电气自动化在钢铁企业超低排放综合治理中的应用.pdf

2023 年 32 期设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application电气自动化在钢铁企业超低排放综合治理中的应用卢泽华（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）钢铁企业是重工业的核心支柱，对国民经济发展起到了决定性的作用，其所从事的业务内容具有劳动密集、污染性大、能源消耗高的特点，所排放的废气污染物，据资料统计能够占到我国大气污染物总排放量的 10%耀15%。为能够打赢蓝天保卫战，并加快钢铁企业传统业务的转型，本文依照相关指导政策，加大了电气自动化技术在钢铁企业超低排放综合治理方案中应用的研究。1电气自动化技术介绍1.1内涵主旨电气自动化技术是现代化企业生产过程中常用技术，该技术可以在无人参与或有少数人参与的前提下，实现对产品的全方位操控与监视，保证作业生产流程，能够按照企业既定计划展开。除此之外，所操作与监视的设备也具备自动化的特点，其无需人工操控，便可以自主运行，提高了生产过程的精准性、安全性、高效性。进入“十四五”规划以后，电气自动化普及水平已经成为了决定国家行业高质量发展的重要因素，因此在钢铁企业中应用此项技术十分关键1。1.2技术特点第一，易用性。该项技术由于具备自动化的特点，因此无需人工的参与便可实现自动作业，同时可以将部分业务数据通过实时化、直观化、图形化的方式展现，便于工作人员对各类生产过程的掌控，系统界面操作起来也较为简便。第二，低成本。电气自动化技术能够将所有的作者简介：卢泽华（1989-），男，工程师。研究方向为电气工程及自动化。摘要：钢铁企业属于重工业，其所排放的废物对环境的污染较为严重，为能够减少钢铁企业碳排放量，并加快钢铁企业传统业务向数字化业务的转型，该文加大对电气自动化技术的研究，并将其应用于钢铁企业的超低排放综合治理作业之中。在研究时分析我国一些大型钢铁企业电气自动化超低排放综合治理案例，并依照现代化钢铁企业的实际生产与管理需求，设计一套操作性较强的治理系统。通过试验证明，该系统相比人工控制与治理而言，更具备动态化、实时化、共享化的特点，能够提高管理工作效率，同时可以加大对关键排放节点的关注。这也说明电气自动化技术在钢铁企业超低排放综合治理工作中的应用具备较强的可行性，可以大范围地推广此类治理技术。关键词：电气自动化；钢铁企业；超低排放；综合治理；一体化管理中图分类号院X84文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤32-0员源园-0源Abstract:Iron and steel enterprises belong to heavy industry,and their wastes pollute the environment seriously.In order toreduce the carbon emissions of iron and steel enterprises and speed up the transformation from traditional business to digitalbusiness,thispaperincreasestheresearchonelectricalautomationtechnologyandappliesittotheultra-lowemissioncomprehensive treatment operation of iron and steel enterprises.During the study,the comprehensive treatment cases of electricalautomation and ultra-low emission in some large iron and steel enterprises in China are analyzed,and a set of operationalgovernance system is designed according to the actual production and management needs of modern iron and steel enterprises.Theexperimental results show that the system has more dynamic,real-time and shared characteristics than manual control andgovernance,and can improve the management efficiency and pay more attention to the key emission nodes.This also shows thatthe application of electrical automation technology in the comprehensive treatment of ultra-low emissions in iron andsteelenterprises has a strong feasibility,and this kind of treatment technology can be popularized on a large scale.Keywords:electricalautomation;ironandsteelenterprises;ultra-lowemission;comprehensivetreatment;integratedmanagementDOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.035140-设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 32 期业务数据入库并量化，因此在保证企业安全生产的前提下，还能节约企业能源，可以减少不必要的成本支出。第三，可以有效协调各类设备与生产环节，避免系统负荷作业，便于发现故障问题。2电气自动化在钢铁企业超低排放综合治理中应用背景分析2.1项目政策分析在钢铁企业超低排放综合治理工作中引入电气自动化技术已经不是什么新鲜事，早在 2019 年我国就印发了关于推进实施钢铁行业超低排放的意见，其中工业与信息化部门也参与了此项政策的规划，政策中明确指出，应依照产能置换实施办法，结合钢铁企业超低排放指标，同步配置高效治理与生产设备，国家鼓励企业对既有工艺改造。我国山东、江苏、浙江等重点钢铁企业在改造工艺与设备的过程中，充分应用了电气自动化技术中的智能、动态监控优势。2.2技术基本要求基于相关政策的要求，在应用电气自动化技术时，不能盲目开展，为能达成综合治理的目标，需要遵循以下几点原则：第一，突出工作重点，根据钢铁企业的实际治理要求与生产作业特点，加大对超低排放的改造力度，以便保证此项工作的稳步推进。第二，开展规范化的评估监测工作，依照政策的指导，钢铁企业要逐步实现技术的再升级，保证此项工作能够常态化、持续化进行。第三，依照政策指南，合理运用各类新兴技术，并建立标准化的监测机制2。3钢铁企业超低排放综合治理中应用电气自动化技术的对策现如今我国首都钢铁、宝钢集团、太钢集团等大型钢铁企业已经依照国家政策指导标准，在超低排放管控治理建设方案中加大了电气自动化技术的应用，本节则结合相关企业的实际治理经验与技术方案内容，进行技术应用对策的分析。3.1系统框架设计在设计综合治理系统时，应充分利用电气自动化技术的优势，将各个系统环节进行统一处理，以便提高治理工作速率3。该系统总共分为 3 个层次，第一层为感应层，其中包括工况用电监测系统、抑尘装备、环境监测设备、无组织粉尘监测设备、VOC（挥发性有机化合物）监测器、视频监控终端设备及有组织排放监测设备。第二层为网络层，其会将前端感应层中各类感应设备所收集的信息传送至系统应用层，所包含的主要内容有企业内网（5G/光纤）、数据库、服务器。第三层为应用层，便于工作人员对各类超低排放信息的调取与观测，同时能够对治理风险进行深入分析，其中包括人员管理、雾炮控制、视频监控、颗粒物测控、有组织监测、气象观测、问题定位和运维保障等功能（图 1）。图 1钢铁企业超低排放综合治理电气自动化系统框架图3.2软件平台功能为能够方便系统的操作，该平台设置了一个一体化的人机管控界面，其中能够展示地图，并对检测点进行排名，可以做好污染源清单的统计，将能耗统计数充分展示其中。除此之外，还具备设备统计功能，能够将厂区内的空气质量与国控点进行对比。视频监控区域便于管理人员实时调取录像。平台具体功能如下。3.2.1统计功能系统中充分利用了大数据、云计算、物联网等技术，提高了作业的智能化水平。在统计模块中，通过人机界面，能够全面展示各类能耗统计、设备统计、检测点排名信息，并可以进行视频实时动态化监控，功能菜单一目了然，便于操作。第一，在污染排放清单的管理与界面展示部分，能够在电子地图中，直接标记出污染源排放区域（煤棚、料棚、中转站等），并将其分类归化到不同统计清单之中，同时还兼并了污染排放清单增删查改功能。第二，所监测到的污染点数据信息会通过电子地图进行可视化展示，并对每一监测点进行排名。在空间热力分析上，会通过全天候在线监测的方式，快速捕捉当前污染状况，并以热力云图的方式呈现，较为直观明了污染的趋势。在电子地图上直接展示所有设备的工况，并会生成记录，其中包括监测设备、监控、除尘等状态记录。在环境参数的统计上，系统可以收集风向、温度、湿度、噪音和大气压等，例如监测设备采集的 PM10、PM2.5、TSP等。第三，系统还具备了能耗统计性能，能够帮助企业合理调控相关设备，一是可以获取各设备功耗与水耗参数，再通过运行时间计算电力、水耗；二是可以通过智能电应用层网络层感知层人员管理 雾炮控制 视频监控 颗粒物测控 有组织监测气象观测问题定位运维保障智能维保管理系统企业内网数据库服务器（5G/光纤）工况用电抑尘装备环境监测无组织粉尘监测VOC 监测视频监控终端有组织排放监测141-2023 年 32 期设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application表、水表读取数据上传平台；三是可查询历史设备自动启停记录以及能耗分析、除尘效果、设备总能耗信息等。第四，还可以对违规运输车辆进行画面抓拍，在公司运输车辆主进、出口设置视频监控与门禁系统配合，对进厂车辆没有封闭、出厂车辆无洗车、遮挡车牌等违规行为进行抓拍，并上传至平台之中，平台能够对抓拍违规车辆进行记录存储和随时调取。同时，也可以对企业的环卫车进行智能调度与管理，可以根据实际污染程度、污染趋势预警、工厂工作计划实现优化调度厂区运输车辆、管理人员、环保车辆，对主要路段进行预见性控制污染管理与治理。第五，粉尘分析以及经验数据库学习模块，可以通过历史曲线对监测点位历史数据进行查询，并实时展示变化趋势，根据接入国控站点，能够进行多点的对比，以便分析问题的原因，深度挖掘各参数之间的关联关系，预判未来的发展趋势。同时，该系统可以通过大数据推演粉尘以及影响规律，利用监测点数据深度分析污染数据来源，并挖掘数据与设备之间的关联关系，通过对大数据的分析、预测变化、污染来源，能够为智能化管控提供精准的判断依据。第六，邻近国控点测量值与平台数据对比分析，对比省控点环境展示厂区数据，可以实时展示历史数据变化，并根据所接入的国控站点，进行多点对比，深入分析原因，深度挖掘各类参数之间所存在的关系，辅助管理人员评估其未来的发展趋势。在粉尘治理效果的呈现上，会通过污染源附近监测设备，在除尘前、中、后各阶段进行数值分析，以便对比除尘设备治理前后环境的各项指标，显示治理效果。3.2.2学习功能在分析学习模块时，加大了人工智能技术的应用，能够方便工作人员实时捕捉环境超标信息，并可以将所收集到的数据，及时推送给管理人员。平台可以通过短信、微信、APP 等形式进行信息的共享。同时，系统还可以通过人工神经网络技术学习分析污染源与除尘设施之间所存在的关系，系统会将监测设备所收集到的除尘前各阶段数值，与除尘治理后各阶段的环境指标情况相对比，并显示治理效果，找出污染源与除尘设备之间所存在的关联规律，最终通过无人化控制的方式，来实现无组织粉尘治理。除此之外，系统还可以加大对所收集信息背后价值的深度挖掘，便于工作人员掌握粉尘性质、工序、环境参数及污染之间所存在的动态联系。当环境污染超标以后，还可以加大对问题的追溯与定位。同时，其还能分析监测设备，根据一段时间内历史曲线，结合生产工序情况，找出污染变化规律，并分析接下来的时间有可能在某一时段内发生环境超标的情况，以便全面展示污染预警趋势。3.2.3系统管理在管理与系统治理方面，加大了智能技术的应用，并建立起智能联动方案，系统能够依照所收集到的污染以及风险预警信息，根据工作计划对除尘设备进行一体化控制，从而在保证污染恒定控制的基础之上，减少对能源的损耗，并达成无人化操作的目标。该管控治理平台，采用了一体化管理思路（图 2），具体的实现路径为：第一，依照前端各类监测设备的阈值，将治理设备的等级设置为不同级别；第二，依照视频联动治理设备运行；第三，依照浓度预警或趋势联动治理设备运行；第四，依照工作计划，设定治理设备的工作时间与周期。通过该种管理运行模式，平台可以与排放检测系统有效衔接，能使钢铁企业的超低排放检测作业更加规范化。图 2钢铁企业超低排放综合治理电气自动一体化管理平台结构图3.2.4排放监测在有组织排放监测方面，系统会对监测仪器是否在正常工作进行实时评测，并会将所有数据信息上传至数据库之中。而监测因子也可以依照使用需求的不同进行合理化制定。例如，所显示的时间段可以分为实时监测状态值、最近 1h 监测值、最近 1d 监测值等。所监测到的数据信息可以通过动态化、图形化、实时化的方式展现，所呈现的形式包括折线图、柱状图、表格等类型，其中能够全面展示监测因子浓度的分钟值、小时值以及日均值。在权限的管理上，该系统可以供给 3 种用户角色进行操作权限的设置，一是系统用户，二是管理用户，三是普通用户，能够依照操作人员的级别不同，进行合理划分。同时，可以将访问范围以及数据读写内容都进行严格的分级管理，保证了数据信息的安全性。3.3系统硬件设备3.3.1监测仪器参数为能够满足系统各项控制管理作业的需求，则需要对硬件系统加大研究，并保证其参数可以符合标准，便于超低排放管控治理一体化平台有组织排放监测系统无组织排放智能检测子系统空气质量监测站空气质量监测仪视觉监测系统无组织排放智能检测子系统智能微雾雾炮机智能高压干雾设备智能微雾设备142-设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 32 期系统各项功能的实现。以 VOC 监测器的技术参数为例（带 H2S 及 NH3）。第一，所检测的量程范围在 0100ppm/01 000 ppm；第二，分辨率为 0.01 ppm/0.1 ppm；第三，工作原理为 PID 光离子化；第四，所采用的监测方式为泵吸式；第五，检测的主要气体为氨气与硫化氢；第六，量程应在 02、20、50、100、1000、2000、5000、10000ppm范围内可选；第七，重复性大于等于依2%；第八，检出限应低于排放限值单位值的 10%；第九，传感器的寿命在 24 h 连续监测的条件下，大于 1 a；第十，检测的精度应在小于等于依3%（F.S）范围内；第十一，要有中国环境保护产品认证（CCEP）与防爆合格证明。3.3.2监控技术参数视频监控设备作为超低排放电气自动化综合治理系统中的重要组成部分，其对技术标准也有着较高的要求，在选择时技术人员应综合评测。例如，能够支持1920伊108030fps 高清画面输出。同时，为能够有效缩减系统平台的内存空间，还需要支持高效的 H.265 压缩算法，并能够适应超低照度环境，采用红外阵列，以便降低电力能耗。除此之外，为保证其可以满足各类数据信息的输出要求，需要支持 960p60fps、720p60fps 的高帧率画面输出。并要具备区域入侵、越界及移动的智能侦测功能，即便是在断网条件下，也可以保证录像数据不丢失，能够支持宽动态、3D 数字降噪、强光抑制、电子防抖和Smart IR 等功能。通过 3D 定位技术，利用鼠标框选择目标以便实现目标的快速定位及捕捉。3.4系统应用分析当前将该系统应用于钢铁企业的超低排放综合治理作业之中，其具备以下几点优势：一是，从长远的角度分析，综合治理成本较低；二是，能够针对既往管理过程中所出现的诸多问题及时反映，具备实时性的特点；三是，该系统管理平台符合我国钢铁企业无组织排放管控治理一体化管理标准。4提升钢铁企业超低排放电气自动化综合治理技术质量路径4.1转变既有治理思想袁提高技术应用适配性除上述应用思路以外，为能够达成综合治理的要求，企业还应转变既有作业思想，避免在改造的过程中出现投资风险性增加等问题。在规划的过程中，应加大对治理方案的顶层设计，并通过统筹规划与分步实施的方式，逐一开展。同时，也要加大对业内相关企业在超低排放综合治理中应用电气自动化技术的成果分析，深入探究并发现技术应用潜在风险，加大与第三方系统设计公司的探讨，制定良好的解决对策，以便实现硬件的优先部署，平台的快速迭代4。4.2制定良好实施路径袁提升改造优化实效性同时，为能够充分发挥电气自动化技术的优势，则应制定良好的实施路径，应提高治理方案的前瞻性，减少重复投资情况，从而实现对既有生产流程的全面改造。例如，企业战略规划（协同减污降碳源头工艺转型方案）寅短期发展规划（开展产能置换）寅环保水平诊断（确定系统改造评估范围与清洁运输改造）寅可研设计施工（结合无组织排放清单重点环保改造项目、与大型设计院开展可研设计等）寅改造水平评估寅卓越环保绩效。4.3加大行业发展分析袁逐步完善系统的设计电气自动化技术中包含多样化的技术手段，而随着我国科学技术的不断发展，当前部分企业在应用电气自动化技术的过程中，也存在系统迭代较快，且技术更换较频的问题。在此背景下，为能够减少治理方案实施风险的出现，企业则应加大对行业发展前景的分析，并全面落实钢铁企业所颁布的相关改革与优化政策，依照因地制宜的原则，加大应用环境的优化力度，并对部分生产环节进行分类改造，以便尽快达成超低排放综合治理的目标5。5结束语综上所述，基于新时期背景下，为能够达成由制造大国转变为制造强国的目标，钢铁企业应深度贯彻行业超低排放政策与标准，加快实现企业生产作业的绿色化、经济化、智能化。通过电气自动化技术的引入，能够满足钢铁企业超低排放的全过程、全覆盖、全方位管理要求，同时为能够充分发挥此项技术的优势，钢铁企业也应制定相应的管理对策实现有组织监管，并持续化提升治理质量。参考文献院1肖青.钢铁企业无组织排放监测监控系统探讨J.冶金经济与管理，2023（2）：17-20.2吕鹤，李晓新.钢铁企业超低排放改造的实施路径J.中国资源综合利用，2023，41（3）：178-184.3潘昱.智易时代智能化监测助力钢企超低排放N.中国冶金报，2022-06-08（8）.4都国栋，殷凤良，夏夕科.钢铁行业超低排放改造现状及完善措施J.皮革制作与环保科技，2022，3（10）：86-88.5刘晓刚，易海涛.双碳背景下钢铁企业超低排放改造中的几个问题及对策建议J.四川环境，2023，42（2）：288-293.143-