晁團效  陳振勇  林云航

（江蘇省鑌鑫鋼鐵集團有限公司  江蘇 連云港 222113）

摘  要：鑌鋼煉鐵廠對環境除塵系統進行技改，應用多源感知與協同控制的動態除塵優化系統、大數據與AI預測性算法等技術，建立智能管控平臺，精準分配除塵系統各管道閥門開度、風量，控制適宜管道風速，滿足生產現場環保、除塵需求，達到節能降耗目標。

關鍵詞：環保除塵系統；多源感知；大數據；AI算法；管控平臺

近年來，隨著國家政策變化，環保政策細化，環境檢測設備進步，環境檢測點位增加，環保數據上傳政府環保檢測系統，對企業環保管理提出更高需求。依據《鋼鐵行業節能降碳專項行動計劃》及《2024-2025年節能降碳行動方案》要求，鋼鐵行業實現極致能效是當前行業綠色低碳轉型的重要推力。鋼鐵行業協會分布《鋼鐵企業重點工序能效標桿對標指南》(T/CISA 293-2022)等團體標準的發布，為企業開展能效對標和能源效率提升提供了重要依據。

鋼鐵行業除塵系統作為高耗能行業生產流程中不可或缺的環保裝備，其能耗問題長期以來被低估，但隨著全球能源成本攀升與“雙碳”目標的推進，除塵系統的高能耗特性逐漸成為制約鋼鐵企業綠色轉型的關鍵瓶頸。當前，除塵系統的能耗現狀可從行業整體能耗占比、典型工藝場景能耗分布、技術模式缺陷三個維度展開分析。在鋼鐵、火電、水泥、有色金屬等流程工業中，除塵系統能耗占企業總能耗的18%-22%，部分細分領域甚至超過30%。

1  鑌鋼環境除塵現狀

鑌鋼煉鐵廠主要設備包括：2*1250m³高爐，配套500萬噸智能料場，2*800t雙膛石灰窯，3*265m2燒結機，150萬噸鏈篦機-回轉窯，生產產線長，占地面積大，各生產線配備大量環境除塵系統，確保生產過程環保達到行業標準。各生產線環保除塵設計存在缺陷，普遍風量偏大，同一除塵系統各閥門開度、風量分配、除塵管道風速等參數控制不匹配，造成部分管道磨損嚴重，大顆粒物料吸入除塵管道，管道掉落，部分區域粉塵超標排放等，增加設備維護難度，除塵電費增加，無法滿足環保管理需求。

針對以上生產實際情況，鑌鑫鋼鐵對標行業先進環保除塵節能系統，聯合行業協會、企業，提出共同開發環保除塵優化系統，實地考察相關企業，最后與昆侖新能結合鑌鋼生產實際，共同開發：除塵系統多源智能協同能效優化系統，滿足生產、環保需求下，通過建立智能模型，精準算法，合理控制除塵系統各閥門開度、除塵管道風速，通過變頻技術調整風機風量，達到節能降耗目標。

2  工藝流程

2.1  運用多源感知與協同控制的動態除塵優化系統：

運用基于時序關聯的視覺信號感知技術，結合鋼鐵生產核心工藝信號、VDM（視覺塵埃測量）和 TSP（總懸浮顆粒物）檢測儀的粉塵濃度數據以及除塵器運行狀態信號，構建了一套多源異構數據融合的精準感知體系。通過這一技術體系，有效解決了鋼鐵生產過程中煙塵外溢、受料槽汽車卸料、高爐開堵口作業、轉爐折罐傾翻狀態及冶煉周期階段識別等典型工業場景中因煙塵干擾、現場復雜環境導致的目標識別困難和多工序時序關聯分析復雜等關鍵問題，顯著提升了異常檢測和過程控制的精度。同時，借助邊緣計算技術實現了毫秒級實時決策與調控，從而實現除塵系統風量、壓力和能耗的多目標動態協同優化，達到提高除塵效率和降低資源消耗的目的。

2.2  建立大數據與 AI 的預測性算法模型：

基于模糊神經網絡、自適應模糊控制等模糊控制技術，與深度強化學習進行動態耦合優化，構建了除塵系統預測性算法模型。通過定義多維狀態空間（設備運行參數、振動頻譜）與復合獎勵函數，采用 PPO 等先進算法進行模型訓練，結合以重量檢測和應用檢測的除塵管道安全管理方法，實現了對除塵系統管道積灰、閥門磨損、除塵器漏風、濾袋劣化以及風機振動頻譜異常等全設備健康狀態的精準監測與故障溯源。同時，結合鋼鐵企業全廠粉塵顆粒濃度分布數據，將全廠除塵系統協同控制與顆粒治理相結合，實現了污染物排放的精準預測與優化控制，助力企業達成高效節能與環境保護的雙重目標。

2.3  構建邊緣-云協同的能效優化管控平臺：

本項目構建了邊緣-云協同的能效優化管控平臺，基于環保設施安全風險評估與智慧管控平臺搭建方法，成功實現除塵系統毫秒級實時調控與全局能效優化策略生成。平臺自主研發的控制模型自評價模塊，結合模糊綜合評價法與增量學習等在線機器學習機制，實時預警模型性能衰減，自主生成模型參數調優與算法迭代建議，確保除塵系統持續優化。同時，引入大語言模型和知識庫檢索增強技術，為用戶提供運行情況語音查詢與技術答疑服務，顯著提升了用戶交互效率。

技術路線如圖所示。

3  除塵節能項目技術改造

該項目分兩批實施:第一批于2024年1月18日啟動，涉及原料4#、5#除塵系統及高爐出鐵場、高爐供料除塵等5套除塵系統;第二批于2024年4月10日啟動，涵蓋燒結區域的配料除塵、機尾除塵，陳鐵區域礦槽除塵等3套除塵系統。

昆侖新能結合鑌鋼環保除塵系統生產實際，在工藝提升上采取了一系列改造措施:新增部分揚塵點吸塵罩，優化揚塵點吸塵罩結構，減少無效漏風:優化部分除塵管道，減少系統局部運行阻力;調整吸塵平處除塵閥門開度，優化吸塵點除塵風量，提升揚塵點除塵效率。

昆侖新能采取多項改造和技術創新:在工藝方面，新增部分揚塵點吸塵罩，優化揚塵點已有吸塵結構，減少無效漏風;優化除塵管道布局，降低系統阻力:調整閥門開度，提升除塵效率。

在自動化方面，部分吸塵點增設電動開關閥或電動調節閥，實現除塵閥門遠程控制;運用雷達傳感、激光傳感、電磁傳感、視覺、抓取關聯主機設備運行信號等多源感知檢測技術，實現主機運行狀態的精準感知，為除塵閥門的啟閉與主機運行產生的揚塵聯動控制提供技術手段。

運用AI智能算法實現了除塵閥門啟閉、開度與揚塵濃度的智能聯動控制;使用多源感知技術采集運行信號，提高工況識別準確率和控制精準性:通過管網壓力平衡優化技術，有效解決了除塵系統風量分配和壓力平衡難題;將除塵引風機運行頻率與現場揚塵濃度變化實時聯動，最大化節電效果;同時還能夠結合全廠所有粉塵顆粒物濃度變化對就近除塵系統進行協同控制，顯著改普全廠粉塵顆粒物排放水平。

項目配套建設的能效優化管控平臺具備實時數據監測、設備狀態可視化、歷史數據分析、自定義指標監控、智能報表生成、異常報警及信息推送等智能化功能。平臺創新性設計了"除塵管道積灰預測"、"閥門磨損劣化分析"、"引風機能效評估"等智能分析模塊，為系統的長期穩定運行提供了全面的數據支撐和科學的決策依據。同時可以實現語音查詢與技術答疑服務等人機交互功能，提高了操作人員的交互效率。

4  除塵節能項目效果

該項目實施，將煉鐵廠所有環境除塵集中平臺，可以實現遠程控制，實現崗位人員合并，方便管理，可以減少現場作業人員。該系統也可以現場操作，當工況發生變化時，及時調整現場參數，滿足現場環保需求，減少、杜絕粉塵飄仰，實現超低排放。

該項目的成功實施，降低環境除塵系統設備檢修費用，部分除塵管道使用壽命延長，備件消耗費用下降，除塵風量合理分配，減少電量消耗，有力推動了我司的節能降碳和綠色低碳發展。

2024年全年鐵前系統環保除塵節電參數

5  結語   

鑌鋼煉鐵廠環保除塵系統經過現場設備技改，自動化程序升級，連鎖除塵管道閥門，運用精準算法，建立智能運用模型，對環保除塵生產過程進行監控，通過科學精準分配風量，保證除塵管道風速，杜絕粉塵堆積，滿足生產、環保需求下，調整電機頻率，達到節電目標。通過近二年運行，系統運行穩定，滿足生產、環保需求，除塵系統管道磨損降低，節電效果明顯，取得巨大經濟效益。