鋼鐵行業(yè)極致能效工程的探索與實(shí)踐

王洪 鄧承龍 張永文 葛小波 徐吉利

（攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司）

摘要：本文針對(duì)鋼鐵工業(yè)典型的流程制造工業(yè)具有生產(chǎn)工藝復(fù)雜、多工序流程耦合關(guān)聯(lián)等典型特征，系統(tǒng)探索極致能效工程的發(fā)展現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)、面臨挑戰(zhàn)及未來(lái)路徑。西昌鋼釩有限公司在極致能效工程方面的探索主要是通過(guò)AI大模型、智能燃燒優(yōu)化、能源管理系統(tǒng)創(chuàng)新等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能效大幅提升8%的目標(biāo)，降低生產(chǎn)成本并減少碳排放，對(duì)同行業(yè)能源低碳管理具有較強(qiáng)的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：鋼鐵工業(yè)；極致能效；人工智能；節(jié)能降耗；數(shù)字化轉(zhuǎn)型

1 引言

在"雙碳"目標(biāo)背景下，推行極致能效工程已成為鋼鐵行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的必然選擇。鋼鐵行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)流程復(fù)雜、工序繁多，涵蓋焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都存在巨大的節(jié)能潛力。

極致能效工程關(guān)鍵在于通過(guò)系統(tǒng)化、智能化的手段，深入挖掘生產(chǎn)全流程的節(jié)能潛力，實(shí)現(xiàn)能源利用效率的極限提升，從單一技術(shù)應(yīng)用向集成解決方案轉(zhuǎn)變。本文基于鋼鐵行業(yè)極致能效工程的發(fā)展實(shí)踐，西昌鋼釩有限公司（以下簡(jiǎn)稱公司）通過(guò)技術(shù)路徑的探索與實(shí)踐，為行業(yè)深入推進(jìn)節(jié)能降耗提供參考和借鑒。

2 極致能效工程的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)鋼鐵行業(yè)在極致能效工程方面取得了顯著進(jìn)展，主要鋼鐵企業(yè)通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新，實(shí)施了一系列節(jié)能改造項(xiàng)目，能效水平持續(xù)提升。從政策層面看，國(guó)家相關(guān)部門相繼出臺(tái)了《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》、《工業(yè)能效提升計(jì)劃》等政策文件，明確提出了到2025年，鋼鐵行業(yè)能效達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，高端產(chǎn)品供給能力大幅提升，碳排放強(qiáng)度明顯下降等目標(biāo)。從企業(yè)實(shí)踐看，頭部鋼鐵企業(yè)通過(guò)智能制造、流程優(yōu)化和前沿技術(shù)探索，不斷挖掘節(jié)能潛力，形成了多種高效節(jié)能模式。

實(shí)施極致能效是鋼鐵行業(yè)效率提升的有效手段、綠色轉(zhuǎn)型的必然選擇、提升競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑?！朵撹F行業(yè)能效標(biāo)桿三年行動(dòng)方案》提出要通過(guò)鋼鐵行業(yè)“雙碳最佳實(shí)踐能效標(biāo)桿示范廠”培育，引導(dǎo)鋼鐵企業(yè)全面對(duì)標(biāo)找差距，鼓勵(lì)鋼鐵行業(yè)建設(shè)智慧能源集中管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供電、發(fā)電、燃?xì)?、蒸汽、供水、氧氮?dú)濉嚎s空氣等能源系統(tǒng)的數(shù)字化管理，逐步形成以系統(tǒng)高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為基礎(chǔ)，以系統(tǒng)節(jié)能降耗為目標(biāo)，協(xié)同推進(jìn)物質(zhì)流與能量流網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)調(diào)控，全面驅(qū)動(dòng)鋼鐵能源的數(shù)字化、智能化建設(shè)。

3 極致能效工程的關(guān)鍵技術(shù)

極致能效工程的成功實(shí)施離不開(kāi)一系列關(guān)鍵技術(shù)的支撐，從目前實(shí)踐來(lái)看，人工智能技術(shù)、能源管理系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)和工藝與裝備創(chuàng)新技術(shù)是推動(dòng)鋼鐵行業(yè)能效提升的三大核心技術(shù)。

3.1 人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)

AI大模型通過(guò)深度融合鋼鐵生產(chǎn)大數(shù)據(jù)與專家經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的智能優(yōu)化控制。

表1  鋼鐵行業(yè)數(shù)字化和智能化技術(shù)應(yīng)用效果

3.2 能源管理統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

能源管理系統(tǒng)優(yōu)化是極致能效工程的核心內(nèi)容。能源管理系統(tǒng)通過(guò)引入系統(tǒng)思維和全局優(yōu)化理念，實(shí)現(xiàn)了能源流的全面監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)信息互通，整體管理，協(xié)同調(diào)度，促進(jìn)生產(chǎn)管理模式的優(yōu)化和創(chuàng)新，提高管理水平和效率。

3.3 工藝與裝備創(chuàng)新技術(shù)

近年來(lái)，鋼鐵行業(yè)在工藝與裝備創(chuàng)新技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展，為節(jié)能降耗提供了有力支撐。新建能源管理系統(tǒng)不僅將能源生產(chǎn)、管理、輸送、消耗高效融合，同時(shí)將各主工藝單元與能源生產(chǎn)、消耗相關(guān)的數(shù)據(jù)、信息納入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息互通，整體管理，協(xié)同調(diào)度，促進(jìn)生產(chǎn)管理模式的優(yōu)化和創(chuàng)新，提高管理水平和效率。

4 極致能效工程面臨的挑戰(zhàn)

盡管鋼鐵行業(yè)在極致能效方面取得了顯著進(jìn)展，但在進(jìn)一步推廣和實(shí)施過(guò)程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和管理三個(gè)層面。

4.1 技術(shù)層面的挑戰(zhàn)

從技術(shù)層面看，鋼鐵行業(yè)推行極致能效工程面臨的主要挑戰(zhàn)包括：系統(tǒng)復(fù)雜性高、技術(shù)集成難度大、數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴(yán)重。鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過(guò)程，工序多、設(shè)備雜、能耗環(huán)節(jié)多，各系統(tǒng)之間相互影響，難以通過(guò)單一技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)整體能效提升。此外，鋼鐵企業(yè)多年建設(shè)過(guò)程中形成的多種異構(gòu)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，系統(tǒng)接口復(fù)雜，導(dǎo)致數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和深度融合，制約了基于大數(shù)據(jù)的節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果。

4.2 經(jīng)濟(jì)層面的挑戰(zhàn)

從經(jīng)濟(jì)層面看，初始投資高昂、投資回報(bào)不確定性大、資金短缺是鋼鐵企業(yè)推行極致能效工程面臨的主要障礙。先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和裝備往往需要大量的初始投資，如AI大模型、能源管理系統(tǒng)等，雖然這些技術(shù)和裝備能夠帶來(lái)長(zhǎng)期的節(jié)能效益，但由于投資回收期較長(zhǎng)，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)下行、鋼鐵企業(yè)盈利空間收窄的背景下，許多企業(yè)特別是中小企業(yè)投資意愿不強(qiáng)。此外，節(jié)能效益的不確定性也增加了企業(yè)的投資風(fēng)險(xiǎn)。一些節(jié)能技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的效果可能低于預(yù)期，或者受到生產(chǎn)條件、原料特性等多種因素的影響，導(dǎo)致節(jié)能效益不穩(wěn)定，進(jìn)一步加劇了企業(yè)的投資顧慮。

4.3 管理與政策層面的挑戰(zhàn)

從管理與政策層面看，鋼鐵行業(yè)推行極致能效工程面臨標(biāo)準(zhǔn)體系不完善、人才短缺、政策支持不足等挑戰(zhàn)。盡管鋼鐵行業(yè)正在加速推動(dòng)"AI+鋼鐵"相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，但整體來(lái)看，尚未形成完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。此外，極致能效工程需要既懂鋼鐵工藝又熟悉信息技術(shù)的復(fù)合型人才，而當(dāng)前鋼鐵行業(yè)這類人才嚴(yán)重短缺。同時(shí)，許多鋼鐵企業(yè)對(duì)極致能效工程的認(rèn)識(shí)不足，仍停留在簡(jiǎn)單的節(jié)能技術(shù)改造層面，缺乏系統(tǒng)思維和全局觀念，也制約了極致能效工程的效果。

5 西昌鋼釩極致能效工程的探索與應(yīng)用

5.1主要目的

（1）實(shí)現(xiàn)能源消耗全流程、全工序的協(xié)調(diào)平衡，達(dá)到企業(yè)能源流、制造流和價(jià)值流的三流合一，提升能源管理效率。

（2）支撐系統(tǒng)性節(jié)能降耗管理，滿足“雙碳最佳實(shí)踐能效標(biāo)桿示范工廠”對(duì)能源信息化系統(tǒng)的要求。

（3）為未來(lái)建設(shè)西昌鋼釩能源集中遠(yuǎn)程操作控制中心奠定數(shù)據(jù)決策基礎(chǔ)。

5.2主要內(nèi)容

（1）建設(shè)能源數(shù)據(jù)平臺(tái)和高級(jí)智能應(yīng)用平臺(tái)，構(gòu)建西昌鋼釩能源數(shù)據(jù)中心，建立能源管理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)。

（2）實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視與優(yōu)化調(diào)度，構(gòu)建實(shí)時(shí)監(jiān)視畫面，支撐能源調(diào)度工作，輔助調(diào)度人員實(shí)時(shí)掌握能源系統(tǒng)運(yùn)行情況。實(shí)現(xiàn)能源潮流的實(shí)時(shí)監(jiān)視、合理分配和運(yùn)行方式優(yōu)化，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）提升能源管理效率，實(shí)現(xiàn)“數(shù)出一處，量出一門”，能源報(bào)表生成周期由每月縮短至每日，推動(dòng)節(jié)能減排工作開(kāi)展。

（4）提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)支撐服務(wù)，利用自主可控技術(shù)，集成10+個(gè)周邊系統(tǒng)，采集能動(dòng)范圍內(nèi)45套PLC/DCS數(shù)據(jù)，整合8個(gè)生產(chǎn)單元（焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、高爐、煉鋼、熱軋、冷軋、能動(dòng)）的能源及相關(guān)數(shù)據(jù)；公司一二級(jí)電力計(jì)量點(diǎn)425個(gè)、一二級(jí)動(dòng)力計(jì)量點(diǎn)517個(gè)、一二級(jí)物資計(jì)量點(diǎn)39處及部分三級(jí)計(jì)量數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)等能源數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)集中管理，最終形成公司能源數(shù)據(jù)中心，為能源管理和能源分析提供數(shù)據(jù)支撐。

（5）加強(qiáng)生產(chǎn)協(xié)同與信息互通，將各主工藝單元與能源產(chǎn)生、消耗相關(guān)的數(shù)據(jù)納入能源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息互通、整體管控、協(xié)同調(diào)度，完善節(jié)能倒逼機(jī)制。支撐“雙碳最佳實(shí)踐能效標(biāo)桿示范廠”創(chuàng)建。

5.3能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)圖

圖1 西昌鋼釩能源數(shù)據(jù)采集機(jī)監(jiān)控軟件架構(gòu)

公司能源數(shù)據(jù)架構(gòu)包含數(shù)據(jù)層、基礎(chǔ)軟件層、應(yīng)用層，項(xiàng)目服務(wù)器和相關(guān)平臺(tái)軟件滿足自主可控要求。數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)的軟件體系架構(gòu)分為硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)平臺(tái)、通用中間件、統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)和應(yīng)用層的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，能支持多種硬件混合平臺(tái)，支持多種通用的商用數(shù)據(jù)庫(kù)，支持異構(gòu)環(huán)境，所有功能模塊之間的接口標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)統(tǒng)一，方便的實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)間的接口。

5.4實(shí)施效果

公司通過(guò)極致能效工程的探索與實(shí)踐，先后參與制定《高端制造企業(yè)數(shù)字化成熟度評(píng)價(jià)導(dǎo)則》、《CISA 362-2024鋼鐵行業(yè)智能工廠評(píng)價(jià)導(dǎo)則》等4項(xiàng)國(guó)家行業(yè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。2023年11月四川省首家通過(guò)鋼鐵行業(yè)全流程超低排放認(rèn)證的企業(yè)，2024年11月獲評(píng)國(guó)家工信部《卓越級(jí)智能工廠》，2025年6月通過(guò)《兩化融合AAA級(jí)管理體系》認(rèn)證。通過(guò)極致能效工程的探索與實(shí)踐，公司整體節(jié)能效果顯著，實(shí)施前后對(duì)比實(shí)現(xiàn)了節(jié)能8%的目標(biāo)，降低成本3650余萬(wàn)元/年。 

公司堅(jiān)持低碳化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展方向，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、管理優(yōu)化和政策支持協(xié)同推進(jìn)極致能效工程實(shí)現(xiàn)了綠色低碳轉(zhuǎn)型，在探索與實(shí)踐的過(guò)程中取得了一定經(jīng)驗(yàn)，為構(gòu)建綠色低碳的鋼鐵工業(yè)體系具有較強(qiáng)借鑒和推廣價(jià)值。

表2  西昌鋼釩公司主要極致能效技術(shù)應(yīng)用情況

6 極致能效工程的前景展望

6.1 智能制造的廣泛應(yīng)用

智能制造是鋼鐵行業(yè)推行極致能效工程的重要抓手，公司打造的"8+2+1"智能制造架構(gòu)，全面推動(dòng)了企業(yè)資源管理（ERP）、生產(chǎn)管理與執(zhí)行（MES）、能源管理等八類系統(tǒng)，工藝大數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)兩個(gè)大數(shù)據(jù)池及一批人工智能應(yīng)用裝備的落地執(zhí)行，這一架構(gòu)通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的精準(zhǔn)控制和優(yōu)化，大大提高了能源利用效率。

6.2 前沿技術(shù)探索與示范

除了成熟技術(shù)的推廣應(yīng)用，鋼鐵企業(yè)還在積極探索前沿節(jié)能技術(shù)，為極致能效工程積累經(jīng)驗(yàn)。攀鋼參與申報(bào)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目"鐵礦石光伏能源柔性電解制鐵基礎(chǔ)研究"，突破了傳統(tǒng)高爐煉鐵技術(shù)的高能耗瓶頸，為鋼鐵行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。該項(xiàng)目圍繞鐵礦石高效電解、鐵離子遷移與強(qiáng)化、雜質(zhì)賦存及分離等核心任務(wù)展開(kāi)，構(gòu)建起"光—電—冶"一體化集成系統(tǒng)，為釩鈦磁鐵礦綠色冶煉提供顛覆性解決方案，這些新技術(shù)的應(yīng)用，為鋼鐵行業(yè)極致能效工程開(kāi)辟了新的路徑。

6.3 低碳化與智能化深度融合

未來(lái)五年，鋼鐵行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型將突破單一技術(shù)應(yīng)用范疇，進(jìn)入“全鏈條數(shù)字化管控 + 價(jià)值化運(yùn)營(yíng)” 的新階段，構(gòu)建 “碳足跡追溯 - 碳交易定價(jià) - 碳技術(shù)輸出” 的完整低碳體系成為核心目標(biāo)。這一體系的落地，需以智能化技術(shù)為底層支撐，實(shí)現(xiàn)碳排放從 “模糊統(tǒng)計(jì)” 向 “精準(zhǔn)核算”、從 “被動(dòng)減排” 向 “主動(dòng)創(chuàng)效” 的轉(zhuǎn)變。 

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