晁團(tuán)效  陳振勇  林云航

（江蘇省鑌鑫鋼鐵集團(tuán)有限公司  江蘇 連云港 222113）

摘  要：鑌鋼煉鐵廠對(duì)環(huán)境除塵系統(tǒng)進(jìn)行技改，應(yīng)用多源感知與協(xié)同控制的動(dòng)態(tài)除塵優(yōu)化系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)與AI預(yù)測(cè)性算法等技術(shù)，建立智能管控平臺(tái)，精準(zhǔn)分配除塵系統(tǒng)各管道閥門(mén)開(kāi)度、風(fēng)量，控制適宜管道風(fēng)速，滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保、除塵需求，達(dá)到節(jié)能降耗目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：環(huán)保除塵系統(tǒng)；多源感知；大數(shù)據(jù)；AI算法；管控平臺(tái)

近年來(lái)，隨著國(guó)家政策變化，環(huán)保政策細(xì)化，環(huán)境檢測(cè)設(shè)備進(jìn)步，環(huán)境檢測(cè)點(diǎn)位增加，環(huán)保數(shù)據(jù)上傳政府環(huán)保檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)企業(yè)環(huán)保管理提出更高需求。依據(jù)《鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》及《2024-2025年節(jié)能降碳行動(dòng)方案》要求，鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)極致能效是當(dāng)前行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要推力。鋼鐵行業(yè)協(xié)會(huì)分布《鋼鐵企業(yè)重點(diǎn)工序能效標(biāo)桿對(duì)標(biāo)指南》(T/CISA 293-2022)等團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，為企業(yè)開(kāi)展能效對(duì)標(biāo)和能源效率提升提供了重要依據(jù)。

鋼鐵行業(yè)除塵系統(tǒng)作為高耗能行業(yè)生產(chǎn)流程中不可或缺的環(huán)保裝備，其能耗問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)被低估，但隨著全球能源成本攀升與“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，除塵系統(tǒng)的高能耗特性逐漸成為制約鋼鐵企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵瓶頸。當(dāng)前，除塵系統(tǒng)的能耗現(xiàn)狀可從行業(yè)整體能耗占比、典型工藝場(chǎng)景能耗分布、技術(shù)模式缺陷三個(gè)維度展開(kāi)分析。在鋼鐵、火電、水泥、有色金屬等流程工業(yè)中，除塵系統(tǒng)能耗占企業(yè)總能耗的18%-22%，部分細(xì)分領(lǐng)域甚至超過(guò)30%。

1  鑌鋼環(huán)境除塵現(xiàn)狀

鑌鋼煉鐵廠主要設(shè)備包括：2*1250m³高爐，配套500萬(wàn)噸智能料場(chǎng)，2*800t雙膛石灰窯，3*265m2燒結(jié)機(jī)，150萬(wàn)噸鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯，生產(chǎn)產(chǎn)線長(zhǎng)，占地面積大，各生產(chǎn)線配備大量環(huán)境除塵系統(tǒng)，確保生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。各生產(chǎn)線環(huán)保除塵設(shè)計(jì)存在缺陷，普遍風(fēng)量偏大，同一除塵系統(tǒng)各閥門(mén)開(kāi)度、風(fēng)量分配、除塵管道風(fēng)速等參數(shù)控制不匹配，造成部分管道磨損嚴(yán)重，大顆粒物料吸入除塵管道，管道掉落，部分區(qū)域粉塵超標(biāo)排放等，增加設(shè)備維護(hù)難度，除塵電費(fèi)增加，無(wú)法滿足環(huán)保管理需求。

針對(duì)以上生產(chǎn)實(shí)際情況，鑌鑫鋼鐵對(duì)標(biāo)行業(yè)先進(jìn)環(huán)保除塵節(jié)能系統(tǒng)，聯(lián)合行業(yè)協(xié)會(huì)、企業(yè)，提出共同開(kāi)發(fā)環(huán)保除塵優(yōu)化系統(tǒng)，實(shí)地考察相關(guān)企業(yè)，最后與昆侖新能結(jié)合鑌鋼生產(chǎn)實(shí)際，共同開(kāi)發(fā)：除塵系統(tǒng)多源智能協(xié)同能效優(yōu)化系統(tǒng)，滿足生產(chǎn)、環(huán)保需求下，通過(guò)建立智能模型，精準(zhǔn)算法，合理控制除塵系統(tǒng)各閥門(mén)開(kāi)度、除塵管道風(fēng)速，通過(guò)變頻技術(shù)調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)量，達(dá)到節(jié)能降耗目標(biāo)。

2  工藝流程

2.1  運(yùn)用多源感知與協(xié)同控制的動(dòng)態(tài)除塵優(yōu)化系統(tǒng)：

運(yùn)用基于時(shí)序關(guān)聯(lián)的視覺(jué)信號(hào)感知技術(shù)，結(jié)合鋼鐵生產(chǎn)核心工藝信號(hào)、VDM（視覺(jué)塵埃測(cè)量）和 TSP（總懸浮顆粒物）檢測(cè)儀的粉塵濃度數(shù)據(jù)以及除塵器運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，構(gòu)建了一套多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合的精準(zhǔn)感知體系。通過(guò)這一技術(shù)體系，有效解決了鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中煙塵外溢、受料槽汽車(chē)卸料、高爐開(kāi)堵口作業(yè)、轉(zhuǎn)爐折罐傾翻狀態(tài)及冶煉周期階段識(shí)別等典型工業(yè)場(chǎng)景中因煙塵干擾、現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境導(dǎo)致的目標(biāo)識(shí)別困難和多工序時(shí)序關(guān)聯(lián)分析復(fù)雜等關(guān)鍵問(wèn)題，顯著提升了異常檢測(cè)和過(guò)程控制的精度。同時(shí)，借助邊緣計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)了毫秒級(jí)實(shí)時(shí)決策與調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)風(fēng)量、壓力和能耗的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)協(xié)同優(yōu)化，達(dá)到提高除塵效率和降低資源消耗的目的。

2.2  建立大數(shù)據(jù)與 AI 的預(yù)測(cè)性算法模型：

基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)模糊控制等模糊控制技術(shù)，與深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)耦合優(yōu)化，構(gòu)建了除塵系統(tǒng)預(yù)測(cè)性算法模型。通過(guò)定義多維狀態(tài)空間（設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、振動(dòng)頻譜）與復(fù)合獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)，采用 PPO 等先進(jìn)算法進(jìn)行模型訓(xùn)練，結(jié)合以重量檢測(cè)和應(yīng)用檢測(cè)的除塵管道安全管理方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)除塵系統(tǒng)管道積灰、閥門(mén)磨損、除塵器漏風(fēng)、濾袋劣化以及風(fēng)機(jī)振動(dòng)頻譜異常等全設(shè)備健康狀態(tài)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與故障溯源。同時(shí)，結(jié)合鋼鐵企業(yè)全廠粉塵顆粒濃度分布數(shù)據(jù)，將全廠除塵系統(tǒng)協(xié)同控制與顆粒治理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了污染物排放的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)與優(yōu)化控制，助力企業(yè)達(dá)成高效節(jié)能與環(huán)境保護(hù)的雙重目標(biāo)。

2.3  構(gòu)建邊緣-云協(xié)同的能效優(yōu)化管控平臺(tái)：

本項(xiàng)目構(gòu)建了邊緣-云協(xié)同的能效優(yōu)化管控平臺(tái)，基于環(huán)保設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與智慧管控平臺(tái)搭建方法，成功實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)毫秒級(jí)實(shí)時(shí)調(diào)控與全局能效優(yōu)化策略生成。平臺(tái)自主研發(fā)的控制模型自評(píng)價(jià)模塊，結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)法與增量學(xué)習(xí)等在線機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)制，實(shí)時(shí)預(yù)警模型性能衰減，自主生成模型參數(shù)調(diào)優(yōu)與算法迭代建議，確保除塵系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化。同時(shí)，引入大語(yǔ)言模型和知識(shí)庫(kù)檢索增強(qiáng)技術(shù)，為用戶提供運(yùn)行情況語(yǔ)音查詢與技術(shù)答疑服務(wù)，顯著提升了用戶交互效率。

技術(shù)路線如圖所示。

3  除塵節(jié)能項(xiàng)目技術(shù)改造

該項(xiàng)目分兩批實(shí)施:第一批于2024年1月18日啟動(dòng)，涉及原料4#、5#除塵系統(tǒng)及高爐出鐵場(chǎng)、高爐供料除塵等5套除塵系統(tǒng);第二批于2024年4月10日啟動(dòng)，涵蓋燒結(jié)區(qū)域的配料除塵、機(jī)尾除塵，陳鐵區(qū)域礦槽除塵等3套除塵系統(tǒng)。

昆侖新能結(jié)合鑌鋼環(huán)保除塵系統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)際，在工藝提升上采取了一系列改造措施:新增部分揚(yáng)塵點(diǎn)吸塵罩，優(yōu)化揚(yáng)塵點(diǎn)吸塵罩結(jié)構(gòu)，減少無(wú)效漏風(fēng):優(yōu)化部分除塵管道，減少系統(tǒng)局部運(yùn)行阻力;調(diào)整吸塵平處除塵閥門(mén)開(kāi)度，優(yōu)化吸塵點(diǎn)除塵風(fēng)量，提升揚(yáng)塵點(diǎn)除塵效率。

昆侖新能采取多項(xiàng)改造和技術(shù)創(chuàng)新:在工藝方面，新增部分揚(yáng)塵點(diǎn)吸塵罩，優(yōu)化揚(yáng)塵點(diǎn)已有吸塵結(jié)構(gòu)，減少無(wú)效漏風(fēng);優(yōu)化除塵管道布局，降低系統(tǒng)阻力:調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度，提升除塵效率。

在自動(dòng)化方面，部分吸塵點(diǎn)增設(shè)電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)除塵閥門(mén)遠(yuǎn)程控制;運(yùn)用雷達(dá)傳感、激光傳感、電磁傳感、視覺(jué)、抓取關(guān)聯(lián)主機(jī)設(shè)備運(yùn)行信號(hào)等多源感知檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)感知，為除塵閥門(mén)的啟閉與主機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的揚(yáng)塵聯(lián)動(dòng)控制提供技術(shù)手段。

運(yùn)用AI智能算法實(shí)現(xiàn)了除塵閥門(mén)啟閉、開(kāi)度與揚(yáng)塵濃度的智能聯(lián)動(dòng)控制;使用多源感知技術(shù)采集運(yùn)行信號(hào)，提高工況識(shí)別準(zhǔn)確率和控制精準(zhǔn)性:通過(guò)管網(wǎng)壓力平衡優(yōu)化技術(shù)，有效解決了除塵系統(tǒng)風(fēng)量分配和壓力平衡難題;將除塵引風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率與現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵濃度變化實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，最大化節(jié)電效果;同時(shí)還能夠結(jié)合全廠所有粉塵顆粒物濃度變化對(duì)就近除塵系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同控制，顯著改普全廠粉塵顆粒物排放水平。

項(xiàng)目配套建設(shè)的能效優(yōu)化管控平臺(tái)具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、設(shè)備狀態(tài)可視化、歷史數(shù)據(jù)分析、自定義指標(biāo)監(jiān)控、智能報(bào)表生成、異常報(bào)警及信息推送等智能化功能。平臺(tái)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了"除塵管道積灰預(yù)測(cè)"、"閥門(mén)磨損劣化分析"、"引風(fēng)機(jī)能效評(píng)估"等智能分析模塊，為系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了全面的數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)的決策依據(jù)。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音查詢與技術(shù)答疑服務(wù)等人機(jī)交互功能，提高了操作人員的交互效率。

4  除塵節(jié)能項(xiàng)目效果

該項(xiàng)目實(shí)施，將煉鐵廠所有環(huán)境除塵集中平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)崗位人員合并，方便管理，可以減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員。該系統(tǒng)也可以現(xiàn)場(chǎng)操作，當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，滿足現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保需求，減少、杜絕粉塵飄仰，實(shí)現(xiàn)超低排放。

該項(xiàng)目的成功實(shí)施，降低環(huán)境除塵系統(tǒng)設(shè)備檢修費(fèi)用，部分除塵管道使用壽命延長(zhǎng)，備件消耗費(fèi)用下降，除塵風(fēng)量合理分配，減少電量消耗，有力推動(dòng)了我司的節(jié)能降碳和綠色低碳發(fā)展。

2024年全年鐵前系統(tǒng)環(huán)保除塵節(jié)電參數(shù)

5  結(jié)語(yǔ)   

鑌鋼煉鐵廠環(huán)保除塵系統(tǒng)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備技改，自動(dòng)化程序升級(jí)，連鎖除塵管道閥門(mén)，運(yùn)用精準(zhǔn)算法，建立智能運(yùn)用模型，對(duì)環(huán)保除塵生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)科學(xué)精準(zhǔn)分配風(fēng)量，保證除塵管道風(fēng)速，杜絕粉塵堆積，滿足生產(chǎn)、環(huán)保需求下，調(diào)整電機(jī)頻率，達(dá)到節(jié)電目標(biāo)。通過(guò)近二年運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)、環(huán)保需求，除塵系統(tǒng)管道磨損降低，節(jié)電效果明顯，取得巨大經(jīng)濟(jì)效益。