碼頭堆場粉塵在線監測系統的應用研究

祝 明

（華能國際電力股份有限公司南通電廠 江蘇南通 226003）

引言

良好的生態環境是最公平的公共產品，也是最普惠的民生福祉。大氣環境治理是當前我國打贏污染防治攻堅戰的重要戰場，而無組織揚塵對于大氣環境質量尤其是PM10 和PM2.5 的影響較大。作為無組織揚塵污染的來源之一，碼頭堆場的粉塵理應得到充分的重視，并做好相應的監測監管和防治工作。事實上，全國各地都高度重視這項工作，越來越多的港口碼頭企業開始應用粉塵在線監測系統來加強對無組織粉塵排放的管理，并接入到政府相關監控平臺。這一系統通過信息化手段加強了粉塵的在線監測與預警，保障和促進了碼頭作業的規范性，一方面為相關政府部門及時定量地了解現場污染情況提供了技術手段，另一方面也為碼頭企業本身加強作業過程中的粉塵污染監管和治理提供了技術支撐。本文以華能國際電力股份有限公司南通電廠實施粉塵在線監控的項目為基礎，通過案例分析的方法研究了監測方法選取、監測點位設置、和數據預警應用等內容，對于提高碼頭堆場粉塵在線監測系統的應用水平，保護和改善港口區域大氣環境有重要的意義。

1 應用背景

華能國際電力股份有限公司南通電廠位于“近代中國第一城”——江蘇南通的西郊。目前有四臺火電機組投入營運，總容量為140 萬千瓦。為配合生產運營，電廠現建有長1417 米、寬9.8 米的直接輸煤碼頭棧橋和5 萬噸級直接輸煤碼頭一座。作為火力發電廠，碼頭上的煤炭裝卸作業是頻繁的，而且這項作業常常是在開放的空間中進行，在作業過程尤其是傳送過程中將產生大量的無組織粉塵排放。同時，裝卸后的露天煤炭堆場在風力的作用下也會產生無組織粉塵排放，這些都對周邊的空氣環境造成了污染。

為了對粉塵污染進行有效的管控，電廠配備了相應的噴淋噴霧設施[1]。但什么時候噴，噴多長時間，噴多少水量都沒有明確的指導方法，而且由于煤炭的特殊性，并不能大量的、不做控制的對它進行噴淋作業，那樣會導致煤炭燃燒的效率降低[2]。因此，非常有必要引入數字化的實時在線粉塵監測設備，一方面能對無組織粉塵排放的濃度進行實時監控，另一方面也能根據實時監測的數據實現對噴淋作業的合理化控制。

2 方案設計

2.1 監測方法與設備選擇

粉塵濃度的監測主要有以下三種方法：振蕩天平法、beta 射線法、光散射法[3]。前兩種方法屬于環保行業的國標方法，相對監測數據比較穩定誤差較小；光散射法雖是公共衛生行業的行業標準，但并不是環保行業的國標方法，相對監測數據的示值誤差也較前兩種更大一些。但是與前兩種方法相比，光散射法有一個很好的特性，就是實時性高。光散射法設備在一分鐘甚至更短的時間內就可以給出當前粉塵濃度，而振蕩天平法和beta 射線法的設備都有一個富集的過程，通常一個小時出一次數據。

顯然，對于實時監測應用而言，一個小時才給出一個粉塵濃度的監測數據是無法滿足管理需求的。為了及時得到粉塵濃度的監測數據，第一時間就發現超標現象并適時啟動噴淋噴霧裝置，應該選擇光散射法的設備。這樣，碼頭企業的作業管理人員可以利用其實時性高的特征及時發現現場作業的問題，及時采取治理措施。此外，從環保部門對污染源企業的監管角度，他們更關心的是企業的污染對外界的影響，更關心的是廠界的粉塵濃度，而這類數據監測通常要求用國標方法進行。因此，我們的方案是廠界處的監測點位選用beta 射線法設備，作業區的監測點位選用光散射法設備，振蕩天平法設備由于成本較高，在應用方案中不予選取。

為了保證相關設備的質量，我們均選用了具有計量器具型式批準證書（CPA）及具有環境保護產品認證（CCEP）的粉塵在線監測設備，并具有相應的軟件平臺和數據分析功能。同時，每臺設備除了粉塵濃度監測之外還配置了氣象五參數（溫度、濕度、風向、風速、大氣壓）的監測單元。光散射法設備的監測數據受溫度濕度的影響較大，需要實時監測現場的溫濕度數據，以便掌握相關情況作為適當處理。目前采用的方法是在設備中配備了相應的加熱除濕裝置，當濕度超過閾值后能自動啟動。

2.2 監測點位設置

如上所述，我們將監測點位分為廠界點位和作業區點位兩種。具體的現場點位選址對于粉塵在線監測系統的應用效果是至關重要的。經過分析與研究，并結合地方政府的相關要求，在現場點位選擇時遵循了以下幾點要求：

（1）總體采用“1+n”模式，其中“1”為廠界監測點，“n”為港區內的作業監測點。

（2）監測點位應設置在港區主導風向的下風向。

（3）廠界監測點通常應滿足環保部門關于環境空氣質量監測的需求。

（4）港區內的作業監測點應選擇在碼頭主要裝卸作業點和堆場附近，覆蓋主要的生產活動區域。

（5）監測點周圍，不應有阻礙環境空氣流通的高大建筑物、樹木或其他障礙物。

（6）如主要裝卸點作業時有噴水噴霧作業的，監測點位設置時應避開水霧的影響。

在遵循上述要求對現場場景進行了考察和分析之后，得到了如表1 所示的監測點位布設方案。一共設置了4 個監測點位（“1+3”），“1”是廠界監測點，采用beta 射線法設備，設置在東門傳達室外；另“3”個是港區內作業點位監測點，采用光散射法設備，分別設置在1#、2#堆場和碼頭裝卸作業點的周邊下風向位置。

表1 設備點位分布情況

3 實施情況與應用方法

根據上述的方案，20 天左右即完成了安裝、調試和相關平臺的數據對接。廠界以及作業區的現場設備圖片分別見圖1 和圖2。圖1 展示的是董大門外廠界位置的beta 射線法設備，以及配套的氣象五參數的監測設備，大氣采樣口的高度設置在5 米左右；圖2展示的是集成化的光散射法粉塵濃度和氣象五參數的監測設備，同時為了方便管理者遠程查看現場的情況，設備還配備了高清的攝像系統，支持從電腦或者手機上查看現場的實時視頻或者30天內的歷史視頻。為了方便實施和后續的運維，網絡傳輸采用了基于4G 的無線通信方法，實踐效果表明無論是數據的傳輸還是實時視頻的傳輸，4G 網絡都是能夠勝任的。

圖1 廠界設備現場圖

圖2 作業區設備現場圖

在設備安裝實施后，如何適當的應用才是關鍵。為此，我們進行了近3 個月的試運行。試運行過程中，主要考察在煤炭的裝卸和存放過程中，不同風速、風向和溫濕度條件下無組織粉塵產生的情況和濃度的變化。然后研究啟動噴淋噴霧系統的閾值條件以及工作時長，以便在對粉塵濃度進行管控的同時實現噴水量的最小化。

通過試運行過程中的反復試驗和數據分析，最終得到了以下的應用方法：

（1）廠界的粉塵濃度控制。采用《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297）[4]中無組織排放監控濃度限值1.0mg/m3作為小時評價標準，與beta 射線法設備的小時監測數據進行對比，用于總體評價港區內粉塵防控措施的執行效果。

（2）作業區的粉塵濃度控制。作業區安裝的是光散射法設備，每分鐘產生一次監測數據，可稱之為瞬時粉塵濃度。我們將粉塵瞬時濃度的限定值設為2.0mg/m3，當連續5min 的瞬時濃度平均值高于限定值的80%時，在線監測系統將通過軟件平臺自動發布報警提示，并通過聯動控制裝置自動啟動噴淋噴霧等降塵設施，以控制作業過程中的無組織粉塵排放。

通過項目建設和應用實踐，粉塵在線監測監控系統的實施，對我單位生產作業中的粉塵防治工作起到了很好的監督和促進作用，也對合理化使用噴淋噴霧設施起到了數字化的技術支撐作用。

結語

在污染防治攻堅戰不斷深入的今天，精細化管理對于大氣環境污染的防治至關重要。只有利用數字化的、科技化的方法，才能更精細化地支持各級管理部門和現場操作人員的相關工作。粉塵濃度在線監測系統的建設與應用，對于港口碼頭作業中無組織粉塵排放的防治工作，有很好的管理價值和監督作用。本文結合生產實際通過案例分析的方法，從監測方法與設備選擇、監測點位布設等方面分析了粉塵在線監測系統的設計細節，并介紹了實施與數據應用的情況。對于指導相關企業的粉塵管控工作，保護和改善港口區域大氣環境有較好的價值。