鋼鐵企業超低排放有組織評估監測質控問題探討與建議

董 威,袁 超,李培源

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

1 背景

鋼鐵行業是我國國民經濟的支柱型產業,其關聯產業范圍廣,在國民經濟發展中具有舉足輕重的地位[1]。黨的十九大以來,我國鋼鐵產業從數量時期向高質量時期邁進,鋼鐵產能嚴重過剩問題得到明顯的緩解[2-3]。但鋼鐵行業工藝流程長、產污環節多,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,我國鋼鐵工業掀起超低排放重大“綠色革命”,執行著世界上最嚴格的環保排放標準要求,努力實現減污降碳協同效應[6-7]。中國寶武鋼鐵集團有限公司黨委書記、董事長陳德榮在中國寶武綠色發展大會中指出“綠色發展是維護我國社會經濟長期穩定的政治責任、民生工程,綠色發展是體現中央企業社會責任的重要方面”[8]。推動實施鋼鐵行業超低排放,實現全流程、全過程環境管理,是有效提高鋼鐵行業發展質量和效益,打贏藍天保衛戰的有力支撐[9]。

《做好鋼鐵企業超低排放評估監測工作的通知》(環辦大氣函〔2019〕922號)中提出按照精準治污、科學治污、依法治污的原則,做好鋼鐵企業超低排放評估監測工作。有組織排放作為評估監測三大部分之一,如何確保其監測結果真實有效至關重要。本文對有組織評估監測過程中發現的質控問題進行探討,以期為高質量實施提供借鑒。

2 質控問題探討

《鋼鐵企業超低排放評估監測技術指南》(以下簡稱《指南》)中指出企業或接受委托的機構在開展現場評估監測前,應對相關資料進行認真審查,對資料齊全且符合要求的,可開展現場勘查。現場勘查應包括:采樣口和采樣平臺設置規范化、CEMS合規性以及自行監測規范化檢查。當企業資料審查和現場勘查都符合基本條件后,方可開展現場評估監測工作。有組織評估監測過程中應注意采樣口和采樣平臺設置、自行監測以及CEMS合規性、監測分析方法選擇、監測數據代表性、工況記錄等問題,以免影響公示進度。

2.1 采樣口和采樣平臺規范化

采樣口和采樣平臺設置應根據《指南》中附1鋼鐵企業超低排放有組織排放現場檢查和監測技術要點進行核查,具體要求及示例見表1。勘查中部分企業煙囪因年代久遠,工程改造難度較大,采樣點位不滿足“上四下二”要求。HJ 75—2017中提出:“當排放源無法滿足‘上四下二’要求時,應盡可能選擇在氣流穩定的斷面進行采樣,并采取相應措施保證監測斷面分布均勻,斷面無紊流。”因此,企業可通過流場模擬試驗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測結果的準確性,試驗時應關注采樣孔數量、生產工況和風機運行、等面積同心環布點、采樣頻次等方面。

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

2.2 自行監測規范化

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

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

表2 自行監測未規范化問題匯總Table 2 List of unstandardized problems in self-monitoring

因此,在自行監測規范化檢查過程中,應確認企業自行監測方案完整性、合理性以及自行監測開展過程的真實性、規范性,詳細檢查內容詳見表3。

表3 自行監測規范化檢查內容Table 3 The content of self-monitoring standardized inspection

2.3 SO2監測方法選擇

鋼鐵企業燒結機頭、熱風爐、焦爐煙囪廢氣排放口中,CO濃度普遍較高,約為8 000～10 000 mg/m3,且煙氣成分復雜,如何選擇合適的SO2監測方法尤為關鍵。SO2監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]。三種監測方法優點以及應用局限對比見表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測結果偏差也不盡相同,若采用定電位電解法監測燒結機頭、熱風爐、焦爐煙囪點位SO2,則會導致實測濃度出現偏差。如某鋼鐵企業燒結機頭廢氣中CO濃度約為4 000 mg/m3,熱風爐廢氣中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機脫硫排口以及高爐熱風爐煙囪排口SO2濃度時,其監測結果與使用非分散紅外分析法測定結果偏差分別為62%、56%以及-38%、-44%,具體監測數據詳見表5。

表5 定電位電解法與非分散紅外分析法測定結果對比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,在實際案例中也發現甲烷濃度對非分散紅外吸收原理測定SO2有顯著的正干擾,造成測定結果偏高。為消除干擾,實際監測時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行測試。在使用便攜式紫外分析法測定SO2時,SO2的主要吸收波段(190～230 nm和280～320 nm)處有NO2對其存在干擾。據調研,目前市售紫外分析法儀器多采用差分吸收等技術手段去除NO2干擾,且效果較好。由于在實際應用中發現紫外分析法儀器抗干擾性能較好,開展干擾試驗驗證了目標氣體為200 μmol/mol的SO2時,不同儀器設備對50 μmol/mol的NO2的干擾響應,這個濃度范圍基本能夠代表典型污染源現場的排放情況。結果顯示,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的測試會引進正干擾,而在190～230 nm吸收波段O3會引進負干擾,但廢氣現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 實測風量數據合理性

有組織排放評估監測過程中有20%～30%的點位存在實測風量與設計風量偏差較大的問題,其中不乏主要污染源點位。因此,快速找出風量偏差原因并進行針對性整改對有組織排放評估監測開展進度及數據合理性尤為重要。各類影響實測風量與設計風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置未規范化;②工藝設計情況;③直徑測量誤差;④工況負荷不滿足要求。四類問題占比情況詳見圖1。

圖1 影響實測風量與設計風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置規范化相關問題包括應在現場勘查過程中逐一排查,梳理有組織排放點位清單、收集點位基礎信息拍照建檔,并告知企業根據《指南》等相關規范文件中要求進行整改。工況負荷相關問題應首先確認現場監測情況,在排除測量影響因素之后,前往生產中控了解該點位主要生產設施24 h內運行情況及生產負荷,核實與污染治理設施運行狀況是否相匹配,待企業調整完畢滿足要求后,方可重新開啟評估監測。不同的工藝設計也是導致實測風量與設計風量偏差較大的因素之一,在編制監測方案時應提前與企業溝通工藝設計相關問題,結合企業排污許可證及“三同時”竣工驗收報告中相關內容,厘清相關工藝流程及原理,并將企業提供的相關解釋說明及證明材料附于評估監測報告中。對于直徑測量誤差問題,橢圓管道可根據現場測量的長直徑和短直徑換算成當量直徑;煙氣濕度較大點位可根據企業提供的設計圖紙結合現場測量的管道周長、壁厚等參數進行模擬測算。

2.5 人工煤氣硫分檢測

《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》(環大氣[2019]35號)中明確指出:“需加強源頭控制,高爐煤氣、焦爐煤氣應實施精脫硫。”因此在有組織排放評估監測過程中,對人工煤氣進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據為例,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;焦爐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。因此僅對硫化氫進行分析是遠遠不夠的,并且無法對企業采用的煤氣清潔利用技術以及末端治理設施脫硫效率進行有效評估。目前對于硫化物的檢測方法主要參考美國材料與實驗協會ASTM《使用氣相色譜和化學發光法測定天然氣和氣體燃料中硫化物含量的標準實驗方法》(ASTMD 5504—2012),但該方法在抗干擾和定性上仍有些許不足。

2.6 CEMS合規性

多數鋼鐵企業建廠較早,由于重視程度不夠,排污口監測點位設置普遍不規范,在線監測設施不能滿足監測技術規范要求,需要開展排放口規范化建設和CEMS升級改造[7]。改造后的超低CEMS的安裝、調試和運行在符合HJ 75—2017和HJ 76—2017規定的前提下,還需滿足《指南》中的CEMS總體要求和CEMS質控目標,現場評估內容見表6。

表6 CEMS合規性現場評估內容Table 6 The content of CEMS standardized inspection

3 建議

(1) 建議以有組織排放評估監測為契機,完善排污許可證內容,優化自行監測方案,加強自行監測數據審核;完善生產和污染治理設施運行狀況信息記錄,結合設計風量等參數,并與實際工況擬合判定數據合理性;加強有效工況下超低改造項目自行監測的質量控制和管理,真實反映企業排污狀態。

(2) 除根據《指南》附1鋼鐵企業超低排放有組織排放現場檢查和監測技術要點中要求加強廢氣排放口規范化設置外,還應規范排放口基礎參數的統計,注重對廢氣處理裝置、風機管道等的前期選型、工藝變更影響論證,保證廢氣長期穩定達標排放。

(3) 為確保CEMS在線監測環保監督作用,需制定完善的運維管理制度,并建立在線監測系統運行質量保證體系,保證在線監測數據的準確性、合理性及合法性。