煙氣排放連續監測系統現狀與存在問題分析

摘要：煙氣排放連續監測系統（簡稱CEMS）是監控廢氣污染源污染物排放情況的重要設施，在判斷企業是否達標排放等環境管理中發揮著重要作用。高可靠性的CEMS系統是確保其產生的數據準確與可用的基礎。通過對基于HJ76標準的CEMS系統的小時數據產生環節的梳理分析，指出了CEMS系統在小時數據生成方面存在的主要問題，提出了加強和改進CEMS系統建設管理的意見建議。

關鍵詞：煙氣;CEMS;問題;分析

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）12-0-03

Abstract：Continuous emissions monitoring system for flue gas （CEMS） is an important facility for monitoring the discharge of pollutants from exhaust gas sources， and plays an important role in judging whether enterprises meet emission standards and other environmental management. A highly reliable CEMS system is the basis for ensuring that the data information it produces is accurate and usable. Through combing and analyzing the hourly data generation of CEMS system based on HJ76 standard， the main problems of CEMS system in hourly data generation are pointed out， and suggestions for strengthening and improving CEMS system construction management are put forward.

Key words：Flue gas;CEMS;Problems;Analysis

我國在“十一五”期間開始大規模開展污染源自動監控系統建設，污染源自動監控系統建設是污染減排三大體系建設的重要內容，自動監控數據特別是燃煤電廠、污水處理廠自動監控數據成為判斷污染減排成效的重要依據。其后，污染源自動監控數據逐漸在判斷企業是否達標排放、環保電價核算、錯峰生產管理等環境管理服務中發揮了重要作用。為保障污染源自動監控系統的建設運行，國家出臺了《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范（試行）》（HJ/T 75-2007）、《固定污染源煙氣排放連續監測系統技術要求及檢測方法（試行）》（HJ/T 76-2007）、《污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準》（HJ/T 212-2005）等一系列自動監控相關的標準規范，2017年又發布了HJ75、HJ76、HJ212等標準修訂版。隨著污染源自動監控重要性的增強，自動監控數據準確性引起廣泛關注。近年來各級生態環境部門相繼曝光了一些企業自動監控數據造假案例，生態環境部2019年的一期通報顯示抽查的汾渭平原地區136套廢氣自動監測設備手工比對合格率僅有22%。本文將對關注較多的CEMS系統進行簡要分析，研究CEMS系統存在的問題并提出加強和改進系統建設管理的意見建議。

1 CEMS系統現狀分析

1.1 CEMS組成結構及數據產生

HJ76標準規定了固定污染源煙氣（SO2、NOX、顆粒物）排放連續監測系統的組成結構、技術要求、檢測項目和檢測方法，適用于固定污染源煙氣（SO2、NOX、顆粒物）排放連續監測系統的設計、生產和檢測。按照HJ76標準規定，CEMS系統結構主要包括樣品采集和傳輸裝置、預處理設備、分析儀器、數據采集和傳輸設備以及其他輔助設備等。經采樣預處理，分析儀器產生實時數據（秒級），數據采集和傳輸設備采集實時數據后生成并存儲分鐘數據、小時數據等，并按規范傳輸數據到污染源監控中心。HJ76標準附錄B“CEMS數據采集記錄和處理要求”明確了分鐘數據和小時數據采集處理要求。CEMS系統中的數據采集和傳輸設備即數據采儀傳輸儀，通常簡稱數采儀。

1.2 產品適用性檢測

環境保護部環境監測儀器檢定中心按照HJ76標準對送檢CEMS產品進行檢測，分為實驗室檢測和現場檢測，主要檢測項目為顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等CEMS的零點漂移、量程漂移、線性誤差、示值誤差、響應時間、準確度等，檢定合格出具適用性檢測報告。其中零點漂移、量程漂移、線性誤差、示值誤差、響應時間等主要描述分析儀的性能狀況，準確度是采用一定數據對的相同時段CEMS每分鐘累計測量值（平均值）與參比方法測量值進行相對準確度、相對誤差、絕對誤差等判定，準確度合格表明數據采集與傳輸設備計算的分鐘數據符合HJ76要求。但|CEMS的適用性檢測報告未提及數據采集和傳輸設備中計算的小時數據等是否符合要求。

同時，環境保護部環境監測儀器檢定中心按照《污染源在線自動監控（監測）數據采集傳輸儀技術要求》（HJ477-2009）對數采儀進行了適用性檢測，主要是檢測通訊協議、數據采集誤差、存儲容量、控制功能、平均無故障連續運行時間等，檢測合格報告未對HJ76要求的顆粒物、氣態污染物等小時數據的計算準確性、合規性做出說明。

截至2019年6月底，中國環境監測總站網站公布的在有效期內的適用性檢測合格產品名錄有CEMS126款、數采儀77款。

1.3 產品安裝使用情況

HJ75標準規定了煙氣排放連續監測系統安裝、調試、驗收與日常運行管理的有關要求。HJ/T75-2007標準要求安裝的煙氣自動監控設施必須取得產品適用性檢測合格報告，最新修訂的HJ75-2017標準取消了這一規定，但實際上目前各級生態環境部門在廢氣污染源自動監控設施建設安裝管理方面，依然要求廢氣污染源安裝的CEMS系統必須取得適用性檢測合格報告。目前，CEMS安裝后按照HJ75標準進行技術指標驗收和聯網驗收，技術指標驗收內容與適用性檢測基本一致，體現在零點漂移、量程漂移、示值誤差、響應時間、準確度等，聯網驗收包括通信及數據傳輸驗收、現場數據比對驗收和聯網穩定性驗收，未提及數采儀上小時數據計算準確性及相關軟件功能等。調查結果顯示，安裝的CEMS均取得了適用性檢測合格報告;另一方面，因無環保部門明確要求，數采儀選用五花八門，既有通過適用性檢測的數采儀，也有未做適用性檢測的設備，未做適用性檢測的大部分采用工控機安裝CEMS廠家或集成商（運維單位）的自主開發軟件。

原環境保護部辦公廳《關于加快重點行業重點地區的重點排污單位自動監控工作的通知》（環辦環監〔2017〕61號）明確要求，地方環保部門不得組織自動監測設備安裝聯網驗收，污染源自動監控設施驗收由企業自行開展。根據兩辦《關于深化環境監測改革提高環境監測數據質量的意見》，生態環境部門不再開展有效性審核，重點排污單位依法安裝使用污染源自動監測設備，定期檢定或校準，保證正常運行，自行開展污染源自動監測的手工比對，及時處理異常情況，確保監測數據完整有效。由于缺少生態環境管理部門的驗收和有效性審核等環境管理數據，CEMS系統建設與運行維護效果尚無全面、科學的數據支撐。

1.4 CEMS自動監控數據使用情況

當前，廢氣排放企業自動監控數據的污染物濃度小時數據是環境管理需要的重要基礎數據，在判定企業污染物排放是否達標方面發揮了重要作用，相關日均值、各類排放量均由小時數據計算得出。例如，當前環保電價核算工作，即是由生態環境部門依據自動監控數據統計核定發電企業污染物排放濃度達標的小時數、超標的小時數，發展改革部門據此給與補貼或進行處罰，超標或達標均以污染物濃度小時均值進行判斷。環境保護稅自2018年1月1日開始征收，《環境保護稅法》規定，應稅大氣污染物、水污染物、固體廢物的排放量和噪聲的分貝數，納稅人安裝使用符合國家規定和監測規范的污染物自動監測設備的，首先采用污染物自動監測數據計算。《環境保護稅法實施條例》規定，應稅大氣污染物濃度值是采用納稅人安裝使用的污染物自動監測設備當月自動監測的大氣污染物濃度值的小時平均值再平均所得數值。

2 CEMS系統存在問題分析

按照前文分析，自動監控數據的污染物濃度小時數據十分重要，但現行CEMS和數采儀的適用性檢測均未對此進行明確認證，CEMS系統驗收未對小時數據進行檢驗，造成HJ76標準要求的小時數據計算等規定落實情況無從檢驗，小時數據產生存在質量隱患。

2.1 無效的分鐘數據納入了小時數據的計算

調查發現，多款CEMS在運維人員進行零點校準、量程校準以及通入標準濃度氣體進行檢測時，數采儀依然顯示該時段數據記錄為有效（狀態標記為N），說明CEMS系統狀態未被有效采集。CEMS處于校準、故障維修、維護保養等非正常狀態時，數采儀未正確采集該時段數據的系統狀態并標識，造成無效的分鐘數據被標識為有效狀態，并被納入小時數據的計算，由此計算得出的該小時數據是無效的、不準確的。國內某些廠家生產的CEMS系統選用了進口分析儀，因未做好技術銜接而無法識別并采集進口分析儀的自動校準時間和狀態等，造成自動校準時間段的無效分鐘數據也被納入了小時數據的計算。某垃圾發電廠被現場檢查人員發現存在這種問題，承建方在無法直接通過分析儀獲取系統校準狀態的情況下，經修改數采儀軟件，通過在軟件中手工設置分析儀自動校準起止時間來標識數據狀態，解決了校準數據參與小時計算的問題。

2.2 小時數據計算過程中公式（或參數）錯誤

HJ76明確CEMS日報表（即小時數據記錄）、月報表和年報表的污染物濃度、煙氣流量和煙氣含氧量均為干基標準狀態值，1小時濃度超標報警記錄的是污染物折算濃度。污染物實測濃度等需要經過一系列的轉換、折算及統計計算才能得到需要的小時濃度等數據，涉及數據轉換或折算公式主要有污染物實測濃度到標況濃度轉換、標況干基濃度折算為基準含氧量（或基準過量空氣系數）狀態下的濃度、標準狀態下煙氣排放流量計算、小時數據統計計算等。

HJ76標準中的計算公式顯示，參與計算、轉換或折算的參數有CEMS安裝地點的環境大氣壓值、CEMS測量的煙氣靜壓值、CEMS測量的煙氣溫度、煙氣濕度、速度場系數、煙道截面積等。調查分析發現，CEMS系統數采儀軟件實際計算（轉換或折算）時，會在三個方面出現問題：

一是當地大氣壓值、煙氣濕度等參數未實際監測而以常量代替造成計算誤差。很多CEMS系統以標準大氣壓（101.325kpa）代替當地大氣壓進行計算，未實際測量煙氣濕度而是設置一個固定值的煙氣濕度，造成污染物標況濃度、干濕基濃度轉換結果存在誤差。例如，某地大氣壓值為99.17kpa，如以標準大氣壓101.325kpa代替帶入計算，則有約2%的誤差，由此計算的小時濃度值是不準確的，將在一定程度影響污染物達標判斷。

二是基準含氧量（或標準過量空氣系數）、煙道截面積、速度場系數等存在設置（輸入）錯誤，從而計算出錯誤的折算濃度、煙氣排放量等。此類情況更多的是企業故意為之，即涉嫌參數造假。參數造假也是各省披露的造假案例中常見的造假手段。

三是軟件中的計算公式程序設置錯誤。如果現場監督檢查沒有特別進行計算準確性核查，則很難發現計算公式錯誤，甚至某些企業會在驗收后將數采儀軟件更換成計算錯誤的軟件以期達到排放數據達標的目的。某省披露的一則自動監控數據造假案例顯示，企業擅自更換數采儀軟件，經核查發現該軟件計算得出的污染物折算濃度明顯偏低。

2.3 數采儀數據存儲設計存在缺陷

數采儀上需要存儲采集的秒級實時數據、計算得到的分鐘數據、小時數據等統計數據，所以數采儀軟件的數據庫設計也是影響數據可靠性的重要環節。按照數據庫設計規范，首先要保證數據庫記錄的唯一性。由于對CEMS系統及數采儀開展適用性檢測未涉及數采儀軟件數據庫設計合理性、規范性，所以數采儀軟件數據庫設計是否合理無從得知，而現場監督檢查更不可能對此進行檢驗。某省披露的一則廢氣企業在線監控數據造假案例，揭示了由于數據庫設計不合理，允許重復數據記錄存在，造成的小時數據失真等問題。

案例顯示，該企業利用數據庫存儲數據記錄允許重復的缺陷，在發現秒級實時數據超標后，將數采儀上的當前系統時間更改為至少1小時前的某時間點，使后面時段超標秒級實時數據的時間變成了前面已經存在的數據記錄的時間，造成了前面完成分鐘數據和小時數據計算的某時間段有重復的分鐘數據記錄，而后面某時間段分鐘數據缺失，缺失分鐘數據個數大多超過20個，最后計算當前小時濃度數據時應超標的小時濃度數據變成了不超標的數據。該項造假的實現也利用了2.4描述的問題，計算小時數據時未進行分鐘數據是否符合要求的判斷。

2.4 分鐘有效數據數量不符合要求

HJ76標準要求小時數據計算要包含本小時至少45分鐘的分鐘有效數據。調查發現，部分數采儀在進行小時數據計算時并未對合規的分鐘數據數量進行判斷。前述2.3中案例顯示，數采儀軟件未做分鐘有效數據個數是否達到45個的判斷，在不夠45個時也直接對該時段分鐘數據進行了統計計算，得出了不合規的小時數據。

3 結論及建議

數采儀軟件存在缺陷是影響CEMS系統小時數據可靠性的主要因素;數采儀軟件缺陷會造成部分數據不準確或被企業利用漏洞進行數據造假。

建議從以下幾個方面加強CEMS系統、數采儀適用性檢測認證以及建設與日常管理，提高CEMS系統的可靠性。

一是加強CEMS系統、數采儀軟件的檢測認證與備案，對CEMS按照HJ76標準全面檢測，或者在HJ477標準之上增加數采儀認證內容，按照HJ76標準檢驗數采儀軟件中小時數據等各類轉換、折算、統計計算的準確性、合規性，確保上傳到監控中心的數據準確合規。另外，任何數采儀軟件版本變更均應重新提交檢驗。

二是將CEMS系統參數作為監控指標進行管理，各級監控中心的污染源自動監控系統中備案管理CEMS系統參數，動態監控現場數采儀及分析儀的參數，發現變動自動報警。另外，將CEMS系統時間也作為管理指標，對CEMS系統進行統一授時管理，前端數采儀不得自行變更調整時間。

三是加強對驗收后投入使用的CEMS系統的監督管理，開發檢查工具軟件，現場檢查時驗證數據計算準確性。比如，查看任意小時數據的詳細分鐘數據及狀態，檢查是否計算準確、合規。

四是按照《網絡安全法》要求，數采儀上各類操作日志應保存6個月以上，方便現場監督檢查時調閱查看。

4 結束語

目前，污染源自動監控設施建設已經呈現出全覆蓋的趨勢，自動監控數據已經成為環境管理決策的重要數據支撐。提高自動監控數據可靠性、滿足環境管理對自動監控數據的需求是建設污染源自動監控設施的出發點和最終目標。

參考文獻

[1]環境保護部科技標準司.固定污染源煙氣（SO2、NOX、顆粒物）排放連續監測系統技術要求及檢測方法：HJ 76–2017[S/OL].http：//kjs.mee.gov.cn/hjbhbz/bzwb/jcffbz/201801/t20180108_429328.shtml.

[2]汪太鵬.環境信息管理軟件開發的可靠性分析——以環境統計綜合年報軟件為例[J].環境科學與管理，2009，34（6）：18-20.

[3]陶冶，王齊鳴.完善CEMS數據采集處理傳輸全過程的技術規范[J].中國ISO14000認證，2013，5（5）：34-41.

[4]趙文勝，董欣，劉運松，等.固定污染源煙氣自動監測的質量保證[J].遼寧化工，2017，46（8）：815-816.

[5]容學軍.淺談固定污染源煙氣CEMS監測系統的標準化建設[J].輕工科技，2016（6）：98-99.

收稿日期：2019-10-12

作者簡介：汪太鵬（1972-），男，滿族，學士學歷，高級工程師，研究方向為環境信息化、環境監控工作。