钢铁企业无组织排放监控系统设计与实现论文

导读:为提高钢铁企业无组织排放的管控效率,设计了一套无组织排放监控系统。采用三维建模技术建立1:1比例的全厂三维模型,并将TSP监测站、空气治理微站、摄像头、清洁车等设备按真实位置部

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  摘要:为提高钢铁企业无组织排放的管控效率,设计了一套无组织排放监控系统。采用三维建模技术建立1:1比例的全厂三维模型,并将TSP监测站、空气治理微站、摄像头、清洁车等设备按真实位置部署在三维模型中。系统同时接入视频监控和生产设施、治理设施的启停信号与运行电流。通过对颗粒物监测数据、视频监控画面进行实时监测与分析,精准定位无组织排放污染区域,并在系统中高亮显示形成异常记录,为无组织排放管理提供数据支撑。

  关键词:无组织排放;排放源清单;互感器;总悬浮颗粒物;在线监测

  Design and Implementation of Unorganized Emission Monitoring System in Iron and Steel Enterprises

  GONG Chanjuan1,LIANG Wuhong1,TIAN Kuo2,MA Debiao2,CHEN Jinglin2,XU Zhen2

  (1.Baosteel Zhanjiang Iron and Steel Co.,Ltd.,Zhanjiang Guangdong 524076;2.MCC Zhicheng(Wuhan)Engineering Technology Co.,Ltd.,Wuhan Hubei 430074)


  【Abstract】:In order to improve the efficiency of unorganized emission control in iron and steel enterprises,an unorganized emission monitoring system was designed.3D modeling technology was used to establish a 1:1 scale 3D model of the whole plant,and the TSP monitors,air micro-stations,cameras,cleaning vehicles and other equipments were deployed in real locations in 3D models.The system was connected to video monitorings and the start-stop signals and running current of production facilities and treatment facilities.Based on the real-time monitoring and analysis of particle concentration and video screen,this system positioned of unorganized emission pollution area accurately.Abnormal data were recorded and highlighted in system to provided data support for unorganized emission management.

  【Key words】:unorganized emission;emission inventory;transducer;total suspended particles;On-line monitoring


  0引言

  钢铁行业是我国的重要支柱产业,是国民经济发展的基础工业。我国的钢铁产能、产量均位居世界第一。目前钢铁企业的高能耗、高污染是引起环境空气质量居高不下的因素之一,同时钢铁企业的地域分布与环境空气质量具有一定的相关性[1]。长流程炼钢工艺以铁矿石为主要原料,历经烧结球团、焦化、高炉炼铁,到转炉炼钢、轧钢等工序的冶炼过程[2]。基本所有的工序都涉及到污染物排放,且排放量较大。根据一些钢铁企业的实际调查情况,有组织排放源一般为一百个以上;物料存储、物料输送有上千条皮带,相应的无组织排放源高达两千个甚至更多;运输车辆每天约为几千辆。有数据显示,钢铁行业的颗粒物无组织排放占总排放量的58.7%[3]。


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  针对钢铁企业的环境污染问题,生态环境部会同发展改革委员会、工业和信息化部、财政部、交通运输部五部委于2019年4月联合印发了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(环大气[2019]35号)[4],明确了钢铁企业超低排应对所有生产环节实施升级改造,要求大气污染物有组织排放、无组织排放及运输过程均需满足超低排认证标准。

  通过研究35号文,并结合《钢铁企业超低排放评估监测技术指南》[5]、《钢铁企业超低排放改造技术指南》[6]文件的政策要求、技术路线、技术指标、技术措施等,本文设计了无组织排放监测系统,用于钢铁企业无组织排放的持续监测与治理,为实现无组织超低排保驾护航。

  1系统总体设计方案

  遵循钢铁企业集约化和节约化的指导原则,统一规划、分步实施[7]。在对无组织排放监测需求进行充分调查分析的基础上,以粉尘监测为主线开发了钢铁企业无组织监控系统,满足对生产工艺、物料储存、物料输送等排放源的粉尘监测需求。同时,与已建的或在建的系统进行对接,避免功能模块重复建设。系统具备共享、开放、可扩展能力,方便未来系统升级和功能扩展。

  系统架构如图1所示,包括基础设施层、平台服务层、业务应用层。基础设施层包括:总悬浮颗粒物(TSP)监测站、空气质量微站、摄像头、互感器等。平台服务层包括:二三维总图平台、物联网平台、外部接口服务,其中总图平台为监控系统提供地图服务,物联网平台方便设备添加、更新管理,并提供海量数据服务,通过外部接口抓取分布在各个厂部的生产设施、治理设施信号,如:皮带运转信号、振动筛运行信号、除尘器工作反馈信号等。业务应用层是面向用户的网站,直接向用户呈现具体的功能服务。

  2系统功能

  系统分为首页总览、地图在线监测、排放源清单、历史数据、溯源预警、粉尘分析、视频监控、异常记录、实时数据九个功能模块。

  2.1首页总览

  首页总览主要呈现全厂TSP浓度、区域TSP浓度水平、TSP增长动态、空气质量微站监测因子均值、动态AQI曲线等信息,对全厂监测数据进行统计分析,辅助管理人员掌握全厂空气质量。

  2.2地图在线监测模块

  按照不同专题分层管理设备设施,满足信息集成与条理清晰的双重需求。基于三维地图展示各监测点空间格局,查看实时数据与历史曲线,以不同颜色反映设备状态,使管理人员通过“一张图”掌握全厂设备运行实况。

  各种数据融入三维模型后,数据间具备关联性,通过与地理信息结合,解决了文本与图表管理数据形成的信息孤岛问题。尤其在超标排放报警时,可以在三维中自动定位报警位置并调取报警点周边视频监控,查看现场画面。

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  2.3排放源清单模块

  依据35号文,结合现场摸排,梳理了全厂所有的无组织排放源。通过排放源清单,可以对照查看排放源对应的生产设施运行信号、治理设施运行信号和TSP监测数据,达到生产、治理、监测全流程监管。

  2.4历史数据模块

  系统具备海量数据存储能力,保存治理设施电流、治理过程、治理前后排放数据等,用于分析治理成果,确保所有过程有迹可循,方便治理优化、方案整改。数据按《意见》和《指南》要求保存一年以上。

  该模块同时支持不同时间粒度(分钟、小时、天)的数据查询,以曲线形式分析区间内的变化趋势,方便用户快速定位到异常节点,可以实现小时、日、月数据报表导出功能。

  2.5溯源预警模块

  溯源预警包括污染扩散模型和溯源分析两部分,将无组织排放源与治理设施、TSP设备工作状态联动,通过数据动态变化和相关信息分析治理结果,反映无组织排放源管控状态。利用厂界微站和厂内TSP的监测数据,结合污染源排放清单,通过虚拟网格管理技术,进行污染传输扩散分析,快速精准确定目标区域的污染源的贡献,给出厂区污染最严重的前十五个区域并进行溯源分析。

  2.6粉尘分析模块

  数据分析:以曲线分析的形式横向对比相同时间内不同区域颗粒物和空气质量微站的历史数据,分析单点或某个特定区域TSP、PM10、PM2.5浓度变化趋势,以便制定相应的无组织排放控制措施。

  热力图分析:利用GIS地图,根据TSP排放浓度和扩散趋势,形成全厂各监测因子的热力图和1小时动态变化图,实现厂区内由“点”到“面”的污染分布展示。通过热力图直观反映厂区内污染情况,并对污染严重的前十个点位的TSP浓度及其影响因子进行列表分析,精准定位高污染TSP点位,以便开展针对性的降污处理。

  2.7视频监控模块

  系统提供三维模型中的视频播放功能,同时允许用户按照列表方式播放视频,查看现场实时画面。视频监控包含厂区重点区域、大宗物料主要路口、厂门及洗车台区域,存储时间按《意见》和《指南》要求大于6个月。在进行视频监控时,通过图像识别算法,实现粉尘AI抓拍功能,向用户提示报警点位名称、报警开始时间、结束时间、持续时间及处理状态等信息。

  2.8异常记录模块

  异常数据主要包括设备离线和超标排放。系统超过30分钟未收到数据,判定设备离线,后台自动记录离线设备详细信息。系统自动计算监测数据七天滑动均值作为报警值,同时由人工录入一个上限值作为阈值,一旦检测到监测值超过报警值或阈值,后台自动记录超标报警详细信息。异常记录模块形成设备运行台账,为问题定位与故障排查提供有效参考。

  2.9实时数据模块

  该模块实时刷新全厂TSP数据、空气质量微站数据、治理设施数据,并以图表形式反应各类监测设施的实时状态信息。

  3应用案例

  本文设计的钢铁企业无组织排放监控系统已在宝钢湛江钢铁有限公司上线运营,湛钢无组织监控系统经历了无组织排放源清单梳理、监测设备点位踏勘与安装、数据采集汇总、系统开发、测试运营等几个阶段。下文以湛江钢铁应用为例,展示了湛钢无组织监控系统部分截图。


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  图2为首页模块功能图,包括区域TSP浓度水平、TSP增长动态、动态AQI曲线等信息,并实现三维地图在线监测。


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  图3为排放源清单功能图,通过排放源清单,检测生产设施、治理设施的联动情况,并通过TSP检查治理效果。


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  图4为视频监控功能图,图中展示了运输车辆正在接受洗车台的冲洗。

  4结论

  本文针对钢铁企业的无组织超低排管理需求,基于三维厂区模型,综合利用物联网、边缘计算、视频抓拍等多种技术,给出了钢铁企业无组织排放监控系统设计与应用实例。系统保存治理设施电流、治理过程、治理前后污染数据等,用于分析治理成果,确保所有过程有迹可循,方便治理优化、方案整改等。本文设计的系统,为钢铁企业无组织排放管理提供辅助工具,提高决策能力。

  参考文献

  [1]张翀.钢铁工业实施超低排放改造技术要点分析[J].山西化工,2020,40(6):192-194+200.

  [2]陈生权.长流程钢铁企业炼铁节能技术探讨[J].河北冶金,2021(8):73-77.

  [3]何惠平.迎接钢铁行业超低排放改造的挑战[N].中国冶金报,2018-11-21(002).

  [4]生态环境部.关于推进实施钢铁行业超低排放的意见[Z].2019.

  [5]生态环境部.钢铁企业超低排放评估监测技术指南[Z].2019.[6]中国环境保护产业协会.钢铁企业超低排放改造技术指南[Z].2020.

  [7]明平寿,谭子琦,张静波,等.一种基于三维的钢铁企业煤气自动预警可视化系统设计与实现[J].数字技术与应用,2020,38(8):143-145+150.


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来源:SCI论文网

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