王寧

（新疆八一鋼鐵有限公司股份煉鐵廠）

1 前言

隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求日益嚴(yán)格，生態(tài)環(huán)境部制定了具體實(shí)施辦法,其中對(duì)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測(cè)提出明確的要求。將工業(yè)企業(yè)主要排放口的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為排污許可證的申請(qǐng)核發(fā)的重要內(nèi)容，并作為對(duì)排污許可證核發(fā)證后監(jiān)管的核心要素，在HJ 76-2017中對(duì)CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度有明確的規(guī)定。鋼鐵行業(yè)是排污大戶，也是環(huán)境檢測(cè)的重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象。根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定及排污許可證申請(qǐng)與核發(fā)技術(shù)規(guī)范等要求，2018年八鋼煉鐵系統(tǒng)對(duì)煉鐵、焦化、燒結(jié)工序20余個(gè)主要排放口排放的廢氣安裝了CEMS設(shè)備，監(jiān)測(cè)各排放口數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至污染源監(jiān)控平臺(tái)。在日常數(shù)據(jù)管理中如何快速判定CEMS數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，是對(duì)排污企業(yè)達(dá)到合規(guī)排放的基本要求。根據(jù)HJ 75-2017，HJ 76-2017規(guī)范，CEMS使用單位每季度需進(jìn)行第三方比對(duì)監(jiān)測(cè)，在兩次比對(duì)時(shí)間間隔段內(nèi)，若能快速判定CEMS設(shè)備準(zhǔn)確度的情況，可使監(jiān)測(cè)設(shè)備在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求下規(guī)范運(yùn)行，使CEMS數(shù)據(jù)滿足質(zhì)控要求，從而避免CEMS系統(tǒng)準(zhǔn)確度超標(biāo)發(fā)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

筆者針對(duì)八鋼煉鐵系統(tǒng)CEMS數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)過程中數(shù)據(jù)管理的運(yùn)用實(shí)例進(jìn)行分析，對(duì)煙氣CEMS系統(tǒng)準(zhǔn)確度進(jìn)行判定，為八鋼煉鐵系統(tǒng)的煙氣CEMS數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度管理提供技術(shù)支撐，并以此形成數(shù)據(jù)管理的基本規(guī)范應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。

2 八鋼煉鐵系統(tǒng)大氣污染物排放

目前八鋼煉鐵廠生產(chǎn)主體裝備：4×6.5m頂裝焦?fàn)t、2×265m2+1×430m2燒結(jié)機(jī),3×2500m3高爐+1座OY爐，具備年產(chǎn)鐵水660萬(wàn)t能力。八鋼污染物排量中60%以上由煉鐵系統(tǒng)產(chǎn)生。

目前煉鐵系統(tǒng)約有80余個(gè)廢氣排放口，其中燒結(jié)機(jī)頭、機(jī)尾，焦化焦?fàn)t煙囪、裝煤、攔焦，煉鐵出鐵場(chǎng)及礦槽等20余個(gè)廢氣排放口均已安裝CEMS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢氣排放情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

八鋼煉鐵系統(tǒng)主要煙氣排放口排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 大氣污染物主要排放口特別排放限值 mg/m3

3 煙氣CEMS系統(tǒng)組成及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的要求

CEMS即煙氣排放連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)對(duì)固定污染源顆粒物濃度和氣態(tài)污染物濃度以及污染物排放總量進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和信息傳送到環(huán)保主管部門，確保排污企業(yè)污染物濃度和排放總量達(dá)標(biāo)。同時(shí)，各種相關(guān)環(huán)保設(shè)備如脫硫、脫硝等裝置，也依靠CEMS提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行煙氣排放工藝過程參數(shù)的控制調(diào)整。

3.1 CEMS的基本組成

一套完整的CEMS系統(tǒng)基本組成包括顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理子系統(tǒng)四個(gè)主要部分。

CEMS的結(jié)構(gòu)一般包括采樣和預(yù)處理系統(tǒng)、測(cè)量分析系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。

采樣和預(yù)處理系統(tǒng)：用于對(duì)煙道或煙囪內(nèi)的煙氣進(jìn)行采集和傳輸，并在不改變污染物組成的前提下對(duì)煙氣進(jìn)行預(yù)處理以滿足后續(xù)分析測(cè)試的需要。

測(cè)量分析系統(tǒng)：用于對(duì)煙氣中的各種參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和顯示。

輔助系統(tǒng)：用于保障CEMS長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的輔助設(shè)備。一般包括：反吹系統(tǒng)、排氣排水系統(tǒng)、壓縮空氣預(yù)處理系統(tǒng)、氣幕保護(hù)系統(tǒng)、校準(zhǔn)校驗(yàn)系統(tǒng)。

CEMS的工作原理和技術(shù)分類按測(cè)量分析方式可分為兩大類：一類是，將煙氣從煙囪抽取出來進(jìn)行測(cè)試分析；另一類是直接測(cè)量方式，將測(cè)量分析單元安裝在煙囪上直接對(duì)排放煙氣進(jìn)行測(cè)量分析。抽取測(cè)量方式按其采樣單元不同又分為完全抽取方式和稀釋抽取方式兩種。其中完全抽取式CEMS根據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)的不同可分為冷干CEMS和熱濕CEMS。目前八鋼煉鐵系統(tǒng)煙氣CEMS系統(tǒng)采用的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)抽取測(cè)量方式均為冷干CEMS系統(tǒng)。其系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 煙氣冷干CEMS系統(tǒng)流程圖

煙道內(nèi)含塵煙氣被抽入煙氣采樣器，采樣器中有煙塵過濾裝置及加熱裝置，煙氣經(jīng)過濾器濾過煙塵顆粒后經(jīng)伴熱傳送管，進(jìn)入一級(jí)汽水分離器，對(duì)水汽進(jìn)行粗過濾，對(duì)顆粒物進(jìn)行細(xì)過濾。然后對(duì)煙氣進(jìn)行冷凝，冷凝過程中對(duì)對(duì)水進(jìn)行分離，然后樣品氣進(jìn)行第二次汽水分離，經(jīng)過濾后，樣氣進(jìn)入分析氣室進(jìn)行分析。

3.2 CEMS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度及其要求

CEMS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度是采用參比方法與CEMS同步測(cè)定煙氣中氣態(tài)污染物的濃度，取同時(shí)間區(qū)間且相同狀態(tài)的測(cè)量結(jié)果組成若干數(shù)據(jù)對(duì)，數(shù)據(jù)之差的平均值的絕對(duì)值與置信系數(shù)之和與參比方法測(cè)定數(shù)據(jù)的平均值之比。CEMS準(zhǔn)確度是體現(xiàn)CEMS測(cè)量結(jié)果與實(shí)際排放濃度的接近程度，也稱為CEMS“偏差”。引起偏差的原因可能由于測(cè)量方法、儀器故障、采樣管路泄露、鏡頭變臟、參考標(biāo)準(zhǔn)件被污染等。因此CEMS數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的判定在CEMS出具有效數(shù)據(jù)的全過程的外部質(zhì)控程序中，對(duì)控制CEMS數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)有效性起到至關(guān)重要的作用。

HJ 76-2017 6.2.1.4對(duì)現(xiàn)場(chǎng)污染物排放檢測(cè)的準(zhǔn)確度要求：（1）氣態(tài)污染物CEMS。參比方法測(cè)量煙氣中SO2、NOx排放濃度的平均值?！?50μmol/mol時(shí),CEMS與參比方法測(cè)量結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確度≤15%;≥50～250μmol/mol時(shí),CEMS與參比方法測(cè)量結(jié)果平均值絕對(duì)誤差的絕對(duì)值≤20μmol/mol;≥20～50μmol/mol時(shí),CEMS與參比方法測(cè)量結(jié)果平均值絕對(duì)誤差的相對(duì)值≤30%;20μmol/mol時(shí),CEMS與參比方法測(cè)量結(jié)果平均值絕對(duì)誤差的絕對(duì)值≤6μmol/mol。

（2）O2CMS與參比方法測(cè)量結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確度為≤15%。

4 CEMS數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)判定的實(shí)例

4.1 比對(duì)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)要求與數(shù)據(jù)采集

根據(jù)《污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備比對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定》（試行）的要求，氣態(tài)污染物參比方法采樣位置與CEMS測(cè)定位置靠近但不干擾CEMS正常取樣，手工與自動(dòng)同步采樣。選取A1焦?fàn)t煙囪出口CEMS監(jiān)測(cè)平臺(tái)上方預(yù)留的手工采樣孔（在CEMS監(jiān)測(cè)口下游50cm處）對(duì)煙氣的SO2、NOX及煙氣參數(shù)進(jìn)行連續(xù)采樣監(jiān)測(cè)。

對(duì)氣態(tài)污染物（SO2、NOX）和O2要求至少獲取6個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)間間隔段 (儀表法可選取不小于2倍自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備響應(yīng)時(shí)間期間的平均值為1個(gè)數(shù)據(jù))，本例中采用MODEL3080便攜式紅外線煙氣分析儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參比數(shù)據(jù)的采樣監(jiān)測(cè)。

4.2 數(shù)據(jù)組的選取

現(xiàn)場(chǎng)選擇實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣時(shí)段為1min，連續(xù)采樣35min。同時(shí)選取同時(shí)段CEMS監(jiān)測(cè)分鐘數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)。根據(jù)CEMS設(shè)備系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間要求：≤200s，取 5min作為時(shí)間間隔段，形成7個(gè)數(shù)據(jù)組，見表2。

4.3 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度計(jì)算判定

根據(jù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的要求，對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確度計(jì)算見參比計(jì)算表及氧氣相對(duì)準(zhǔn)確度計(jì)算見表 3、表 4。

表2 同時(shí)段CEM數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)取樣數(shù)據(jù)對(duì)比

表3 參比計(jì)算表

表4 氧氣CMS與參比方法測(cè)量結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確度計(jì)算表

其中：di(O2)、di（NOX）、di(O2)，分別表示參比數(shù)據(jù)與同時(shí)段CEMS數(shù)據(jù)的差值；d表示SUM[di(O2)]/n；di(均)為 0.15/n；n 為表示數(shù)據(jù)組數(shù)；tf0.95 表示置信系數(shù)t值（95%置信水平）；Sd：參比方法與CEMS測(cè)定值數(shù)據(jù)對(duì)的差的標(biāo)準(zhǔn)偏差；cc為置信系數(shù)；RA為相對(duì)準(zhǔn)確度。

根據(jù)以上參比計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)照污染物排放準(zhǔn)確度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求，得出以下結(jié)論：

（1）SO2絕對(duì)誤差的絕對(duì)值為2.87μmol/mol（8.2mg/m3），滿足≤6μmol/mol的準(zhǔn)確度要求。

（2）NOX絕對(duì)誤差的絕對(duì)值為14.2μmol/mol（29.2 mg/m3），滿足≤20μmol/mol的準(zhǔn)確度要求。

（3）O2CMS與參比方法測(cè)量結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確度為1%，滿足≤15%的相對(duì)準(zhǔn)確度要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過實(shí)例說明了形成CEMS設(shè)備準(zhǔn)確度的判定步驟及數(shù)據(jù)采集基本流程。八鋼煉鐵系統(tǒng)根據(jù)煙氣CEMS質(zhì)控要求在季度比監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)，對(duì)煙氣排口CEMS系統(tǒng)進(jìn)行1～2次的準(zhǔn)確度校核，按照計(jì)算表能快速對(duì)CEMS設(shè)備性能做出定量判定，并及時(shí)將發(fā)現(xiàn)的問題通知運(yùn)維方按照HJ 75-2017附錄B中之要求對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確度進(jìn)行規(guī)范的處理，以滿足生態(tài)環(huán)境主管部門對(duì)廢氣排放企業(yè)主要排放口自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制要求。目前對(duì)煙氣CEMS系統(tǒng)準(zhǔn)確度判定已應(yīng)用到八鋼煉鐵系統(tǒng)的煙氣排放檢測(cè)工作中，并形成了數(shù)據(jù)管理的基本規(guī)范，促進(jìn)了八鋼煉鐵系統(tǒng)的節(jié)能減排工作的規(guī)范運(yùn)行。