智能靜電除塵控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用
楊博謙 梁宇鵬 蘇生奎 余兵
(北京博謙工程技術(shù)有限公司）
摘 要：國家“十四五”時期亟需深化新一代信息技術(shù)與制造業(yè)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈融合發(fā)展，推進產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化。（工信部規(guī)〔2021〕182號文件）以智能制造為主攻方向，加快重點行業(yè)領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；智能制造；數(shù)字化
1 前言
智能制造：加快生產(chǎn)制造全過程數(shù)字化改造，深化人工智能融合應(yīng)用，通過全面感知、實時分析、科學(xué)決策和精準執(zhí)行，推動先進過程控制系統(tǒng)在企業(yè)的深化應(yīng)用，提升生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和安全水平，降低生產(chǎn)成本和能源資源消耗。
綠色制造：清潔生產(chǎn)是中國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的基本組成部分之一。我國工業(yè)生產(chǎn)中普遍產(chǎn)生的大量顆粒廢棄物（粉塵）一直是清潔生產(chǎn)最令人關(guān)注的領(lǐng)域之一，隨著對生態(tài)環(huán)境要求的日益嚴格，這一問題的重要性及對相關(guān)技術(shù)需求的迫切性也隨之與日俱增，成了當前研發(fā)工作的熱點。引導(dǎo)企業(yè)應(yīng)用新一代信息技術(shù)建設(shè)污染物排放在線監(jiān)測系統(tǒng)、開展污染物全過程動態(tài)監(jiān)測、精準控制和優(yōu)化管理，加快綠色制造體系數(shù)字化，推進綠色技術(shù)軟件化封裝，培育一批數(shù)字化、模塊化的綠色制造解決方案，推動成熟綠色制造技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。
低碳制造：強化碳排放控制2023年鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展的政策之一是強化碳排放控制。鋼鐵生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的二氧化碳等溫室氣體是主要的碳排放源，鋼鐵企業(yè)需要加強對碳排放的管控。政府要求鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中嚴格執(zhí)行碳排放標準，加強設(shè)備更新和技術(shù)改造，采取更加環(huán)保、節(jié)能的生產(chǎn)工藝，減少二氧化碳的排放。政府還鼓勵鋼鐵企業(yè)使用清潔能源，如風(fēng)能太陽能等替代傳統(tǒng)的高能耗能源，促進碳排放的降低。
2 項目介紹
在當前環(huán)保節(jié)能壓力日趨加劇的大背景下，諸多工業(yè)電除塵系統(tǒng)卻普遍存在著設(shè)備維護低效、且排放未能穩(wěn)定達標等嚴重不足。為從根本上扭轉(zhuǎn)這種局面，必須以電除塵與相關(guān)工藝系統(tǒng)的協(xié)同高效與優(yōu)化為基本出發(fā)點，借助數(shù)字化轉(zhuǎn)型持續(xù)推進生產(chǎn)與除塵系統(tǒng)的智能化建設(shè)，進而實現(xiàn)全系統(tǒng)的優(yōu)化。據(jù)此，北京博謙工程針對目前靜電除塵與煤氣回收系統(tǒng)黑箱式運行、排放超標、能源消耗大等弊端，研發(fā)出了既滿足國家環(huán)保排放要求又節(jié)能降耗，兼顧設(shè)備診斷和預(yù)測性維護AI功能的BQ-SIEPA智能靜電除塵控制控制系統(tǒng)。
BQ-SIEPA系統(tǒng)是基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能靜電除塵控制系統(tǒng)。它適用于所有電除塵工況條件，對大型轉(zhuǎn)爐電除塵與煤氣回收系統(tǒng)尤為有效。BQ-SIEPA系統(tǒng)通過對相關(guān)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)畫像、大數(shù)據(jù)分析、AI建模等智能化工具，實現(xiàn)了靜電除塵系統(tǒng)的智能化控制。該系統(tǒng)還可借助與轉(zhuǎn)爐數(shù)據(jù)中臺進行數(shù)據(jù)交換，為煉鋼和環(huán)境工程師提供所需的數(shù)據(jù)并協(xié)助分析與建模，協(xié)同推進鋼鐵企業(yè)全方位的智能化轉(zhuǎn)型，創(chuàng)造更好的社會和經(jīng)濟效益。
3 系統(tǒng)四大功能
BQ-SIEPA系統(tǒng)正是針對上述問題，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)分析和人工智能的思想和方法，逐項加以解決：
3.1 綠色煉鋼—超低排放
以超低排放為前提，根據(jù)轉(zhuǎn)爐各個階段及粉塵排放的濃度，對四個電場的電源功率進行協(xié)同控制，通過生成對抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法及多種優(yōu)化算法—優(yōu)化運行模式提高高壓電源能耗效率；
通過對轉(zhuǎn)爐工藝操作及干法系統(tǒng)及各個設(shè)備的大數(shù)據(jù)分析—防泄爆模型，優(yōu)化轉(zhuǎn)爐工藝操作，減少卸爆次數(shù)，預(yù)警卸爆發(fā)生；
在粉塵檢測信號反饋的基礎(chǔ)上，優(yōu)化電源功率及轉(zhuǎn)爐工藝操作，實現(xiàn)超低排放。
3.2 低碳節(jié)能智能化
根據(jù)轉(zhuǎn)爐各個階段的具體工況，通過降低限幅值、改變操作模式、優(yōu)化靈敏度、多電場協(xié)同控制等方式達到高壓電源最優(yōu)節(jié)能的目的。
通過粉塵檢測的反饋，優(yōu)化非吹煉期的風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使其在保證環(huán)保達標的前提下，風(fēng)機進一步優(yōu)化和節(jié)能。
優(yōu)化回收條件，在保證不卸爆的前提下，通過爐口微差壓信號，改善控制爐口壓力，保證不會因為壓力大于外界壓力，使粉塵噴出，污染環(huán)境，同時減少在爐口的二次燃燒引起，使CO燃燒而變成CO2,也降低了合格煤氣的回收量。其次，調(diào)整煙罩位置和各個階段風(fēng)機轉(zhuǎn)速，在冶煉過程中，氧含量達標后，提高風(fēng)機轉(zhuǎn)速，優(yōu)化回收時間，實現(xiàn)進一步提高煤氣回收率。
對其他設(shè)備如絕緣子加熱器、振打、刮灰機以及輸灰設(shè)備等進行大數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化設(shè)定值及運行方式，達到精準節(jié)能的目標。
3.3 設(shè)備診斷智能化
基于自然語言處理和知識圖譜技術(shù)建立歷史故障庫，并對故障進行快速診斷。當故障發(fā)生時，通過網(wǎng)絡(luò)、平板和手機中的小程序發(fā)布給相關(guān)人員，提示故障類型和解決方案。平時干法系統(tǒng)則是無人化運行。
對干法除塵所采集的各個數(shù)據(jù)進行清洗后，運用數(shù)據(jù)驅(qū)動模型對設(shè)備進行健康度診斷，同時根據(jù)各個子系統(tǒng)和設(shè)備的健康度優(yōu)化參數(shù)，并協(xié)調(diào)相鄰系統(tǒng)的參數(shù)控制。
3.4 預(yù)測性維護
實時監(jiān)測干法系統(tǒng)及設(shè)備健康狀態(tài)，以預(yù)測性維護方式提高生產(chǎn)效率，并增強設(shè)備可靠性。根據(jù)設(shè)備生命周期的智能預(yù)測，定時提出備件清單。
對除塵風(fēng)機關(guān)鍵數(shù)據(jù)的多維度關(guān)聯(lián)分析功能，對于除塵風(fēng)機的運行風(fēng)險可實現(xiàn)提前預(yù)警功能。
4 BQ-SIEPA系統(tǒng)的構(gòu)成
4.1 項目主要原理
《智能靜電除塵控制系統(tǒng)》的主要原理是通過4G/5G技術(shù)將工業(yè)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)以每秒一次的刷新數(shù)率進行采集，建立實時數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行清理并存儲；利用“自然語言診斷”及通過數(shù)據(jù)驅(qū)動進行“西醫(yī)診斷”的人工智能技術(shù)對實時發(fā)生的設(shè)備或子系統(tǒng)的狀態(tài)進行智能診斷，并將診斷結(jié)果通過移動網(wǎng)絡(luò)進行發(fā)布。同時對設(shè)備運行的長期狀態(tài)進行數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析，利用帶人工智能技術(shù)的預(yù)測性模型對設(shè)備進行預(yù)測性維護，提出合理的備件清單及檢修計劃。
4.2 項目的技術(shù)內(nèi)容及路線
圖1 BQ-SIEPA系統(tǒng)接口圖
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
BQ-SIEPA系統(tǒng)是建立在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺的基礎(chǔ)上的、面向干法除塵的智能控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中相關(guān)的數(shù)據(jù)都將進入數(shù)據(jù)中臺進行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)畫像，大數(shù)據(jù)分析、AI建模等一系列數(shù)字化、智能化的工作，將來與轉(zhuǎn)爐的數(shù)據(jù)中臺連接和數(shù)據(jù)交換，為煉鋼和環(huán)境工程師提供有用、有效、智能推送的數(shù)據(jù)。
圖2 BQ-SIEPA系統(tǒng)拓撲圖
5 結(jié)束語
國家發(fā)改委2022年頒布的智能制造典型場景參考指引中提到的面向制造過程各個環(huán)節(jié)，通過新一代信息技術(shù)、先進制造技術(shù)的深度融合，部署高檔數(shù)控機床與工業(yè)機器人、增材制造裝備、智能傳感與控制裝備、智能檢測與裝配裝備、智能物流與倉儲裝備、行業(yè)成套裝備等智能制造裝備，集成相應(yīng)的工藝、軟件等，實現(xiàn)具備協(xié)同和自治特征、具有特定功能和實際價值的應(yīng)用。
BQ-SIEPA在軟件設(shè)計遵循這智能制造的核心理念，從節(jié)能降碳、綠色生產(chǎn)、設(shè)備診斷，能源計量與管理和設(shè)備預(yù)測性維護等幾個方面，緊扣靜電除塵系統(tǒng)中各種疑難雜癥，運用最先進的數(shù)據(jù)驅(qū)動、自然語言處理與人工智能的技術(shù)，檢測、判斷、解決轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中的諸多問題，滿足轉(zhuǎn)爐靜電除塵系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展之要求。