董 威,袁 超,李培源

(1.上海金藝檢測技術(shù)有限公司,上海 201901; 2.上海寶化國立化工技術(shù)有限公司,上海 200941)

1 背景

鋼鐵行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱型產(chǎn)業(yè),其關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)范圍廣,在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有舉足輕重的地位[1]。黨的十九大以來,我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)從數(shù)量時(shí)期向高質(zhì)量時(shí)期邁進(jìn),鋼鐵產(chǎn)能嚴(yán)重過剩問題得到明顯的緩解[2-3]。但鋼鐵行業(yè)工藝流程長、產(chǎn)污環(huán)節(jié)多,污染物排放總量仍處于較高水平,是我國主要的大氣污染排放源之一[4-5]。近幾年,我國鋼鐵工業(yè)掀起超低排放重大“綠色革命”,執(zhí)行著世界上最嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求,努力實(shí)現(xiàn)減污降碳協(xié)同效應(yīng)[6-7]。中國寶武鋼鐵集團(tuán)有限公司黨委書記、董事長陳德榮在中國寶武綠色發(fā)展大會中指出“綠色發(fā)展是維護(hù)我國社會經(jīng)濟(jì)長期穩(wěn)定的政治責(zé)任、民生工程,綠色發(fā)展是體現(xiàn)中央企業(yè)社會責(zé)任的重要方面”[8]。推動(dòng)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放,實(shí)現(xiàn)全流程、全過程環(huán)境管理,是有效提高鋼鐵行業(yè)發(fā)展質(zhì)量和效益,打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的有力支撐[9]。

《做好鋼鐵企業(yè)超低排放評估監(jiān)測工作的通知》(環(huán)辦大氣函〔2019〕922號)中提出按照精準(zhǔn)治污、科學(xué)治污、依法治污的原則,做好鋼鐵企業(yè)超低排放評估監(jiān)測工作。有組織排放作為評估監(jiān)測三大部分之一,如何確保其監(jiān)測結(jié)果真實(shí)有效至關(guān)重要。本文對有組織評估監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)控問題進(jìn)行探討,以期為高質(zhì)量實(shí)施提供借鑒。

2 質(zhì)控問題探討

《鋼鐵企業(yè)超低排放評估監(jiān)測技術(shù)指南》(以下簡稱《指南》)中指出企業(yè)或接受委托的機(jī)構(gòu)在開展現(xiàn)場評估監(jiān)測前,應(yīng)對相關(guān)資料進(jìn)行認(rèn)真審查,對資料齊全且符合要求的,可開展現(xiàn)場勘查。現(xiàn)場勘查應(yīng)包括:采樣口和采樣平臺設(shè)置規(guī)范化、CEMS合規(guī)性以及自行監(jiān)測規(guī)范化檢查。當(dāng)企業(yè)資料審查和現(xiàn)場勘查都符合基本條件后,方可開展現(xiàn)場評估監(jiān)測工作。有組織評估監(jiān)測過程中應(yīng)注意采樣口和采樣平臺設(shè)置、自行監(jiān)測以及CEMS合規(guī)性、監(jiān)測分析方法選擇、監(jiān)測數(shù)據(jù)代表性、工況記錄等問題,以免影響公示進(jìn)度。

2.1 采樣口和采樣平臺規(guī)范化

采樣口和采樣平臺設(shè)置應(yīng)根據(jù)《指南》中附1鋼鐵企業(yè)超低排放有組織排放現(xiàn)場檢查和監(jiān)測技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行核查,具體要求及示例見表1?？辈橹胁糠制髽I(yè)煙囪因年代久遠(yuǎn),工程改造難度較大,采樣點(diǎn)位不滿足“上四下二”要求。HJ 75—2017中提出:“當(dāng)排放源無法滿足‘上四下二’要求時(shí),應(yīng)盡可能選擇在氣流穩(wěn)定的斷面進(jìn)行采樣,并采取相應(yīng)措施保證監(jiān)測斷面分布均勻,斷面無紊流?！币虼?企業(yè)可通過流場模擬試驗(yàn)佐證采樣斷面流速是否分布均勻。流場模擬直接影響到評估監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性,試驗(yàn)時(shí)應(yīng)關(guān)注采樣孔數(shù)量、生產(chǎn)工況和風(fēng)機(jī)運(yùn)行、等面積同心環(huán)布點(diǎn)、采樣頻次等方面。

表1 采樣口和采樣平臺設(shè)置規(guī)范化要求及示例Table 1 Standardization requirements for sampling port and sampling platform setting and examples

2.2 自行監(jiān)測規(guī)范化

自行監(jiān)測規(guī)范化檢查是現(xiàn)場勘查中重要一環(huán),但往往容易被忽視。2016年,國務(wù)院辦公廳印發(fā)《控制污染物排放許可制實(shí)施方案》(國辦發(fā)〔2016〕81號),標(biāo)志著我國開始在全國范圍內(nèi)實(shí)施以排污許可制度為核心的最嚴(yán)格的固定污染源環(huán)境管理制度[10-11]。在國家堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)、立法劍指近年來環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)造假行為的新形勢下,企業(yè)開展自行監(jiān)測的意義更加凸顯[12-13]。

部分企業(yè)由于自行監(jiān)測監(jiān)管要求不夠完善、自行監(jiān)測工作水平不夠高等原因,出現(xiàn)自行監(jiān)測未規(guī)范化的問題,主要可分為自行監(jiān)測方案制定及自行監(jiān)測開展過程兩部分,見表2匯總。

表2 自行監(jiān)測未規(guī)范化問題匯總Table 2 List of unstandardized problems in self-monitoring

因此,在自行監(jiān)測規(guī)范化檢查過程中,應(yīng)確認(rèn)企業(yè)自行監(jiān)測方案完整性、合理性以及自行監(jiān)測開展過程的真實(shí)性、規(guī)范性,詳細(xì)檢查內(nèi)容詳見表3。

表3 自行監(jiān)測規(guī)范化檢查內(nèi)容Table 3 The content of self-monitoring standardized inspection

2.3 SO2監(jiān)測方法選擇

鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)頭、熱風(fēng)爐、焦?fàn)t煙囪廢氣排放口中,CO濃度普遍較高,約為8 000～10 000 mg/m3,且煙氣成分復(fù)雜,如何選擇合適的SO2監(jiān)測方法尤為關(guān)鍵。SO2監(jiān)測方法主要包括定電位電解法、非分散紅外分析法、便攜式紫外分析法。不同監(jiān)測方法由于儀器的抗干擾修正程度、工作原理等存在差異,各自適用范圍也不相同[14]。三種監(jiān)測方法優(yōu)點(diǎn)以及應(yīng)用局限對比見表4。

表4 定電位電解法、非分散紅外分析法以及便攜式紫外分析法對比Table 4 Comparison of fixed potential by electrolysis、non-dispersive infrared and portable UV analysis

定電位電解法測定煙氣中SO2抗干擾能力較差,且不同類型的煙氣分析儀監(jiān)測結(jié)果偏差也不盡相同,若采用定電位電解法監(jiān)測燒結(jié)機(jī)頭、熱風(fēng)爐、焦?fàn)t煙囪點(diǎn)位SO2,則會導(dǎo)致實(shí)測濃度出現(xiàn)偏差。如某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)頭廢氣中CO濃度約為4 000 mg/m3,熱風(fēng)爐廢氣中CO濃度約為3 000 mg/m3。使用A型、B型煙氣分析儀分別測定燒結(jié)機(jī)脫硫排口以及高爐熱風(fēng)爐煙囪排口SO2濃度時(shí),其監(jiān)測結(jié)果與使用非分散紅外分析法測定結(jié)果偏差分別為62%、56%以及-38%、-44%,具體監(jiān)測數(shù)據(jù)詳見表5。

表5 定電位電解法與非分散紅外分析法測定結(jié)果對比Table 5 Comparison of measurement results by fixed potentialby electrolysis and non-dispersive infrared mg/m3

因此,建議選擇非分散紅外分析法或者便攜式紫外分析法。值得注意的是,在實(shí)際案例中也發(fā)現(xiàn)甲烷濃度對非分散紅外吸收原理測定SO2有顯著的正干擾,造成測定結(jié)果偏高。為消除干擾,實(shí)際監(jiān)測時(shí)可在分析儀中增加甲烷過濾器或使用紫外差分原理儀器進(jìn)行測試。在使用便攜式紫外分析法測定SO2時(shí),SO2的主要吸收波段(190～230 nm和280～320 nm)處有NO2對其存在干擾。據(jù)調(diào)研,目前市售紫外分析法儀器多采用差分吸收等技術(shù)手段去除NO2干擾,且效果較好。由于在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)紫外分析法儀器抗干擾性能較好,開展干擾試驗(yàn)驗(yàn)證了目標(biāo)氣體為200 μmol/mol的SO2時(shí),不同儀器設(shè)備對50 μmol/mol的NO2的干擾響應(yīng),這個(gè)濃度范圍基本能夠代表典型污染源現(xiàn)場的排放情況。結(jié)果顯示,誤差范圍僅為-2.3%～1.1%,誤差干擾較小,能夠滿足評估監(jiān)測要求。此外,在280～320 nm吸收波段O3、二硫化碳、甲醛對SO2的測試會引進(jìn)正干擾,而在190～230 nm吸收波段O3會引進(jìn)負(fù)干擾,但廢氣現(xiàn)場極少存在高濃度的這些氣體,且以上氣體均可通過差分吸收等方法消除干擾。

2.4 實(shí)測風(fēng)量數(shù)據(jù)合理性

有組織排放評估監(jiān)測過程中有20%～30%的點(diǎn)位存在實(shí)測風(fēng)量與設(shè)計(jì)風(fēng)量偏差較大的問題,其中不乏主要污染源點(diǎn)位。因此,快速找出風(fēng)量偏差原因并進(jìn)行針對性整改對有組織排放評估監(jiān)測開展進(jìn)度及數(shù)據(jù)合理性尤為重要。各類影響實(shí)測風(fēng)量與設(shè)計(jì)風(fēng)量偏差較大的因素大致可分為以下四類:①采樣口及采樣平臺設(shè)置未規(guī)范化;②工藝設(shè)計(jì)情況;③直徑測量誤差;④工況負(fù)荷不滿足要求。四類問題占比情況詳見圖1。

圖1 影響實(shí)測風(fēng)量與設(shè)計(jì)風(fēng)量偏差較大的主要因素占比Fig.1 Proportion of the main factors affecting the large deviation between the measured air volume and the design air volume

采樣口和采樣平臺設(shè)置規(guī)范化相關(guān)問題包括應(yīng)在現(xiàn)場勘查過程中逐一排查,梳理有組織排放點(diǎn)位清單、收集點(diǎn)位基礎(chǔ)信息拍照建檔,并告知企業(yè)根據(jù)《指南》等相關(guān)規(guī)范文件中要求進(jìn)行整改。工況負(fù)荷相關(guān)問題應(yīng)首先確認(rèn)現(xiàn)場監(jiān)測情況,在排除測量影響因素之后,前往生產(chǎn)中控了解該點(diǎn)位主要生產(chǎn)設(shè)施24 h內(nèi)運(yùn)行情況及生產(chǎn)負(fù)荷,核實(shí)與污染治理設(shè)施運(yùn)行狀況是否相匹配,待企業(yè)調(diào)整完畢滿足要求后,方可重新開啟評估監(jiān)測。不同的工藝設(shè)計(jì)也是導(dǎo)致實(shí)測風(fēng)量與設(shè)計(jì)風(fēng)量偏差較大的因素之一,在編制監(jiān)測方案時(shí)應(yīng)提前與企業(yè)溝通工藝設(shè)計(jì)相關(guān)問題,結(jié)合企業(yè)排污許可證及“三同時(shí)”竣工驗(yàn)收報(bào)告中相關(guān)內(nèi)容,厘清相關(guān)工藝流程及原理,并將企業(yè)提供的相關(guān)解釋說明及證明材料附于評估監(jiān)測報(bào)告中。對于直徑測量誤差問題,橢圓管道可根據(jù)現(xiàn)場測量的長直徑和短直徑換算成當(dāng)量直徑;煙氣濕度較大點(diǎn)位可根據(jù)企業(yè)提供的設(shè)計(jì)圖紙結(jié)合現(xiàn)場測量的管道周長、壁厚等參數(shù)進(jìn)行模擬測算。

2.5 人工煤氣硫分檢測

《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》(環(huán)大氣[2019]35號)中明確指出:“需加強(qiáng)源頭控制,高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣應(yīng)實(shí)施精脫硫?！币虼嗽谟薪M織排放評估監(jiān)測過程中,對人工煤氣進(jìn)行硫化物成分分析是不可或缺的一部分。以某鋼鐵廠人工煤氣數(shù)據(jù)為例,高爐煤氣中硫化物包含羰基硫、硫化氫,濃度范圍分別為70.2～113.0 mg/m3、19.2～72.5 mg/m3;焦?fàn)t煤氣中硫化物為羰基硫、二硫化碳、噻吩,濃度范圍分別為30.8～118.0 mg/m3、0.2～250.0 mg/m3、0～22.3 mg/m3,轉(zhuǎn)爐煤氣中硫化物為羰基硫、硫化氫,濃度范圍分別為1.3～40.1 mg/m3、0～8.0 mg/m3。因此僅對硫化氫進(jìn)行分析是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,并且無法對企業(yè)采用的煤氣清潔利用技術(shù)以及末端治理設(shè)施脫硫效率進(jìn)行有效評估。目前對于硫化物的檢測方法主要參考美國材料與實(shí)驗(yàn)協(xié)會ASTM《使用氣相色譜和化學(xué)發(fā)光法測定天然氣和氣體燃料中硫化物含量的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法》(ASTMD 5504—2012),但該方法在抗干擾和定性上仍有些許不足。

2.6 CEMS合規(guī)性

多數(shù)鋼鐵企業(yè)建廠較早,由于重視程度不夠,排污口監(jiān)測點(diǎn)位設(shè)置普遍不規(guī)范,在線監(jiān)測設(shè)施不能滿足監(jiān)測技術(shù)規(guī)范要求,需要開展排放口規(guī)范化建設(shè)和CEMS升級改造[7]。改造后的超低CEMS的安裝、調(diào)試和運(yùn)行在符合HJ 75—2017和HJ 76—2017規(guī)定的前提下,還需滿足《指南》中的CEMS總體要求和CEMS質(zhì)控目標(biāo),現(xiàn)場評估內(nèi)容見表6。

表6 CEMS合規(guī)性現(xiàn)場評估內(nèi)容Table 6 The content of CEMS standardized inspection

3 建議

(1) 建議以有組織排放評估監(jiān)測為契機(jī),完善排污許可證內(nèi)容,優(yōu)化自行監(jiān)測方案,加強(qiáng)自行監(jiān)測數(shù)據(jù)審核;完善生產(chǎn)和污染治理設(shè)施運(yùn)行狀況信息記錄,結(jié)合設(shè)計(jì)風(fēng)量等參數(shù),并與實(shí)際工況擬合判定數(shù)據(jù)合理性;加強(qiáng)有效工況下超低改造項(xiàng)目自行監(jiān)測的質(zhì)量控制和管理,真實(shí)反映企業(yè)排污狀態(tài)。

(2) 除根據(jù)《指南》附1鋼鐵企業(yè)超低排放有組織排放現(xiàn)場檢查和監(jiān)測技術(shù)要點(diǎn)中要求加強(qiáng)廢氣排放口規(guī)范化設(shè)置外,還應(yīng)規(guī)范排放口基礎(chǔ)參數(shù)的統(tǒng)計(jì),注重對廢氣處理裝置、風(fēng)機(jī)管道等的前期選型、工藝變更影響論證,保證廢氣長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

(3) 為確保CEMS在線監(jiān)測環(huán)保監(jiān)督作用,需制定完善的運(yùn)維管理制度,并建立在線監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量保證體系,保證在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、合理性及合法性。