冶金企業(yè)環(huán)保數(shù)字化轉型應用實踐

辛景昌 XIN Jing-chang；柴海強 CHAI Hai-qiang

（新興鑄管股份有限公司，武安 056300）

0 引言

隨著數(shù)字經濟在傳統(tǒng)工業(yè)的推廣應用，全球經濟正在發(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)據不健全；污染源頭和排污過程管控不夠細致，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數(shù)據[1]，但環(huán)保數(shù)據的采集、傳送、處理、儲存和應用都比較分散，沒有統(tǒng)一的口徑與標準[2]，部分數(shù)據無法轉化成可采用的信息資源，無法有效傳輸、共享，形成“數(shù)據煙囪”“信息孤島”“信息壁壘”，環(huán)境數(shù)據指標分散、孤立，未形成完整的環(huán)境數(shù)據信息標準體系，不同部門采用的數(shù)據格式和標準各不相同，兼容性差，后期數(shù)據的處理、傳輸及共享難度大；污染物排放底數(shù)不清，環(huán)保標準分解、考核目標下達缺乏科學性。環(huán)保管理數(shù)字化轉型成為解決上述問題的重要舉措，數(shù)字化技術為環(huán)保工作提供了新的機遇和解決方案，使得環(huán)保管理更高效、精確，為可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎。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)字化轉型實踐過程，為鋼鐵企業(yè)推行綠色數(shù)字化轉型提供了參考經驗。

1 數(shù)字化轉型環(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、清潔運輸數(shù)字化等方面有待加強。已建成的系統(tǒng)有：企業(yè)門禁系統(tǒng)、iplat 平臺、數(shù)采服務器、無線采集平臺、視頻融合平臺、霧炮管理平臺、洗車機管理平臺，這些系統(tǒng)是各自獨立運行。已建設的物料封閉大棚、封閉皮帶通廊、霧炮、集塵罩等重點治理工程，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，需要與這些系統(tǒng)進行數(shù)據集成、界面集成、數(shù)據推送。實現(xiàn)覆蓋全業(yè)務范圍、全產業(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)務和系統(tǒng)，對環(huán)保業(yè)務實施集中管控，集成原料、生產裝置、治污設施、工藝運行等DCS 相關生產參數(shù)，實現(xiàn)生產工序的環(huán)境監(jiān)測、廢水、廢氣、固廢、噪聲污染源產排管理、風險管控等環(huán)保核心業(yè)務管控，建立數(shù)據指標體系，搭建環(huán)境風險管控、污染治理、排污許可、統(tǒng)一標準的環(huán)保專業(yè)化監(jiān)管。具備有組織排放、無組織排放、清潔運輸各環(huán)節(jié)生產、監(jiān)測、監(jiān)控、治理設施集中控制和數(shù)據綜合分析功能。滿足環(huán)保綜合業(yè)務管理要求和環(huán)保績效A 級需要。達到對各專業(yè)數(shù)據進行精細化監(jiān)測和管控，基于監(jiān)測數(shù)據基礎進行預測分析，實現(xiàn)“超標預警、智能識別、發(fā)送指令、精確治理、效果評估”。

①實現(xiàn)源頭減排：建立有組織、無組織排放源清單，優(yōu)化生產過程工藝流程、精準管控治污設備和作業(yè)模式，通過超標預警、閉環(huán)治理等功能減少無組織排放源排放強度。

②實現(xiàn)過程控制：通過智能鷹眼圖像識別粉塵濃度，智能聯(lián)動治理設備等，達到對生產過程的無組織污染源產塵行為和治理過程實時記錄和精細化管控[3]。

③實現(xiàn)智能化管理：建立智能化數(shù)據采集、分析和處理體系，實現(xiàn)在線排放煙氣和工藝過程的實時監(jiān)控和關聯(lián)分析預警，提高生產效率和質量，實現(xiàn)無組織排放的“有組織化”集中管控，平臺系統(tǒng)整體架構見圖1。

圖1 有組織排放系統(tǒng)整體架構

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)字化轉型，打破了“管結果”的傳統(tǒng)模式，向“管過程”轉變[4]，縱深到基層工序開展數(shù)字化轉型。平臺采用多維數(shù)據建模，依據生產工序污染物產排狀況，結合現(xiàn)有環(huán)保監(jiān)控、核算、統(tǒng)計數(shù)據規(guī)則優(yōu)化建模，達到生產工序污染物排放情況可隨時跟蹤、環(huán)保指標即時監(jiān)控、數(shù)據可進行組合統(tǒng)計分析。

2.2 基于工業(yè)互聯(lián)網技術的開發(fā)與拓展

在國家政策引導和企業(yè)數(shù)字化轉型驅動下，我國工業(yè)互聯(lián)網平臺已進入快速發(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)網技術，采用“智慧平臺+應用+服務”路線，應用層可通過調用業(yè)務相關組件和技術組件，平臺可通過瀏覽器和手機APP訪問；實現(xiàn)對有組織排放、無組織排放、清潔運輸、分電計量、碳排放、固廢和廢水的管理，用戶可以訂閱多種應用，實現(xiàn)個性化業(yè)務覆蓋；服務層新增環(huán)保評價管理、監(jiān)測計劃管理等業(yè)務，并以組件組合響應各應用的業(yè)務需要。

2.3 各模塊功能設計

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，架構見圖2。

圖2 有組織排放架構圖

有組織排放監(jiān)測：

①針對生產設施進行監(jiān)測，并展示其生產參數(shù)；

②針對治理設施進行監(jiān)測，并展示其治理參數(shù)；

③針對排放設施進行監(jiān)測，并展示其排放數(shù)據；

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

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

建立產排管理清單：物料輸送、物料儲存、生產工藝、除塵灰輸送全部實行清單化管理。

無組織排放監(jiān)測：將無組織排放源與生產設備、治理設備、監(jiān)測設備進行關聯(lián)綁定，并監(jiān)測其實時數(shù)據，實現(xiàn)異常報警，閉環(huán)管理。

無組織治理管控：記錄治理設施和對應生產工藝設備或產塵過程同步運轉情況。

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

圖3 無組織排放架構圖

2.3.3 環(huán)境綜合管理、評價模塊

數(shù)據統(tǒng)計分析與報表：針對CEMS 異常原因、產治不同步頻次、電流數(shù)據預警、TSP 數(shù)據、微站數(shù)據、TSP 數(shù)據異常情況等進行統(tǒng)計、分析、生成報表并導出。

監(jiān)測方案管理：編輯、導入自行監(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，并進行統(tǒng)計分析；對全廠有組織污染物、分工序污染物進行錄入并根據公式計算相關計算結果。

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

圖4 環(huán)境綜合管理架構圖

2.3.4 清潔運輸模塊

運輸車輛監(jiān)管：針對自有運輸車輛，進入廠區(qū)的第三方運輸車輛和非道路移動機械，建立基礎臺賬和運輸臺賬，并基于三維地圖顯示實時位置信息。

統(tǒng)計分析：將汽運、火運、管道運輸詳細數(shù)據及運輸量、清潔運輸占比等進行可視化展示，并生成進廠物料明細、出廠物料明細、運輸車輛明細、進出廠車輛臺賬、廠內運輸車輛臺賬、廠內非道路移動機械臺賬、廠內清潔環(huán)保車輛臺賬等。

系統(tǒng)對接：建立標準化數(shù)據接口，可快速對接設備系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等，實現(xiàn)多系統(tǒng)實時聯(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，通過信息化實時管理，對危險廢物產生、暫存、運輸、轉移等信息，通過國家危險廢物信息管理系統(tǒng)申報。

運輸車輛監(jiān)管：針對自有運輸車輛，進入廠區(qū)的第三方運輸車輛和非道路移動機械，建立基礎臺賬和運輸臺賬，并基于三維地圖顯示實時位置信息。

統(tǒng)計分析：將汽運、火運、管道運輸詳細數(shù)據及運輸量、清潔運輸占比等進行可視化展示，并生成進廠物料明細、出廠物料明細、運輸車輛明細、進出廠車輛臺賬、廠內運輸車輛臺賬、廠內非道路移動機械臺賬、廠內清潔環(huán)保車輛臺賬等。

3 環(huán)保智慧平臺的應用效果

環(huán)保智慧平臺自設計、開發(fā)到應用歷時兩年，該平臺解決了傳統(tǒng)的環(huán)保管理存在的管不全、管不細、管不透的弊端，采用數(shù)字化定義了各崗位的環(huán)保職責，實現(xiàn)了污染源產、排過程的透明化管理、重點污染源的在線監(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)，達到了以數(shù)據為基礎、以大數(shù)據統(tǒng)計分析的結果做決策。

3.1 支撐環(huán)保業(yè)務統(tǒng)籌管理

通過數(shù)字化頂層設計，該平臺對各生產工序環(huán)保管理實施全面管控、考核、統(tǒng)計分析，滿足環(huán)保部門統(tǒng)籌管理和燒結、球團、煉鐵、煉鋼、軋鋼、鑄管等專業(yè)板塊的環(huán)保監(jiān)管，建設了管理層駕駛艙，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)保可視化決策平臺。

3.2 細化了各工序環(huán)保過程管控

環(huán)保智慧平臺實現(xiàn)了污染源產生、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，“管結果”轉變?yōu)椤肮苓^程”，“事后追責”變?yōu)椤笆虑邦A防控制”。各工序的DCS 監(jiān)測、視頻監(jiān)控集中引入智慧，進行實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)環(huán)保設施與生產設施不同步運行、揚塵、冒煙等異常，實現(xiàn)了快速響應并處置。以該企業(yè)高爐工序為例（圖5），通過應用環(huán)境監(jiān)測、“DCS 參數(shù)”管理、CO 管理、治理設施監(jiān)控、環(huán)保統(tǒng)計及風險防控等環(huán)保核心模塊解決方案，實現(xiàn)了環(huán)保各業(yè)務模塊縱向貫通、橫向高度關聯(lián)，信息共享，實現(xiàn)了管、控、治一體化管理。

圖5 高爐工序應用平臺圖

3.3 提升了重點污染源外排達標率

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

3.4 建立了精細化管理體系

從環(huán)保績效、環(huán)保隱患、深度治理進展等方面進行多維度環(huán)保評價，實行“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、監(jiān)督能力，促進了考核激勵措施的執(zhí)行。

3.5 助推“A 級環(huán)保績效企業(yè)”的保持

該企業(yè)通過在各工序采用環(huán)保智慧平臺進行數(shù)字化管控，應用數(shù)字化明確了崗位環(huán)保責任清單，對生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《關于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》和《關于做好鋼鐵企業(yè)超低排放評估監(jiān)測工作的通知》進行了責任分解和落實到崗，有力保障了“A 級環(huán)保績效企業(yè)”保持。

4 結語

在新時代建設美麗中國、推進高品質生態(tài)環(huán)境支撐高質量發(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)綠色轉型的主要路徑。運用數(shù)字化轉型技術實現(xiàn)企業(yè)環(huán)保管理的創(chuàng)新，是互聯(lián)網高速發(fā)展時代的必然舉措[6]，推動信息技術與鋼鐵制造業(yè)深度融合，構建鋼鐵企業(yè)數(shù)字時代核心競爭能力為主線，打造數(shù)字化、網絡化、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，實現(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、優(yōu)化了環(huán)保管理績效，降低了生產成本，提升了鋼鐵企業(yè)的現(xiàn)代化環(huán)保管理能力和水平。