一、研究的背景與問(wèn)題
目前，鋼鐵企業(yè)智能制造正在興起，《中國(guó)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(chǔ)，2020年要降低23%，2025年要降低41%，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，2015年我國(guó)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(biāo)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(guó)鋼鐵?業(yè)?處理存在的主要問(wèn)題如下：①工藝流程長(zhǎng)；②用排水量大；③廢水排放節(jié)點(diǎn)多且成份復(fù)雜；④全廠水質(zhì)水量難平衡；⑤水系統(tǒng)精細(xì)化科學(xué)管理及智能化管理水平還有待完善。
鋼鐵行業(yè)近年來(lái)的快速發(fā)展，決定了鋼鐵企業(yè)必須通過(guò)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，在節(jié)水減排的戰(zhàn)略原則下，建立指導(dǎo)企業(yè)水系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行的綜合平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制運(yùn)營(yíng)的精細(xì)化和最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)水量的科學(xué)核算與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)集約化、智能化的創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)管理模式，實(shí)現(xiàn)環(huán)保管理的實(shí)時(shí)化與零風(fēng)險(xiǎn)，提高水處理的效率、降低運(yùn)行成本，以解決以上問(wèn)題。利用信息化技術(shù)挖掘更深層次的節(jié)水潛能是未來(lái)鋼鐵企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的必然措施。
二、解決問(wèn)題的思路與技術(shù)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(tái)開(kāi)發(fā)技術(shù)路線圖
2、平臺(tái)功能
鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺(tái)通過(guò)對(duì)水處理系統(tǒng)的智能化科學(xué)管理，并通過(guò)對(duì)廠內(nèi)用水及水處理單元的水質(zhì)、水量、工藝運(yùn)行狀態(tài)及處理效率的實(shí)時(shí)監(jiān)管，提升水處理系統(tǒng)綜合治理效果，實(shí)現(xiàn)運(yùn)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(yùn)行；同時(shí)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(shù)人員面前，使之可以通過(guò)圖形界面或統(tǒng)計(jì)圖表實(shí)時(shí)了解全廠給排水網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況。
鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺(tái)功能主要包括有：水系統(tǒng)實(shí)時(shí)業(yè)績(jī)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(yùn)維管理。
圖2 鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺(tái)主要功能
三、主要?jiǎng)?chuàng)新性成果
1、創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)全過(guò)程節(jié)水減排專(zhuān)家管理系統(tǒng)智慧平臺(tái)
（1）全周期管理：平臺(tái)從“監(jiān)“、“管”、“控”三個(gè)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(guò)程生命周期水的運(yùn)行、日常運(yùn)維、環(huán)保管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及廠區(qū)內(nèi)調(diào)控做到自動(dòng)化、智能化、互聯(lián)網(wǎng)化、大數(shù)據(jù)化，從而達(dá)到系統(tǒng)整體的節(jié)水減排。
（2）全流程覆蓋：管控平臺(tái)涵蓋全流程生產(chǎn)鏈條，具備水系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、水處理運(yùn)行分析及管理、環(huán)保管理、水系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡及優(yōu)化協(xié)調(diào)、水系統(tǒng)業(yè)績(jī)分析及統(tǒng)計(jì)等功能。
圖3 平臺(tái)功能組成示意圖
2、創(chuàng)新研發(fā)并國(guó)內(nèi)首臺(tái)套應(yīng)用的鋼鐵企業(yè)多因子水網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)水量平衡優(yōu)化技術(shù)
利用水質(zhì)水量平衡優(yōu)化算法，通過(guò)對(duì)區(qū)域、濃鹽水產(chǎn)生與處理、處理單元和處理子單元的計(jì)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(jì)算，實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)全廠水平衡智能計(jì)算及指導(dǎo)。
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(luò)
四、應(yīng)用情況與效果
2020年12月，“鋼鐵聯(lián)合企業(yè)全過(guò)程節(jié)水減排智慧管控平臺(tái)”在邯鋼投入使用。2021年5月，平臺(tái)通過(guò)示范工程第三方評(píng)估。
1、物聯(lián)全過(guò)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(gè)鋼鐵園區(qū)全過(guò)程水系統(tǒng)信息匯入平臺(tái)，集成統(tǒng)一管理，實(shí)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(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控全局概覽圖
2、生產(chǎn)全監(jiān)控
實(shí)時(shí)追蹤水足跡，以水流監(jiān)控圖的形式對(duì)水系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)控，顯示歷史和實(shí)時(shí)的運(yùn)行參數(shù)，從而判定各指標(biāo)是否符合生產(chǎn)工藝要求并進(jìn)行即時(shí)分析及預(yù)警報(bào)警，實(shí)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(tái)3D導(dǎo)航界面
圖7 鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺(tái)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(shí)顯示全廠、區(qū)域、用水單元三級(jí)水平衡現(xiàn)狀，從而有效實(shí)現(xiàn)水的調(diào)度，實(shí)現(xiàn)水的高效分質(zhì)分級(jí)回用。
圖8 鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排智慧管控平臺(tái)全廠水平衡
4、管控全平臺(tái)
根據(jù)用戶(hù)需求自動(dòng)生成報(bào)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(zhuān)家管理模型以及相應(yīng)知識(shí)庫(kù)。采用逐步趨近法漸次調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了水系統(tǒng)的智能化運(yùn)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(tái)圖表數(shù)據(jù)分析
平臺(tái)自投運(yùn)以來(lái)，以其高效、快捷、精準(zhǔn)的特點(diǎn)，以全廠、區(qū)域、水系統(tǒng)三級(jí)管理，涵蓋了邯鋼西區(qū)焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼各個(gè)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(zhǔn)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了鋼鐵園區(qū)全生命周期水系統(tǒng)運(yùn)行、能源管理、環(huán)保管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(cè)算，實(shí)現(xiàn)綜合節(jié)水5%～10%，節(jié)省水處理運(yùn)行費(fèi)用10%以上。
圖10 邯鋼水系統(tǒng)智慧管控中心現(xiàn)場(chǎng)
