冶金企業(yè)環(huán)保數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用實(shí)踐

辛景昌 XIN Jing-chang；柴海強(qiáng) CHAI Hai-qiang

（新興鑄管股份有限公司，武安 056300）

0 引言

隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)在傳統(tǒng)工業(yè)的推廣應(yīng)用，全球經(jīng)濟(jì)正在發(fā)生著深刻變化。在冶金企業(yè)，傳統(tǒng)的粗獷式環(huán)保管理已不能適應(yīng)新時代綠色發(fā)展的需要，主要體現(xiàn)在：環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)不健全；污染源頭和排污過程管控不夠細(xì)致，多為事后整改；企業(yè)在環(huán)境管理過程中積累了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1]，但環(huán)保數(shù)據(jù)的采集、傳送、處理、儲存和應(yīng)用都比較分散，沒有統(tǒng)一的口徑與標(biāo)準(zhǔn)[2]，部分?jǐn)?shù)據(jù)無法轉(zhuǎn)化成可采用的信息資源，無法有效傳輸、共享，形成“數(shù)據(jù)煙囪”“信息孤島”“信息壁壘”，環(huán)境數(shù)據(jù)指標(biāo)分散、孤立，未形成完整的環(huán)境數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)體系，不同部門采用的數(shù)據(jù)格式和標(biāo)準(zhǔn)各不相同，兼容性差，后期數(shù)據(jù)的處理、傳輸及共享難度大；污染物排放底數(shù)不清，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)分解、考核目標(biāo)下達(dá)缺乏科學(xué)性。環(huán)保管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為解決上述問題的重要舉措，數(shù)字化技術(shù)為環(huán)保工作提供了新的機(jī)遇和解決方案，使得環(huán)保管理更高效、精確，為可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文介紹了某鋼鐵企業(yè)環(huán)保管理的管、控、治環(huán)保智慧平臺功能，闡述了數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐過程，為鋼鐵企業(yè)推行綠色數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

1 數(shù)字化轉(zhuǎn)型環(huán)保智慧平臺功能

1.1 現(xiàn)狀分析

某鋼鐵企業(yè)已完成了超低排放改造，在裝備水平、有組織排放、無組織排放等方面已取得了長足進(jìn)展，但在環(huán)境管理水平、監(jiān)測監(jiān)控水平、數(shù)字化智能制造、清潔運(yùn)輸數(shù)字化等方面有待加強(qiáng)。已建成的系統(tǒng)有：企業(yè)門禁系統(tǒng)、iplat 平臺、數(shù)采服務(wù)器、無線采集平臺、視頻融合平臺、霧炮管理平臺、洗車機(jī)管理平臺，這些系統(tǒng)是各自獨(dú)立運(yùn)行。已建設(shè)的物料封閉大棚、封閉皮帶通廊、霧炮、集塵罩等重點(diǎn)治理工程，但由于排放源眾多、分布散，無法有效管理所有排放源，缺少統(tǒng)一的管理平臺，而“環(huán)保智慧平臺”的建設(shè)，需要與這些系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成、界面集成、數(shù)據(jù)推送。實(shí)現(xiàn)覆蓋全業(yè)務(wù)范圍、全產(chǎn)業(yè)鏈條、全生命周期、全管控要素的環(huán)保綜合管控。

1.2 環(huán)保智慧平臺功能

該平臺集成環(huán)保業(yè)務(wù)和系統(tǒng)，對環(huán)保業(yè)務(wù)實(shí)施集中管控，集成原料、生產(chǎn)裝置、治污設(shè)施、工藝運(yùn)行等DCS 相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工序的環(huán)境監(jiān)測、廢水、廢氣、固廢、噪聲污染源產(chǎn)排管理、風(fēng)險管控等環(huán)保核心業(yè)務(wù)管控，建立數(shù)據(jù)指標(biāo)體系，搭建環(huán)境風(fēng)險管控、污染治理、排污許可、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保專業(yè)化監(jiān)管。具備有組織排放、無組織排放、清潔運(yùn)輸各環(huán)節(jié)生產(chǎn)、監(jiān)測、監(jiān)控、治理設(shè)施集中控制和數(shù)據(jù)綜合分析功能。滿足環(huán)保綜合業(yè)務(wù)管理要求和環(huán)?？冃 級需要。達(dá)到對各專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化監(jiān)測和管控，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)測分析，實(shí)現(xiàn)“超標(biāo)預(yù)警、智能識別、發(fā)送指令、精確治理、效果評估”。

①實(shí)現(xiàn)源頭減排：建立有組織、無組織排放源清單，優(yōu)化生產(chǎn)過程工藝流程、精準(zhǔn)管控治污設(shè)備和作業(yè)模式，通過超標(biāo)預(yù)警、閉環(huán)治理等功能減少無組織排放源排放強(qiáng)度。

②實(shí)現(xiàn)過程控制：通過智能鷹眼圖像識別粉塵濃度，智能聯(lián)動治理設(shè)備等，達(dá)到對生產(chǎn)過程的無組織污染源產(chǎn)塵行為和治理過程實(shí)時記錄和精細(xì)化管控[3]。

③實(shí)現(xiàn)智能化管理：建立智能化數(shù)據(jù)采集、分析和處理體系，實(shí)現(xiàn)在線排放煙氣和工藝過程的實(shí)時監(jiān)控和關(guān)聯(lián)分析預(yù)警，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)無組織排放的“有組織化”集中管控，平臺系統(tǒng)整體架構(gòu)見圖1。

圖1 有組織排放系統(tǒng)整體架構(gòu)

2 環(huán)保智慧平臺的搭建原則

2.1 污染物排放類型建模

鋼鐵企業(yè)環(huán)保管理系統(tǒng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，打破了“管結(jié)果”的傳統(tǒng)模式，向“管過程”轉(zhuǎn)變[4]，縱深到基層工序開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型。平臺采用多維數(shù)據(jù)建模，依據(jù)生產(chǎn)工序污染物產(chǎn)排狀況，結(jié)合現(xiàn)有環(huán)保監(jiān)控、核算、統(tǒng)計數(shù)據(jù)規(guī)則優(yōu)化建模，達(dá)到生產(chǎn)工序污染物排放情況可隨時跟蹤、環(huán)保指標(biāo)即時監(jiān)控、數(shù)據(jù)可進(jìn)行組合統(tǒng)計分析。

2.2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)與拓展

在國家政策引導(dǎo)和企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型驅(qū)動下，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺已進(jìn)入快速發(fā)展期[5]，企業(yè)信息化部署的成本和難度得到了有效降低。環(huán)保智慧平臺基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用“智慧平臺+應(yīng)用+服務(wù)”路線，應(yīng)用層可通過調(diào)用業(yè)務(wù)相關(guān)組件和技術(shù)組件，平臺可通過瀏覽器和手機(jī)APP訪問；實(shí)現(xiàn)對有組織排放、無組織排放、清潔運(yùn)輸、分電計量、碳排放、固廢和廢水的管理，用戶可以訂閱多種應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)個性化業(yè)務(wù)覆蓋；服務(wù)層新增環(huán)保評價管理、監(jiān)測計劃管理等業(yè)務(wù)，并以組件組合響應(yīng)各應(yīng)用的業(yè)務(wù)需要。

2.3 各模塊功能設(shè)計

2.3.1 有組織排放模塊

該模塊分為有組織排放監(jiān)測和有組織排放統(tǒng)計分析兩部分，架構(gòu)見圖2。

圖2 有組織排放架構(gòu)圖

有組織排放監(jiān)測：

①針對生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測，并展示其生產(chǎn)參數(shù)；

②針對治理設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測，并展示其治理參數(shù)；

③針對排放設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測，并展示其排放數(shù)據(jù)；

④在同界面展示其生產(chǎn)參數(shù)、治理參數(shù)和排放數(shù)據(jù)清單。

有組織排放統(tǒng)計分析：生成有組織排放臺賬、污染排名分析、同比環(huán)比分析、自定義分析。

2.3.2 無組織排放模塊

建立產(chǎn)排管理清單：物料輸送、物料儲存、生產(chǎn)工藝、除塵灰輸送全部實(shí)行清單化管理。

無組織排放監(jiān)測：將無組織排放源與生產(chǎn)設(shè)備、治理設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)綁定，并監(jiān)測其實(shí)時數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)異常報警，閉環(huán)管理。

無組織治理管控：記錄治理設(shè)施和對應(yīng)生產(chǎn)工藝設(shè)備或產(chǎn)塵過程同步運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

料場無組織管控：通過鷹眼視覺識別掌握料棚卸料、上料、揚(yáng)塵等狀況，及時啟動霧炮、干霧等治理設(shè)備，與洗車臺聯(lián)動，監(jiān)測車輛進(jìn)出、水泵水壓等信號；架構(gòu)見圖3。

圖3 無組織排放架構(gòu)圖

2.3.3 環(huán)境綜合管理、評價模塊

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與報表：針對CEMS 異常原因、產(chǎn)治不同步頻次、電流數(shù)據(jù)預(yù)警、TSP 數(shù)據(jù)、微站數(shù)據(jù)、TSP 數(shù)據(jù)異常情況等進(jìn)行統(tǒng)計、分析、生成報表并導(dǎo)出。

監(jiān)測方案管理：編輯、導(dǎo)入自行監(jiān)測方案，按照周計劃、月計劃、季計劃、年計劃等形式展示；錄入異常時具備提醒功能。

自行監(jiān)測管理：污染源手工監(jiān)測錄入管理，并進(jìn)行統(tǒng)計分析；對全廠有組織污染物、分工序污染物進(jìn)行錄入并根據(jù)公式計算相關(guān)計算結(jié)果。

環(huán)保評價管理：按照環(huán)保管理評價標(biāo)準(zhǔn)，具備問題錄入、扣分、整改反饋、評價排名功能；架構(gòu)見圖4。

圖4 環(huán)境綜合管理架構(gòu)圖

2.3.4 清潔運(yùn)輸模塊

運(yùn)輸車輛監(jiān)管：針對自有運(yùn)輸車輛，進(jìn)入廠區(qū)的第三方運(yùn)輸車輛和非道路移動機(jī)械，建立基礎(chǔ)臺賬和運(yùn)輸臺賬，并基于三維地圖顯示實(shí)時位置信息。

統(tǒng)計分析：將汽運(yùn)、火運(yùn)、管道運(yùn)輸詳細(xì)數(shù)據(jù)及運(yùn)輸量、清潔運(yùn)輸占比等進(jìn)行可視化展示，并生成進(jìn)廠物料明細(xì)、出廠物料明細(xì)、運(yùn)輸車輛明細(xì)、進(jìn)出廠車輛臺賬、廠內(nèi)運(yùn)輸車輛臺賬、廠內(nèi)非道路移動機(jī)械臺賬、廠內(nèi)清潔環(huán)保車輛臺賬等。

系統(tǒng)對接：建立標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口，可快速對接設(shè)備系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)實(shí)時聯(lián)動。

2.3.5 固廢/危廢模塊

建立危險廢物等固體廢物污染環(huán)境防治平臺，通過信息化實(shí)時管理，對危險廢物產(chǎn)生、暫存、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)移等信息，通過國家危險廢物信息管理系統(tǒng)申報。

運(yùn)輸車輛監(jiān)管：針對自有運(yùn)輸車輛，進(jìn)入廠區(qū)的第三方運(yùn)輸車輛和非道路移動機(jī)械，建立基礎(chǔ)臺賬和運(yùn)輸臺賬，并基于三維地圖顯示實(shí)時位置信息。

統(tǒng)計分析：將汽運(yùn)、火運(yùn)、管道運(yùn)輸詳細(xì)數(shù)據(jù)及運(yùn)輸量、清潔運(yùn)輸占比等進(jìn)行可視化展示，并生成進(jìn)廠物料明細(xì)、出廠物料明細(xì)、運(yùn)輸車輛明細(xì)、進(jìn)出廠車輛臺賬、廠內(nèi)運(yùn)輸車輛臺賬、廠內(nèi)非道路移動機(jī)械臺賬、廠內(nèi)清潔環(huán)保車輛臺賬等。

3 環(huán)保智慧平臺的應(yīng)用效果

環(huán)保智慧平臺自設(shè)計、開發(fā)到應(yīng)用歷時兩年，該平臺解決了傳統(tǒng)的環(huán)保管理存在的管不全、管不細(xì)、管不透的弊端，采用數(shù)字化定義了各崗位的環(huán)保職責(zé)，實(shí)現(xiàn)了污染源產(chǎn)、排過程的透明化管理、重點(diǎn)污染源的在線監(jiān)測管理。解決了信息孤島、統(tǒng)計口徑不一致問題，摸清了污染源排放底數(shù)，達(dá)到了以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的結(jié)果做決策。

3.1 支撐環(huán)保業(yè)務(wù)統(tǒng)籌管理

通過數(shù)字化頂層設(shè)計，該平臺對各生產(chǎn)工序環(huán)保管理實(shí)施全面管控、考核、統(tǒng)計分析，滿足環(huán)保部門統(tǒng)籌管理和燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵、煉鋼、軋鋼、鑄管等專業(yè)板塊的環(huán)保監(jiān)管，建設(shè)了管理層駕駛艙，全面展現(xiàn)環(huán)保管理核心模塊，為各工序、崗位環(huán)保管理人員提供了環(huán)?？梢暬瘺Q策平臺。

3.2 細(xì)化了各工序環(huán)保過程管控

環(huán)保智慧平臺實(shí)現(xiàn)了污染源產(chǎn)生、環(huán)境監(jiān)測、過程管控、環(huán)保統(tǒng)計與評價的閉環(huán)管理，“管結(jié)果”轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮苓^程”，“事后追責(zé)”變?yōu)椤笆虑邦A(yù)防控制”。各工序的DCS 監(jiān)測、視頻監(jiān)控集中引入智慧，進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)環(huán)保設(shè)施與生產(chǎn)設(shè)施不同步運(yùn)行、揚(yáng)塵、冒煙等異常，實(shí)現(xiàn)了快速響應(yīng)并處置。以該企業(yè)高爐工序?yàn)槔▓D5），通過應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測、“DCS 參數(shù)”管理、CO 管理、治理設(shè)施監(jiān)控、環(huán)保統(tǒng)計及風(fēng)險防控等環(huán)保核心模塊解決方案，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保各業(yè)務(wù)模塊縱向貫通、橫向高度關(guān)聯(lián)，信息共享，實(shí)現(xiàn)了管、控、治一體化管理。

圖5 高爐工序應(yīng)用平臺圖

3.3 提升了重點(diǎn)污染源外排達(dá)標(biāo)率

實(shí)施重點(diǎn)污染源排放監(jiān)測，監(jiān)督污染源達(dá)標(biāo)排放。該企業(yè)通過環(huán)保智慧平臺進(jìn)行數(shù)字化管控，杜絕了超標(biāo)排放。2022 年，二氧化硫、氮氧化物、COD、氨氮的排放量均得到有效控制，廢水實(shí)現(xiàn)零排放，廢氣綜合達(dá)標(biāo)率達(dá)到100%，固體廢物綜合利用率達(dá)到100%，全廠無組織粉塵和異味排放點(diǎn)的監(jiān)測覆蓋率和排放點(diǎn)達(dá)標(biāo)率均達(dá)到100%。

3.4 建立了精細(xì)化管理體系

從環(huán)?？冃?、環(huán)保隱患、深度治理進(jìn)展等方面進(jìn)行多維度環(huán)保評價，實(shí)行“日監(jiān)測、日檢查、日考核、日通報、月評價”模式，充分發(fā)揮了平臺的協(xié)調(diào)、監(jiān)督能力，促進(jìn)了考核激勵措施的執(zhí)行。

3.5 助推“A 級環(huán)?？冃髽I(yè)”的保持

該企業(yè)通過在各工序采用環(huán)保智慧平臺進(jìn)行數(shù)字化管控，應(yīng)用數(shù)字化明確了崗位環(huán)保責(zé)任清單，對生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》和《關(guān)于做好鋼鐵企業(yè)超低排放評估監(jiān)測工作的通知》進(jìn)行了責(zé)任分解和落實(shí)到崗，有力保障了“A 級環(huán)?？冃髽I(yè)”保持。

4 結(jié)語

在新時代建設(shè)美麗中國、推進(jìn)高品質(zhì)生態(tài)環(huán)境支撐高質(zhì)量發(fā)展的趨勢下，鋼鐵企業(yè)作為污染排放大戶，環(huán)保管理數(shù)字化是企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的主要路徑。運(yùn)用數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)環(huán)保管理的創(chuàng)新，是互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展時代的必然舉措[6]，推動信息技術(shù)與鋼鐵制造業(yè)深度融合，構(gòu)建鋼鐵企業(yè)數(shù)字時代核心競爭能力為主線，打造數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是時代發(fā)展趨勢，以重塑企業(yè)環(huán)保數(shù)字孿生為主導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保智慧平臺的管控治一體化，支撐了管理與決策，推動了高效生產(chǎn)、優(yōu)化了環(huán)保管理績效，降低了生產(chǎn)成本，提升了鋼鐵企業(yè)的現(xiàn)代化環(huán)保管理能力和水平。