煙氣CEMS系統(tǒng)準(zhǔn)確度判定在生產(chǎn)中的運(yùn)用

王寧

（新疆八一鋼鐵有限公司股份煉鐵廠）

1 前言

隨著國家對生態(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,其中對大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測提出明確的要求。將工業(yè)企業(yè)主要排放口的監(jiān)測數(shù)據(jù)作為排污許可證的申請核發(fā)的重要內(nèi)容，并作為對排污許可證核發(fā)證后監(jiān)管的核心要素，在HJ 76-2017中對CEMS監(jiān)測數(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)境檢測的重點(diǎn)監(jiān)控對象。根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定及排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范等要求，2018年八鋼煉鐵系統(tǒng)對煉鐵、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。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)行第三方比對監(jiān)測，在兩次比對時(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)。

筆者針對八鋼煉鐵系統(tǒng)CEMS數(shù)據(jù)監(jiān)測過程中數(shù)據(jù)管理的運(yùn)用實(shí)例進(jìn)行分析，對煙氣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)檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)對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)自動監(jiān)測，并將監(jiān)測數(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)測子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)監(jiān)測子系統(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煙氣進(jìn)行預(yù)處理以滿足后續(xù)分析測試的需要。

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

輔助系統(tǒng)：用于保障CEMS長期自動監(jiān)測穩(wěn)定性，提高監(jiān)測數(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)行測試分析；另一類是直接測量方式，將測量分析單元安裝在煙囪上直接對排放煙氣進(jìn)行測量分析。抽取測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)測系統(tǒng)抽取測量方式均為冷干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)入一級汽水分離器，對水汽進(jìn)行粗過濾，對顆粒物進(jìn)行細(xì)過濾。然后對煙氣進(jìn)行冷凝，冷凝過程中對對水進(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)的測量結(jié)果組成若干數(shù)據(jù)對，數(shù)據(jù)之差的平均值的絕對值與置信系數(shù)之和與參比方法測定數(shù)據(jù)的平均值之比。CEMS準(zhǔn)確度是體現(xiàn)CEMS測量結(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對現(xiàn)場污染物排放檢測的準(zhǔn)確度要求：（1）氣態(tài)污染物CEMS。參比方法測量煙氣中SO2、NOx排放濃度的平均值。≥250μmol/mol時(shí),CEMS與參比方法測量結(jié)果相對準(zhǔn)確度≤15%;≥50～250μmol/mol時(shí),CEMS與參比方法測量結(jié)果平均值絕對誤差的絕對值≤20μmol/mol;≥20～50μmol/mol時(shí),CEMS與參比方法測量結(jié)果平均值絕對誤差的相對值≤30%;20μmol/mol時(shí),CEMS與參比方法測量結(jié)果平均值絕對誤差的絕對值≤6μmol/mol。

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

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

4.1 比對數(shù)據(jù)的監(jiān)測要求與數(shù)據(jù)采集

根據(jù)《污染源自動監(jiān)測設(shè)備比對監(jiān)測技術(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測定位置靠近但不干擾CEMS正常取樣，手工與自動同步采樣。選取A1焦?fàn)t煙囪出口CEMS監(jiān)測平臺上方預(yù)留的手工采樣孔（在CEMS監(jiān)測口下游50cm處）對煙氣的SO2、NOX及煙氣參數(shù)進(jìn)行連續(xù)采樣監(jiān)測。

對氣態(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倍自動監(jiān)測設(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)場參比數(shù)據(jù)的采樣監(jiān)測。

4.2 數(shù)據(jù)組的選取

現(xiàn)場選擇實(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，對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行相對準(zhǔn)確度計(jì)算見參比計(jì)算表及氧氣相對準(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)對比

表3 參比計(jì)算表

表4 氧氣CMS與參比方法測量結(jié)果相對準(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測定值數(shù)據(jù)對的差的標(biāo)準(zhǔn)偏差；cc為置信系數(shù)；RA為相對準(zhǔn)確度。

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

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

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

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

5 結(jié)束語

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)測時(shí)間段內(nèi)，對煙氣排口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中之要求對在線監(jiān)測設(shè)備的準(zhǔn)確度進(jìn)行規(guī)范的處理，以滿足生態(tài)環(huán)境主管部門對廢氣排放企業(yè)主要排放口自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制要求。目前對煙氣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。