電氣自動化在鋼鐵企業超低排放綜合治理中的應用

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.035

摘" 要：鋼鐵企業屬于重工業，其所排放的廢物對環境的污染較為嚴重，為能夠減少鋼鐵企業碳排放量，并加快鋼鐵企業傳統業務向數字化業務的轉型，該文加大對電氣自動化技術的研究，并將其應用于鋼鐵企業的超低排放綜合治理作業之中。在研究時分析我國一些大型鋼鐵企業電氣自動化超低排放綜合治理案例，并依照現代化鋼鐵企業的實際生產與管理需求，設計一套操作性較強的治理系統。通過試驗證明，該系統相比人工控制與治理而言，更具備動態化、實時化、共享化的特點，能夠提高管理工作效率，同時可以加大對關鍵排放節點的關注。這也說明電氣自動化技術在鋼鐵企業超低排放綜合治理工作中的應用具備較強的可行性，可以大范圍地推廣此類治理技術。

關鍵詞：電氣自動化；鋼鐵企業；超低排放；綜合治理；一體化管理

中圖分類號：X84 " 文獻標志碼：A " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0１４０-0４

Abstract： Iron and steel enterprises belong to heavy industry， and their wastes pollute the environment seriously. In order to reduce the carbon emissions of iron and steel enterprises and speed up the transformation from traditional business to digital business， this paper increases the research on electrical automation technology and applies it to the ultra-low emission comprehensive treatment operation of iron and steel enterprises. During the study， the comprehensive treatment cases of electrical automation and ultra-low emission in some large iron and steel enterprises in China are analyzed， and a set of operational governance system is designed according to the actual production and management needs of modern iron and steel enterprises. The experimental results show that the system has more dynamic， real-time and shared characteristics than manual control and governance， and can improve the management efficiency and pay more attention to the key emission nodes. This also shows that the application of electrical automation technology in the comprehensive treatment of ultra-low emissions in iron and steel enterprises has a strong feasibility， and this kind of treatment technology can be popularized on a large scale.

Keywords： electrical automation; iron and steel enterprises; ultra-low emission; comprehensive treatment; integrated management

鋼鐵企業是重工業的核心支柱，對國民經濟發展起到了決定性的作用，其所從事的業務內容具有勞動密集、污染性大、能源消耗高的特點，所排放的廢氣污染物，據資料統計能夠占到我國大氣污染物總排放量的10%～15%。為能夠打贏藍天保衛戰，并加快鋼鐵企業傳統業務的轉型，本文依照相關指導政策，加大了電氣自動化技術在鋼鐵企業超低排放綜合治理方案中應用的研究。

1" 電氣自動化技術介紹

1.1" 內涵主旨

電氣自動化技術是現代化企業生產過程中常用技術，該技術可以在無人參與或有少數人參與的前提下，實現對產品的全方位操控與監視，保證作業生產流程，能夠按照企業既定計劃展開。除此之外，所操作與監視的設備也具備自動化的特點，其無需人工操控，便可以自主運行，提高了生產過程的精準性、安全性、高效性。進入“十四五”規劃以后，電氣自動化普及水平已經成為了決定國家行業高質量發展的重要因素，因此在鋼鐵企業中應用此項技術十分關鍵[1]。

1.2" 技術特點

第一，易用性。該項技術由于具備自動化的特點，因此無需人工的參與便可實現自動作業，同時可以將部分業務數據通過實時化、直觀化、圖形化的方式展現，便于工作人員對各類生產過程的掌控，系統界面操作起來也較為簡便。第二，低成本。電氣自動化技術能夠將所有的業務數據入庫并量化，因此在保證企業安全生產的前提下，還能節約企業能源，可以減少不必要的成本支出。第三，可以有效協調各類設備與生產環節，避免系統負荷作業，便于發現故障問題。

2" 電氣自動化在鋼鐵企業超低排放綜合治理中應用背景分析

2.1" 項目政策分析

在鋼鐵企業超低排放綜合治理工作中引入電氣自動化技術已經不是什么新鮮事，早在2019年我國就印發了《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》，其中工業與信息化部門也參與了此項政策的規劃，政策中明確指出，應依照產能置換實施辦法，結合鋼鐵企業超低排放指標，同步配置高效治理與生產設備，國家鼓勵企業對既有工藝改造。我國山東、江蘇、浙江等重點鋼鐵企業在改造工藝與設備的過程中，充分應用了電氣自動化技術中的智能、動態監控優勢。

2.2" 技術基本要求

基于相關政策的要求，在應用電氣自動化技術時，不能盲目開展，為能達成綜合治理的目標，需要遵循以下幾點原則：第一，突出工作重點，根據鋼鐵企業的實際治理要求與生產作業特點，加大對超低排放的改造力度，以便保證此項工作的穩步推進。第二，開展規范化的評估監測工作，依照政策的指導，鋼鐵企業要逐步實現技術的再升級，保證此項工作能夠常態化、持續化進行。第三，依照政策指南，合理運用各類新興技術，并建立標準化的監測機制[2]。

3" 鋼鐵企業超低排放綜合治理中應用電氣自動化技術的對策

現如今我國首都鋼鐵、寶鋼集團、太鋼集團等大型鋼鐵企業已經依照國家政策指導標準，在超低排放管控治理建設方案中加大了電氣自動化技術的應用，本節則結合相關企業的實際治理經驗與技術方案內容，進行技術應用對策的分析。

3.1" 系統框架設計

在設計綜合治理系統時，應充分利用電氣自動化技術的優勢，將各個系統環節進行統一處理，以便提高治理工作速率[3]。該系統總共分為3個層次，第一層為感應層，其中包括工況用電監測系統、抑塵裝備、環境監測設備、無組織粉塵監測設備、VOC（揮發性有機化合物）監測器、視頻監控終端設備及有組織排放監測設備。第二層為網絡層，其會將前端感應層中各類感應設備所收集的信息傳送至系統應用層，所包含的主要內容有企業內網（5G/光纖）、數據庫、服務器。第三層為應用層，便于工作人員對各類超低排放信息的調取與觀測，同時能夠對治理風險進行深入分析，其中包括人員管理、霧炮控制、視頻監控、顆粒物測控、有組織監測、氣象觀測、問題定位和運維保障等功能（圖1）。

3.2" 軟件平臺功能

為能夠方便系統的操作，該平臺設置了一個一體化的人機管控界面，其中能夠展示地圖，并對檢測點進行排名，可以做好污染源清單的統計，將能耗統計數充分展示其中。除此之外，還具備設備統計功能，能夠將廠區內的空氣質量與國控點進行對比。視頻監控區域便于管理人員實時調取錄像。平臺具體功能如下。

3.2.1" 統計功能

系統中充分利用了大數據、云計算、物聯網等技術，提高了作業的智能化水平。在統計模塊中，通過人機界面，能夠全面展示各類能耗統計、設備統計、檢測點排名信息，并可以進行視頻實時動態化監控，功能菜單一目了然，便于操作。

第一，在污染排放清單的管理與界面展示部分，能夠在電子地圖中，直接標記出污染源排放區域（煤棚、料棚、中轉站等），并將其分類歸化到不同統計清單之中，同時還兼并了污染排放清單增刪查改功能。

第二，所監測到的污染點數據信息會通過電子地圖進行可視化展示，并對每一監測點進行排名。在空間熱力分析上，會通過全天候在線監測的方式，快速捕捉當前污染狀況，并以熱力云圖的方式呈現，較為直觀明了污染的趨勢。在電子地圖上直接展示所有設備的工況，并會生成記錄，其中包括監測設備、監控、除塵等狀態記錄。在環境參數的統計上，系統可以收集風向、溫度、濕度、噪音和大氣壓等，例如監測設備采集的PM10、PM2.5、TSP等。

第三，系統還具備了能耗統計性能，能夠幫助企業合理調控相關設備，一是可以獲取各設備功耗與水耗參數，再通過運行時間計算電力、水耗；二是可以通過智能電表、水表讀取數據上傳平臺；三是可查詢歷史設備自動啟停記錄以及能耗分析、除塵效果、設備總能耗信息等。

第四，還可以對違規運輸車輛進行畫面抓拍，在公司運輸車輛主進、出口設置視頻監控與門禁系統配合，對進廠車輛沒有封閉、出廠車輛無洗車、遮擋車牌等違規行為進行抓拍，并上傳至平臺之中，平臺能夠對抓拍違規車輛進行記錄存儲和隨時調取。同時，也可以對企業的環衛車進行智能調度與管理，可以根據實際污染程度、污染趨勢預警、工廠工作計劃實現優化調度廠區運輸車輛、管理人員、環保車輛，對主要路段進行預見性控制污染管理與治理。

第五，粉塵分析以及經驗數據庫學習模塊，可以通過歷史曲線對監測點位歷史數據進行查詢，并實時展示變化趨勢，根據接入國控站點，能夠進行多點的對比，以便分析問題的原因，深度挖掘各參數之間的關聯關系，預判未來的發展趨勢。同時，該系統可以通過大數據推演粉塵以及影響規律，利用監測點數據深度分析污染數據來源，并挖掘數據與設備之間的關聯關系，通過對大數據的分析、預測變化、污染來源，能夠為智能化管控提供精準的判斷依據。

第六，鄰近國控點測量值與平臺數據對比分析，對比省控點環境展示廠區數據，可以實時展示歷史數據變化，并根據所接入的國控站點，進行多點對比，深入分析原因，深度挖掘各類參數之間所存在的關系，輔助管理人員評估其未來的發展趨勢。在粉塵治理效果的呈現上，會通過污染源附近監測設備，在除塵前、中、后各階段進行數值分析，以便對比除塵設備治理前后環境的各項指標，顯示治理效果。

3.2.2" 學習功能

在分析學習模塊時，加大了人工智能技術的應用，能夠方便工作人員實時捕捉環境超標信息，并可以將所收集到的數據，及時推送給管理人員。平臺可以通過短信、微信、APP等形式進行信息的共享。同時，系統還可以通過人工神經網絡技術學習分析污染源與除塵設施之間所存在的關系，系統會將監測設備所收集到的除塵前各階段數值，與除塵治理后各階段的環境指標情況相對比，并顯示治理效果，找出污染源與除塵設備之間所存在的關聯規律，最終通過無人化控制的方式，來實現無組織粉塵治理。除此之外，系統還可以加大對所收集信息背后價值的深度挖掘，便于工作人員掌握粉塵性質、工序、環境參數及污染之間所存在的動態聯系。當環境污染超標以后，還可以加大對問題的追溯與定位。同時，其還能分析監測設備，根據一段時間內歷史曲線，結合生產工序情況，找出污染變化規律，并分析接下來的時間有可能在某一時段內發生環境超標的情況，以便全面展示污染預警趨勢。

3.2.3" 系統管理

在管理與系統治理方面，加大了智能技術的應用，并建立起智能聯動方案，系統能夠依照所收集到的污染以及風險預警信息，根據工作計劃對除塵設備進行一體化控制，從而在保證污染恒定控制的基礎之上，減少對能源的損耗，并達成無人化操作的目標。該管控治理平臺，采用了一體化管理思路（圖2），具體的實現路徑為：第一，依照前端各類監測設備的閾值，將治理設備的等級設置為不同級別；第二，依照視頻聯動治理設備運行；第三，依照濃度預警或趨勢聯動治理設備運行；第四，依照工作計劃，設定治理設備的工作時間與周期。通過該種管理運行模式，平臺可以與排放檢測系統有效銜接，能使鋼鐵企業的超低排放檢測作業更加規范化。

3.2.4" 排放監測

在有組織排放監測方面，系統會對監測儀器是否在正常工作進行實時評測，并會將所有數據信息上傳至數據庫之中。而監測因子也可以依照使用需求的不同進行合理化制定。例如，所顯示的時間段可以分為實時監測狀態值、最近1 h監測值、最近1 d監測值等。所監測到的數據信息可以通過動態化、圖形化、實時化的方式展現，所呈現的形式包括折線圖、柱狀圖、表格等類型，其中能夠全面展示監測因子濃度的分鐘值、小時值以及日均值。在權限的管理上，該系統可以供給3種用戶角色進行操作權限的設置，一是系統用戶，二是管理用戶，三是普通用戶，能夠依照操作人員的級別不同，進行合理劃分。同時，可以將訪問范圍以及數據讀寫內容都進行嚴格的分級管理，保證了數據信息的安全性。

3.3" 系統硬件設備

3.3.1" 監測儀器參數

為能夠滿足系統各項控制管理作業的需求，則需要對硬件系統加大研究，并保證其參數可以符合標準，便于系統各項功能的實現。以VOC監測器的技術參數為例（帶H2S及NH3）。第一，所檢測的量程范圍在0～100 ppm/0～1 000 ppm；第二，分辨率為0.01 ppm/0.1 ppm；第三，工作原理為PID光離子化；第四，所采用的監測方式為泵吸式；第五，檢測的主要氣體為氨氣與硫化氫；第六，量程應在0～2、20、50、100、1 000、2 000、5 000、10 000 ppm范圍內可選；第七，重復性大于等于±2%；第八，檢出限應低于排放限值單位值的10%；第九，傳感器的壽命在24 h連續監測的條件下，大于1 a；第十，檢測的精度應在小于等于±3%（F.S）范圍內；第十一，要有中國環境保護產品認證（CCEP）與防爆合格證明。

3.3.2" 監控技術參數

視頻監控設備作為超低排放電氣自動化綜合治理系統中的重要組成部分，其對技術標準也有著較高的要求，在選擇時技術人員應綜合評測。例如，能夠支持1 920×1 080@30 fps高清畫面輸出。同時，為能夠有效縮減系統平臺的內存空間，還需要支持高效的H.265壓縮算法，并能夠適應超低照度環境，采用紅外陣列，以便降低電力能耗。除此之外，為保證其可以滿足各類數據信息的輸出要求，需要支持960 p@60 fps、720 p@60 fps的高幀率畫面輸出。并要具備區域入侵、越界及移動的智能偵測功能，即便是在斷網條件下，也可以保證錄像數據不丟失，能夠支持寬動態、3D數字降噪、強光抑制、電子防抖和Smart IR等功能。通過3D定位技術，利用鼠標框選擇目標以便實現目標的快速定位及捕捉。

3.4" 系統應用分析

當前將該系統應用于鋼鐵企業的超低排放綜合治理作業之中，其具備以下幾點優勢：一是，從長遠的角度分析，綜合治理成本較低；二是，能夠針對既往管理過程中所出現的諸多問題及時反映，具備實時性的特點；三是，該系統管理平臺符合我國鋼鐵企業無組織排放管控治理一體化管理標準。

4" 提升鋼鐵企業超低排放電氣自動化綜合治理技術質量路徑

4.1" 轉變既有治理思想，提高技術應用適配性

除上述應用思路以外，為能夠達成綜合治理的要求，企業還應轉變既有作業思想，避免在改造的過程中出現投資風險性增加等問題。在規劃的過程中，應加大對治理方案的頂層設計，并通過統籌規劃與分步實施的方式，逐一開展。同時，也要加大對業內相關企業在超低排放綜合治理中應用電氣自動化技術的成果分析，深入探究并發現技術應用潛在風險，加大與第三方系統設計公司的探討，制定良好的解決對策，以便實現硬件的優先部署，平臺的快速迭代[4]。

4.2" 制定良好實施路徑，提升改造優化實效性

同時，為能夠充分發揮電氣自動化技術的優勢，則應制定良好的實施路徑，應提高治理方案的前瞻性，減少重復投資情況，從而實現對既有生產流程的全面改造。例如，企業戰略規劃（協同減污降碳源頭工藝轉型方案）→短期發展規劃（開展產能置換）→環保水平診斷（確定系統改造評估范圍與清潔運輸改造）→可研設計施工（結合無組織排放清單重點環保改造項目、與大型設計院開展可研設計等）→改造水平評估→卓越環?？冃А?/p>

4.3" 加大行業發展分析，逐步完善系統的設計

電氣自動化技術中包含多樣化的技術手段，而隨著我國科學技術的不斷發展，當前部分企業在應用電氣自動化技術的過程中，也存在系統迭代較快，且技術更換較頻的問題。在此背景下，為能夠減少治理方案實施風險的出現，企業則應加大對行業發展前景的分析，并全面落實鋼鐵企業所頒布的相關改革與優化政策，依照因地制宜的原則，加大應用環境的優化力度，并對部分生產環節進行分類改造，以便盡快達成超低排放綜合治理的目標[5]。

5" 結束語

綜上所述，基于新時期背景下，為能夠達成由制造大國轉變為制造強國的目標，鋼鐵企業應深度貫徹行業超低排放政策與標準，加快實現企業生產作業的綠色化、經濟化、智能化。通過電氣自動化技術的引入，能夠滿足鋼鐵企業超低排放的全過程、全覆蓋、全方位管理要求，同時為能夠充分發揮此項技術的優勢，鋼鐵企業也應制定相應的管理對策實現有組織監管，并持續化提升治理質量。

參考文獻：

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[3] 潘昱.智易時代智能化監測助力鋼企超低排放[N].中國冶金報，2022-06-08（8）.

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[5] 劉曉剛，易海濤.雙碳背景下鋼鐵企業超低排放改造中的幾個問題及對策建議[J].四川環境，2023，42（2）：288-293.

作者簡介：盧澤華（1989-），男，工程師。研究方向為電氣工程及自動化。