一、研究的背景與問(wèn)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(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》（以下簡(jiǎn)稱“意見(jiàn)”）。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(píng)估監(jiān)測(cè)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(diǎn)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(guó)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(shí)間表。因此，鋼鐵行業(yè)如何從實(shí)現(xiàn)全流程、全過(guò)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(duì)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(jìn)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(shí)施了無(wú)組織管控平臺(tái)或超低排放管控平臺(tái)，以滿足超低排放的基本要求。但是無(wú)法滿足鋼鐵企業(yè)日益增長(zhǎng)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(xiǎn)、環(huán)保管理等管理功能全部實(shí)現(xiàn)信息化和智能化管控，并且根據(jù)企業(yè)實(shí)際需求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。在實(shí)現(xiàn)各環(huán)境管理功能的過(guò)程中，現(xiàn)有設(shè)備信息傳輸基本依托有線、4G無(wú)線等傳輸技術(shù)，5G技術(shù)尚在環(huán)保監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備上的應(yīng)用。目前企業(yè)已實(shí)施的超低排放管控系統(tǒng)及無(wú)組織排放管控系統(tǒng)多采用大屏展示的方式，對(duì)于環(huán)保管理人員查詢、統(tǒng)計(jì)、導(dǎo)出、流程化管理帶來(lái)了困難，急需開(kāi)發(fā)PC端。
綜上所述，無(wú)論是從國(guó)家生態(tài)環(huán)保管理的總體趨勢(shì)，還是從企業(yè)自身發(fā)展需求以及面臨的管理問(wèn)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(wèn)題的思路與技術(shù)方案
依托現(xiàn)有技術(shù)積累和實(shí)際項(xiàng)目需要，依托中冶京誠(chéng)鋼鐵企業(yè)超低排放評(píng)估監(jiān)測(cè)咨詢能力和鋼鐵企業(yè)電氣控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力，將政府環(huán)境管理要求和企業(yè)實(shí)際需求相結(jié)合，開(kāi)發(fā)符合政策要求、融合智慧化先進(jìn)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(cè)監(jiān)控研究。按照超低排放有組織監(jiān)測(cè)監(jiān)控要求，搭建完成有組織監(jiān)測(cè)監(jiān)控的分布式控制系統(tǒng)DCS和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CEMS軟件功能模塊。
（2）無(wú)組織監(jiān)測(cè)監(jiān)控研究。按照超低排放無(wú)組織監(jiān)測(cè)監(jiān)控要求，搭建完成無(wú)組織監(jiān)測(cè)監(jiān)控的TSP濃度監(jiān)測(cè)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(cè)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(xiǎn)廢物全過(guò)程管理研究
搭建完成一般工業(yè)固廢、危險(xiǎn)固廢統(tǒng)計(jì)、計(jì)量、過(guò)程管理軟件功能模塊設(shè)計(jì)。
4、環(huán)保綜合管理
（1）視頻智能控制系統(tǒng)研究。針對(duì)無(wú)組織、未清洗苫蓋、運(yùn)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(shí)施智能化管控功能模塊。
（2）清潔運(yùn)輸系統(tǒng)研究。按照超低排放清潔運(yùn)輸比例要求，搭建完成清潔運(yùn)輸系統(tǒng)的門禁視頻監(jiān)控、進(jìn)出場(chǎng)運(yùn)輸比例、廠內(nèi)運(yùn)輸車輛情況、非道路移動(dòng)機(jī)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(cè)監(jiān)控要求，搭建完成環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(yùn)行智能管控。搭建完成生產(chǎn)設(shè)施環(huán)保設(shè)施同步運(yùn)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(shí)際排放量、環(huán)境稅繳納軟件功能模塊設(shè)計(jì)。
（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(tuán)、煉鐵、軋鋼系統(tǒng)評(píng)價(jià)清潔生產(chǎn)水平軟件功能模塊設(shè)計(jì)。
（7）環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)全過(guò)程監(jiān)控的研究。搭建企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)地圖、物資地圖、風(fēng)險(xiǎn)源清單、重大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源預(yù)警系統(tǒng)的軟件功能模塊設(shè)計(jì)。
（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(jì)。
三、主要?jiǎng)?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(jìn)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(tái)。使用5G技術(shù)與空氣微站、TSP及VOCs監(jiān)測(cè)設(shè)備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)廠內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量的24小時(shí)監(jiān)控。利用5G視頻攝像裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)廠內(nèi)運(yùn)輸車輛未清洗、未苫蓋、對(duì)廢水、雨水排放口異常排水及重點(diǎn)產(chǎn)塵區(qū)域產(chǎn)塵的圖像智能識(shí)別功能。
2、超低排放無(wú)組織監(jiān)管模塊實(shí)時(shí)顯示名稱、位置、排放標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)結(jié)果、超標(biāo)報(bào)警、生產(chǎn)設(shè)備與治理設(shè)施聯(lián)動(dòng)情況，利用人工智能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提供決策分析。有組織監(jiān)管模塊通過(guò)在地圖呈現(xiàn)的直觀方式，對(duì)企業(yè)全廠排放口的位置及信息進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警。清潔運(yùn)輸監(jiān)管模塊基于大數(shù)據(jù)及人工智能自動(dòng)識(shí)別車輛信息，判斷車輛排放階段。
3、固廢管理模塊實(shí)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(duì)雨水排口進(jìn)行管理，判斷并提升是否為非正常排放，通過(guò)數(shù)據(jù)分析監(jiān)測(cè)排放水質(zhì)情況。
5、排放許可與環(huán)境稅管理模塊通過(guò)大數(shù)據(jù)計(jì)算企業(yè)每個(gè)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(tuán)興澄特鋼、河北永洋特鋼以及陜鋼集團(tuán)漢鋼公司獲得成功應(yīng)用。該項(xiàng)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(shí)現(xiàn)了超低排放無(wú)組織監(jiān)管、超低排放有組織監(jiān)管、超低排放清潔運(yùn)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(guò)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(jìn)入對(duì)應(yīng)的位置查看該區(qū)域的視頻畫面、監(jiān)測(cè)因子實(shí)時(shí)濃度和設(shè)備狀態(tài)等信息。此界面簡(jiǎn)潔明快，形象地展示廠區(qū)的地圖全貌和監(jiān)測(cè)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(wú)組織模塊監(jiān)控
在陜鋼集團(tuán)漢鋼公司各料場(chǎng)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(cè)站房?jī)?nèi)等點(diǎn)位安裝高清視頻。
圖4. 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控布設(shè)
3、TSP揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)
在陜鋼集團(tuán)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(cè)儀，主要用于監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中廠房車間內(nèi)無(wú)組織揚(yáng)塵產(chǎn)生及逸散情況。管控系統(tǒng)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)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(bào)，系統(tǒng)可調(diào)閱歷史數(shù)據(jù)曲線以佐證評(píng)估產(chǎn)塵點(diǎn)揚(yáng)塵長(zhǎng)期治理效果。
圖5. 現(xiàn)場(chǎng)TSP布設(shè)
圖6. TSP實(shí)時(shí)報(bào)警顯示界面
圖7. TSP歷史報(bào)警顯示界面
4、環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)微站
在陜鋼集團(tuán)漢鋼公司全廠物料儲(chǔ)存大棚、燒結(jié)、高爐、石灰、鋼渣處理等重點(diǎn)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(cè)微站，平臺(tái)接入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，予以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。配合對(duì)比分析、溯源分析及預(yù)警分析等功能，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)提前預(yù)測(cè)，污染源及時(shí)溯源排查，便于企業(yè)及時(shí)對(duì)受污染區(qū)域進(jìn)行綜合治理，提升廠區(qū)環(huán)境管控效率。
圖8. 現(xiàn)場(chǎng)微站布設(shè)
圖9. 微站數(shù)據(jù)顯示界面
5、物料儲(chǔ)存智能治理
智慧環(huán)保管控系統(tǒng)設(shè)定料場(chǎng)內(nèi)TSP監(jiān)測(cè)儀報(bào)警閾值。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)組織排放濃度達(dá)到甚至超過(guò)報(bào)警閾值時(shí)，平臺(tái)通過(guò)以太網(wǎng)與霧炮PLC進(jìn)行通信，發(fā)出指令開(kāi)啟料場(chǎng)內(nèi)霧炮，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵進(jìn)行及時(shí)抑制。
圖10. 物料儲(chǔ)存智能治理界面
圖11.單臺(tái)設(shè)備智能治理界面
6、廠區(qū)環(huán)境智能治理
對(duì)未通過(guò)洗車臺(tái)、未苫蓋的違規(guī)車輛進(jìn)行抓拍，并對(duì)違規(guī)行為進(jìn)行記錄管理；
通過(guò)對(duì)環(huán)衛(wèi)車輛加裝北斗GPS裝置，跟蹤并展示環(huán)衛(wèi)車實(shí)時(shí)位置，在環(huán)境空氣質(zhì)量微站顯示濃度較高時(shí)，主控人員能夠第一時(shí)間調(diào)度距離污染源較勁的環(huán)衛(wèi)車輛進(jìn)行作業(yè)，降低車輛運(yùn)輸、外界二次揚(yáng)塵對(duì)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(tuán)漢鋼公司開(kāi)展超低排放預(yù)評(píng)估及評(píng)估監(jiān)測(cè)情況，從物料儲(chǔ)存、物料輸送、生產(chǎn)工藝過(guò)程3個(gè)方面建立全廠無(wú)組織排放源清單。平臺(tái)接入所有排放源所對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行信號(hào)、治理設(shè)備運(yùn)行信號(hào)及附近監(jiān)測(cè)儀器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其“生產(chǎn)-治理-監(jiān)控”同步運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤，對(duì)于生產(chǎn)期間未開(kāi)啟治理設(shè)施的行為進(jìn)行實(shí)時(shí)警報(bào)，有效做到產(chǎn)治同步管控。
圖13 同步運(yùn)行管理界面
圖14 生產(chǎn)治理監(jiān)控設(shè)施關(guān)聯(lián)運(yùn)行界面
8、進(jìn)出廠大宗物料及產(chǎn)品運(yùn)輸
通過(guò)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(shí)時(shí)進(jìn)廠車輛記錄、實(shí)時(shí)進(jìn)廠車輛狀態(tài)、禁止入場(chǎng)車輛記錄、運(yùn)輸車輛合規(guī)統(tǒng)計(jì)、大宗物料和產(chǎn)品運(yùn)量統(tǒng)計(jì)、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)及清潔運(yùn)輸比率、廠外運(yùn)輸歷史臺(tái)帳、實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像（門禁、過(guò)磅、洗車臺(tái)）、車輛詳細(xì)信息—圖像顯示、車輛詳細(xì)信息—關(guān)聯(lián)信息方面的內(nèi)容。
圖15 進(jìn)出廠大宗物料及產(chǎn)品運(yùn)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(tái)賬管理等功能，有效協(xié)助企業(yè)進(jìn)行一般固廢及危險(xiǎn)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(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、清潔生產(chǎn)對(duì)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(tái)賬界面
