信息方面的內容。

圖15 進出廠大宗物料及產(chǎn)品運輸界面

9、日常管理模塊

結合企業(yè)日常環(huán)境管理需求，設置了固廢管理、雨水排口管理、排污許可管理、清潔生產(chǎn)指標管理、設備臺賬管理等功能，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、污染物排放總量預警、治理設施電耗成本核算、企業(yè)環(huán)保稅核算、設備運行狀態(tài)監(jiān)控、清潔生產(chǎn)對標等環(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