一、研究的背景与问题

2019年4月，生态环境部等五部委部联合发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（以下简称“意见”）。2019年12月，生态环境部发布了《钢铁企业超低排放评估监测技术指南》。2020年7月，生态环境部发布了《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南（2020年修订版）》。从上述国家关于钢铁企业超低排放改造提出了明确的要求和时间表。因此，钢铁行业如何从实现全流程、全过程、系统的环境管理的角度出发，建设生态环保管控系统，对有效提高钢铁行业发展质量和效益，大幅削减主要大气污染物排放量，促进环境空气质量持续改善，已经成为钢铁行业绿色发展的重要内容之一。

目前,部分企业已实施了无组织管控平台或超低排放管控平台，以满足超低排放的基本要求。但是无法满足钢铁企业日益增长的环境管理需求。企业急需将废气、废水、固废、清洁生产、碳排放、排污许可、环境风险、环保管理等管理功能全部实现信息化和智能化管控，并且根据企业实际需求进行定制化设计。在实现各环境管理功能的过程中，现有设备信息传输基本依托有线、4G无线等传输技术，5G技术尚在环保监测监控设备上的应用。目前企业已实施的超低排放管控系统及无组织排放管控系统多采用大屏展示的方式，对于环保管理人员查询、统计、导出、流程化管理带来了困难，急需开发PC端。

综上所述，无论是从国家生态环保管理的总体趋势，还是从企业自身发展需求以及面临的管理问题，都需要考虑建设智慧生态环保管控系统。

二、解决问题的思路与技术方案

依托现有技术积累和实际项目需要，依托中冶京诚钢铁企业超低排放评估监测咨询能力和钢铁企业电气控制系统开发能力，将政府环境管理要求和企业实际需求相结合，开发符合政策要求、融合智慧化先进技术、适度超前的智慧生态环保管控系统。

钢铁企业智慧生态环保管控系统技术路线图如下所示。

图1 钢铁企业智慧生态环保管控系统技术路线图

1、废气排放管理

（1）有组织监测监控研究。按照超低排放有组织监测监控要求，搭建完成有组织监测监控的分布式控制系统DCS和在线监测系统CEMS软件功能模块。

（2）无组织监测监控研究。按照超低排放无组织监测监控要求，搭建完成无组织监测监控的TSP浓度监测系统、视频监控设备软件功能模块。

2、废水综合管理

按照目前环保要求，搭建完成水质、水量监测设备、视频监控设备软件功能模块。

3、工业固废和危险废物全过程管理研究

搭建完成一般工业固废、危险固废统计、计量、过程管理软件功能模块设计。

4、环保综合管理

（1）视频智能控制系统研究。针对无组织、未清洗苫盖、运输车辆抓拍、固废监控、废水排口监控等环保视频监控设备实施智能化管控功能模块。

（2）清洁运输系统研究。按照超低排放清洁运输比例要求，搭建完成清洁运输系统的门禁视频监控、进出场运输比例、厂内运输车辆情况、非道路移动机械软件功能模块。

（3）厂区及周边环境质量智能化管理研究。按照超低排放环境质量监测监控要求，搭建完成环境质量监测监控的厂区空气质量微站、周边环境空气质量站软件功能模块。

（4）主要生产设施与环保设施同步运行智能管控。搭建完成生产设施环保设施同步运行管理及DCS数据分析软件功能模块。

（5）排污许可和环境税优化研究。搭建完成企业废气、废水和固废实际排放量、环境税缴纳软件功能模块设计。

（6）清洁生产管理系统研究。搭建完成全厂、焦化、炼铁、烧结/球团、炼铁、轧钢系统评价清洁生产水平软件功能模块设计。

（7）环境风险全过程监控的研究。搭建企业风险地图、物资地图、风险源清单、重大环境风险源预警系统的软件功能模块设计。

（8）碳排放管理的研究。形成企业碳排放核算、碳交易及履约、文件管理的软件功能模块设计。

三、主要创新性成果

1、在5G应用方面，融合5G+工业互联网、人工智能、大数据分析等先进技术，搭建从智能感知、智能分析到智能决策的智能化系统架构和管控平台。使用5G技术与空气微站、TSP及VOCs监测设备相结合，实现对厂内空气环境质量的24小时监控。利用5G视频摄像装置，实现对厂内运输车辆未清洗、未苫盖、对废水、雨水排放口异常排水及重点产尘区域产尘的图像智能识别功能。

2、超低排放无组织监管模块实时显示名称、位置、排放标准、监测结果、超标报警、生产设备与治理设施联动情况，利用人工智能进行数据分析，提供决策分析。有组织监管模块通过在地图呈现的直观方式，对企业全厂排放口的位置及信息进行监控和报警。清洁运输监管模块基于大数据及人工智能自动识别车辆信息，判断车辆排放阶段。

3、固废管理模块实现了一般固体废物全流程可追溯管理。

4、雨水排放口管理模块利用自主发明的雨水排放口管控方法、装置及系统，对雨水排口进行管理，判断并提升是否为非正常排放，通过数据分析监测排放水质情况。

5、排放许可与环境税管理模块通过大数据计算企业每个季度应缴环境税额。

四、应用情况与效果

研究成果在中信特钢集团兴澄特钢、河北永洋特钢以及陕钢集团汉钢公司获得成功应用。该项目将大数据技术、人工智能技术和物联网技术相融合，实现了超低排放无组织监管、超低排放有组织监管、超低排放清洁运输监管、日常环保管理的固废管理、雨水排放口管理、排放许可与环境税管理、清洁生产指标管理等环保模块的智慧管控功能。

1、大屏展示

定制地图总览采用3D形式展示，3D地图选用三维航拍建模，在地图上通过图标、色彩、图形等方式全面展示厂区内各类污染源的排放情况，用户视图中的相应图标进入对应的位置查看该区域的视频画面、监测因子实时浓度和设备状态等信息。此界面简洁明快，形象地展示厂区的地图全貌和监测设备分布，特别适合于视频上墙和展示。

图2. 陕钢汉钢大屏展示效果

图3. 智慧环保管控系统界面

2、无组织模块监控

在陕钢集团汉钢公司各料场出入口、烧结环冷区域、高炉矿槽和炉顶区域、炼钢车间顶部、雨水排口、在线监测站房内等点位安装高清视频。

图4. 现场监控布设

3、TSP扬尘在线监测

在陕钢集团汉钢公司各分厂车间内主要产尘环节布设TSP监测仪，主要用于监测生产过程中厂房车间内无组织扬尘产生及逸散情况。管控系统实时呈现监测数据，对于高浓度污染源立即向环保主管部门及分厂主管科室发出警报，系统可调阅历史数据曲线以佐证评估产尘点扬尘长期治理效果。

图5. 现场TSP布设

图6.  TSP实时报警显示界面

图7. TSP历史报警显示界面

4、环境空气质量监测微站

在陕钢集团汉钢公司全厂物料储存大棚、烧结、高炉、石灰、钢渣处理等重点车间区域周边，以及厂界、厂内道路路口、道路中间布设空气质量监测微站，平台接入监测数据，予以实时呈现，并对监测结果进行统计分析。配合对比分析、溯源分析及预警分析等功能，实现厂区环境空气质量实时监控，环境污染风险提前预测，污染源及时溯源排查，便于企业及时对受污染区域进行综合治理，提升厂区环境管控效率。

图8.  现场微站布设

图9. 微站数据显示界面

5、物料储存智能治理

智慧环保管控系统设定料场内TSP监测仪报警阈值。当现场无组织排放浓度达到甚至超过报警阈值时，平台通过以太网与雾炮PLC进行通信，发出指令开启料场内雾炮，对于现场作业过程中产生的扬尘进行及时抑制。

图10. 物料储存智能治理界面

图11.单台设备智能治理界面

6、厂区环境智能治理

对未通过洗车台、未苫盖的违规车辆进行抓拍，并对违规行为进行记录管理；

通过对环卫车辆加装北斗GPS装置，跟踪并展示环卫车实时位置，在环境空气质量微站显示浓度较高时，主控人员能够第一时间调度距离污染源较劲的环卫车辆进行作业，降低车辆运输、外界二次扬尘对厂区道路、厂界环境的污染。

图12 厂区环境智能治理界面

7、排放源清单

根据前期在陕钢集团汉钢公司开展超低排放预评估及评估监测情况，从物料储存、物料输送、生产工艺过程3个方面建立全厂无组织排放源清单。平台接入所有排放源所对应的生产设备运行信号、治理设备运行信号及附近监测仪器的监测数据，对其“生产-治理-监控”同步运行情况进行跟踪，对于生产期间未开启治理设施的行为进行实时警报，有效做到产治同步管控。

图13  同步运行管理界面

图14 生产治理监控设施关联运行界面

8、进出厂大宗物料及产品运输

通过整合企业的门禁系统、磅房系统、生产系统和监控系统，以展现企业的实时进厂车辆记录、实时进厂车辆状态、禁止入场车辆记录、运输车辆合规统计、大宗物料和产品运量统计、运输结构及清洁运输比率、厂外运输历史台帐、实时监控图像（门禁、过磅、洗车台）、车辆详细信息—图像显示、车辆详细信息—关联信息方面的内容。

图15  进出厂大宗物料及产品运输界面

9、日常管理模块

结合企业日常环境管理需求，设置了固废管理、雨水排口管理、排污许可管理、清洁生产指标管理、设备台账管理等功能，有效协助企业进行一般固废及危险废物处置追踪、雨水外排防控、污染物排放总量预警、治理设施电耗成本核算、企业环保税核算、设备运行状态监控、清洁生产对标等环保管理工作。

图16 雨水排口管理界面

图17 环境管理台账界面