鋼鐵企業(yè)超低排放監(jiān)測監(jiān)控方案實施探討

雷天鳴

（中冶南方工程技術有限公司 湖北武漢 430223）

0 引言

近年來，國家及地方各省份陸續(xù)出臺多項文件，推進鋼鐵行業(yè)超低排放改造，助力大氣環(huán)境質量改善?；诔团欧鸥脑鞎r限逼近、重污染天氣差異化限產、差別化電價等壓力，鋼鐵企業(yè)均已陸續(xù)開展超低排放改造。鋼鐵企業(yè)超低排放監(jiān)測監(jiān)控的相關要求是隨著超低排放要求的全面推開才開始開展和實施的。本文將以某鋼鐵企業(yè)超低管控平臺項目建設過程為例，探討鋼鐵企業(yè)超低排放監(jiān)測監(jiān)控改造（設計）方案的制定。

1 鋼鐵企業(yè)超低排放監(jiān)測監(jiān)控涵蓋主要內容

超低排放監(jiān)測監(jiān)控貫穿于有組織、無組織和清潔運輸3個板塊之中，并非是1 個自成體系的要求。但是由于超低管控平臺概念的提出，借由管控平臺的建立，可以將這些零散內容整合成1 個相對獨立的體系。

鋼鐵企業(yè)超低排放監(jiān)測監(jiān)控涵蓋內容主要包括污染源自動監(jiān)測（CEMS）、環(huán)保設施分布式控制系統(tǒng)（DCS）、總懸浮顆粒物濃度監(jiān)測設備（TSP）、空氣質量監(jiān)測微站、高清視頻監(jiān)控、門禁系統(tǒng)及超低管控平臺7 個方面。

2 鋼鐵企業(yè)超低排放監(jiān)測監(jiān)控基礎現(xiàn)狀

超低排放改造以各鋼鐵企業(yè)的現(xiàn)狀為基礎，摸清現(xiàn)狀有助于判斷各項改造的實施難易程度。

2.1 污染源自動監(jiān)測（CEMS）

現(xiàn)行鋼鐵行業(yè)排污許可制度關于自行監(jiān)測的相關規(guī)定已經提出對燒結機機頭、機尾，球團焙燒，焦爐煙囪、裝煤、推焦、干熄焦，高爐礦槽、出鐵場，轉爐二次煙氣，電爐煙氣，燃用發(fā)生爐煤氣的軋鋼熱處理爐，14 MW 及以上的鍋爐排氣筒安裝自動監(jiān)控設施的要求［1-2］?；旧细麂撹F企業(yè)均已按照排污許可要求在相關排氣筒安裝了CEMS，并與環(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)。

超低排放相關文件進一步提出了對鐵水預處理、石灰窯、白云石窯排氣筒的CEMS 安裝要求，并將14 MW 以下的自備電站鍋爐排氣筒也納入安裝要求范圍內［3］。

2.2 環(huán)保設施分布式控制系統(tǒng)（DCS）

超低排放相關文件要求前述需安裝CEMS 的脫硫、脫硝及除塵設施配套安裝分布式控制系統(tǒng)（DCS），記錄設施運行及相關生產過程的主要參數(shù)。現(xiàn)狀鋼鐵行業(yè)大部分工藝設施及廢氣治理設施多采用PLC 控制系統(tǒng)，面臨改造加裝DCS的問題。

2.3 總懸浮顆粒物（TSP）濃度監(jiān)測設備

超低排放相關文件要求在生產工藝和物料輸送環(huán)節(jié)主要產塵點密閉罩、收塵罩等無組織排放控制設施周邊設置總懸浮顆粒物（TSP）濃度監(jiān)測設備（簡稱“TSP”）［4］。此項要求各鋼鐵企業(yè)現(xiàn)狀基本都是零基礎，需全新設計安裝。

2.4 空氣質量監(jiān)測微站

超低排放相關文件要求在廠區(qū)內主要產塵點周邊、運輸?shù)缆穬蓚劝惭b空氣質量監(jiān)測微站點（簡稱“微站”），監(jiān)控顆粒物等管控情況。大部分鋼鐵企業(yè)現(xiàn)狀基于廠區(qū)環(huán)境質量公示的要求，設有1 套微站，并通過戶外顯示屏等媒介向公眾進行廠區(qū)環(huán)境空氣質量數(shù)據(jù)公示。按超低排放相關要求，應在廠區(qū)內重點污染區(qū)、路口及廠界增設大量微站［5］。

2.5 高清視頻監(jiān)控

超低排放相關文件要求在料場出入口、焦爐爐體、燒結環(huán)冷區(qū)域、高爐礦槽和爐頂區(qū)域、煉鋼車間頂部等易產塵點，安裝高清視頻監(jiān)控設施［3］。鋼鐵企業(yè)現(xiàn)狀安裝視頻監(jiān)控主要進行生產過程監(jiān)控，主要監(jiān)控對象為車間內生產設施，其點位基本不符合超低新增視頻監(jiān)控要求而不能兼用。因此大部分企業(yè)需新增超低排放專用高清視頻監(jiān)控設備。

2.6 門禁系統(tǒng)

超低排放相關文件要求企業(yè)建設門禁系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控進出廠運輸車輛的完整車牌號、車輛排放階段［4］。鋼鐵企業(yè)現(xiàn)狀一般都設有可識別車牌號的門禁系統(tǒng)，但尚不具備識別車輛排放階段的能力，因此需增加相關車輛環(huán)保等級等信息的預錄功能。

2.7 超低管控平臺

基于前述TSP、微站、高清視頻等數(shù)據(jù)采集要求，因此需要設置1 個無組織管控平臺對相關數(shù)據(jù)進行采集、展示和存儲。鋼鐵企業(yè)現(xiàn)狀基本設置了重點污染源CEMS 數(shù)據(jù)管理平臺，部分平臺還設置了移動端軟件，可以方便環(huán)保管理人員掌握重點污染源實時排放情況。對于超低排放提出的無組織排放管理功能，各鋼鐵企業(yè)均需要重新進行軟硬件配置。目前主流做法是將現(xiàn)有CEMS 數(shù)據(jù)管理平臺并入新設立的無組織管控平臺，并延伸至全部有組織源的排放數(shù)據(jù)管理功能，進而形成綜合性的超低管控平臺。甚至可以將能源、安全、生產等管控功能進行整合，形成全廠級綜合管控平臺。

3 相關要求落實過程中的疑難點及解決方案

本部分結合某鋼企超低管控平臺EPC 項目建設過程中遇到的一些問題，延伸到后續(xù)新建鋼鐵項目設計、建設過程中的解決方案進行梳理和討論。

3.1 DCS 改造及數(shù)據(jù)采集問題

梳理相關文件要求，DCS 相關數(shù)據(jù)采集的主要目的是為了自證生產設施與環(huán)保設施同步運轉，即CEMS 無排放數(shù)據(jù)期間，相關生產設施同步停止運行，避免存在人為關停CEMS設備造成的排氣筒超標偷排問題。

對于現(xiàn)有項目超低改造的主要思路有以下3 種。

（1）嚴格按照文件要求進行廢氣治理設施控制系統(tǒng)的替換改造，由PLC 系統(tǒng)更換為DCS 系統(tǒng)，相關數(shù)據(jù)經DCS 系統(tǒng)通過網(wǎng)絡傳送至廠內超低管控平臺。此方案嚴格滿足文件要求，但同時代價也最大。

（2）保持現(xiàn)有控制系統(tǒng)不變，各工序增設DCS 設備進行所需參數(shù)（包括廢氣治理設施及相應的工藝生產設施的運行參數(shù)）的采集工作，相關數(shù)據(jù)經硬接線送至DCS 系統(tǒng)后通過網(wǎng)絡傳送至廠內超低管控平臺。某鋼企項目即采用此種方案，除可滿足DCS 采集參數(shù)的要求之外，在一定程度上也確保了工業(yè)網(wǎng)絡的安全性，缺點是現(xiàn)場電纜施工量較大。

（3）保持現(xiàn)有控制系統(tǒng)不變，直接從生產網(wǎng)提取相關數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡送至全廠超低管控平臺。此方案成本較低，基本上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集功能，但已經與超低排放要求配套DCS 的要求相違背，同時也給工業(yè)網(wǎng)帶來較大的安全隱患。對于有二級系統(tǒng)的鋼鐵企業(yè)，可以采取從二級計算機提取數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡送至全廠超低管控平臺的方式，此種方式在做好隔離的前提下，網(wǎng)絡安全性大大提高。

對于后續(xù)新建項目，在各除塵系統(tǒng)、各煙氣脫硫脫硝設施等相關廢氣治理設施建設過程中，建議盡量考慮采用DCS 控制系統(tǒng)，并同步采集對應主體生產設施的工作參數(shù)，同時預留好向管控平臺傳送數(shù)據(jù)的功能模塊。

3.2 微站布點數(shù)量問題

對于微站的布點原則，管理文件要求相對比較明確，尤其是《鋼鐵企業(yè)超低排放改造技術指南》（中環(huán)協(xié)〔2020〕4 號）進一步將布點原則明確為3 類：廠界、路口及重污染區(qū)域。在實際布點過程中上述3 類點位可能存在一定的重疊，即路口點位可兼做廠界點或重污染區(qū)域點位，通過對點位功能的優(yōu)化，可在一定程度上降低監(jiān)測點位的數(shù)量，減少設備及布線成本。以某鋼企項目為例，21 個點位可基本滿足全廠上述3 類點位的要求。當然，各鋼鐵企業(yè)廠內布局各有不同，總體來講廠區(qū)面積越大，廠內路網(wǎng)越復雜的企業(yè)，所需布設微站點位越多。

3.3 TSP 布點數(shù)量問題

對于TSP 點位的設置，管理文件要求則比較模糊?！吨改稀冯m然明確指出諸如各工序破碎機、振動篩，燒結機尾、一混、二混，球團焙燒，高爐礦槽、出鐵場，煉鋼混鐵爐、鐵水預處理、精煉爐、石灰窯等點位需安裝TSP，但對于干物料（含水率<6%）的轉運產塵點（主要是廠內各皮帶機的落料點），由于數(shù)量太多，每個點位都安裝監(jiān)測設備顯然不太現(xiàn)實。據(jù)估算，物料轉運無組織排放點數(shù)量約占總無組織排放點位的80%～90%，對于千萬噸級鋼鐵企業(yè)，可達到2 000～3 000 個。數(shù)量如此龐大的排放點位，如何選取代表性點位安裝TSP 設備，無疑成為超低改造過程要面對的一個新問題。點位過多則增加建設成本，點位過少又恐不滿足超低驗收要求。

經梳理已公示企業(yè)的TSP 點位數(shù)據(jù)，配置數(shù)量參差不齊，少則幾十套，多則300 余套，總體規(guī)律性不強。推測應該主要受建設單位對成本的考慮影響，在滿足超低驗收的前提下，盡量降低改造成本。

根據(jù)某鋼企項目的建設經驗，首先制訂好總點位數(shù)量的預期目標，在物料轉運無組織排放點中選取代表性點位，盡量兼顧到每個轉運站。如預算點位數(shù)量需要進一步精簡的話，則盡量兼顧到每一條轉運路線。由于物料落料的高差原因，受料點相比落料點更易揚塵，監(jiān)測點盡量選擇在皮帶的受料點位，即皮帶機尾。對于礦槽振動篩、槽下落料等同一區(qū)域有多個無組織點位的，適當設置1～2 個點位代表整體水平即可。為不影響生產設施檢維修，TSP 設備盡量安裝于設備附近的側墻或柱上，同時應注意避開窗口，以免外部風力影響監(jiān)測結果。

對于部分含水率較高的濕物料，轉運過程揚塵不明顯的，部分企業(yè)采取僅封閉落料點，不設置除塵抑塵設施的治理方案。對于此類情況，通常需要在落料點附近加裝TSP 設備，以證明其治理效果可滿足要求。因此對于上述類型的落料點，需要增加TSP 設置點位。

3.4 監(jiān)測設備網(wǎng)絡接入問題

TSP、微站等監(jiān)測設備一般均支持有線連接和4G/5G 無線連接，但為了保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，一般建議采用有線連接方式。尤其是部分TSP 設備設置于原料場地下料坑等4G/5G 信號覆蓋不到的位置，則只能采用有線連接。

綜合對比來看，無線接入施工量更小，但需要每年繳納一定的網(wǎng)絡服務費，運行成本偏高。而對于現(xiàn)有廠區(qū)改造項目來說，有線接入涉及到廠區(qū)現(xiàn)有有線網(wǎng)絡的延伸和改造。尤其是TSP 設備，散布于廠內各處的無組織排放點，如鋼鐵企業(yè)網(wǎng)絡現(xiàn)狀基礎較差，則布線工作量較大。

對于新建項目，應在廠區(qū)總體網(wǎng)絡規(guī)劃設計實施時，一并考慮相關監(jiān)測設備的網(wǎng)絡接入需求，避免后期改造。

3.5 監(jiān)測結果達標判定問題

如何確定微站和TSP 的監(jiān)測結果是否達標？是超低排放監(jiān)測監(jiān)控技術討論中最常見的一個問題，也是鋼鐵企業(yè)環(huán)保管理者最擔心的一個問題。

目前國內對于大氣污染監(jiān)測的標準體系主要分為環(huán)境空氣質量標準和污染物排放標準2 大類，其中污染物排放標準又分別規(guī)定了有組織排放標準和無組織排放標準。以《煉鋼工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB 28664—2012）為例（鋼鐵生產其他工序排放標準規(guī)定相同），其規(guī)定了有廠房生產車間和無廠房生產車間無組織排放濃度限值分別為8.0 mg/m3和5.0 mg/m3。部分從業(yè)者主張采用上述2 個限值對TSP 監(jiān)測結果進行達標判定，這實際上是一種錯誤解讀。上述系列標準規(guī)定有廠房車間采樣點設在廠房門窗、屋頂、氣樓等排放口處，無廠房車間采樣點在實際操作中通常選在車間邊界。此限值代表了整個車間所有無組織排放點對車間外的影響，而TSP 設備監(jiān)測的是無組織產塵點附近的TSP 濃度，其更深入源強中心，理論TSP 濃度應該更高。即按照現(xiàn)行的環(huán)境標準體系，TSP 設備監(jiān)測結果并無法定限值，其監(jiān)測結果更多的是代表各無組織源之間相對的治理效果的好壞，有助于鋼鐵企業(yè)環(huán)保管理者抓好薄弱環(huán)節(jié)，進一步優(yōu)化治理措施并降低排放水平。當然，鋼鐵企業(yè)可以按監(jiān)測結果水平通過管控平臺自行擬定合理的系統(tǒng)報警值，有助于對各無組織排放點位異常揚塵情況及時的預警和處理。

對于微站監(jiān)測的PM10結果，其代表廠區(qū)一定范圍內的環(huán)境空氣質量，可以按《環(huán)境空氣質量標準》（GB 3095—2012）二級濃度限值（24 h 平均濃度150 μg/m3）進行達標判定。

3.6 管控平臺實現(xiàn)功能問題

基于管理文件要求，超低管控平臺的基礎功能主要是對無組織相關的DCS、TSP、微站、高清視頻、門禁等相關數(shù)據(jù)的采集、儲存及展示。基于實際情況，一般還會考慮加入對有組織CEMS 數(shù)據(jù)和清潔運輸相關的地磅、軌道衡、水尺等計量數(shù)據(jù)的采集、儲存及展示（關聯(lián)設備的CEMS 與DCS 數(shù)據(jù)具備同屏展示功能）。如果鋼鐵企業(yè)有更高需求，可進一步實現(xiàn)對各污染源治理設施的智能化自動管控以及廠內車輛車載診斷系統(tǒng)（OBD）和機械環(huán)保電子標簽的管理。

除上述功能外，結合鋼鐵企業(yè)環(huán)保管理需求的實際情況，還應考慮實現(xiàn)如下3 方面的管理功能：

（1）排污許可信息的管理：包括排污許可相關信息的錄入、自行監(jiān)測結果的錄入以及CEMS 監(jiān)測結果的自動統(tǒng)計分析，并可自動生成排污許可執(zhí)行報告季報和年報初稿。

（2）TSP 監(jiān)測結果的統(tǒng)計分析功能：隨著生產狀態(tài)的波動，TSP 監(jiān)測結果波動也非常明顯。平臺除具備設定報警值并進行超標報警功能以外，還應具備自動分析各時間段內檢測結果的均值、最大值、最小值及加權平均值的能力，并對各監(jiān)測點之間的揚塵情況進行排序，方便找出治理效果最差的點位進一步整改。

（3）清潔運輸比例統(tǒng)計分析功能：對門禁及進出廠物料種類、計量數(shù)據(jù)及運輸方式進行統(tǒng)計分析，自動給出清潔運輸比例及具體的運輸量組成情況，方便隨時進行清潔運輸比例的現(xiàn)場核查。

對于新建鋼鐵項目，尤其是全流程項目規(guī)劃建設時，應在集控中心設計方案中同步考慮超低管控平臺的相關功能模塊，做好系統(tǒng)集成。

4 結語

超低排放的監(jiān)測監(jiān)控相關要求對于鋼鐵企業(yè)和工程建設單位來說基本都是一個全新的要求和未涉足的領域，在實施過程中也存在一定的爭議和討論空間。部分設計人員對于相關要求的理解也暫時不夠深入。通過某鋼企項目的建設，在一定程度上積累了改造（設計）經驗，有助于提高相關專業(yè)人員在該單元板塊的設計水平。新建鋼鐵項目在設計實施階段，應一并考慮相關監(jiān)控監(jiān)測設備的安裝位置、網(wǎng)絡接入、軟件功能等問題。