長治市煤電企業SO2在線監測體系及其污染動態

栗建華，尚菊紅，馬偉斌，張凱凱

（1.長治市環境保護局 信息中心，山西 長治 046000；2.長治學院 生物科學與技術系，山西 長治 046011；3.太行山生態與環境研究所，山西 長治 046011）

已有研究表明，由于燃煤產生的SO2污染占全國工業總SO2排放量的90%以上[1,2]。環境在線監測系統是利用現代監測技術、信息網絡技術和自動控制技術對排污單位實行全程監控的管理系統，其功能主要是實現污染源在線監測監控系統全天候、自動、遠程、在線監控重點污染物排放情況及污染處理設施運行情況，并進行現場數據采集，自動判斷污染源是否超標，機組超標警報等[3,4]。長治市污染源在線監控始于2008年，監控目標主要為電力、鋼鐵、化工、污水處理廠等重點排污企業，廢氣主要監控SO2、氮氧化物等大氣主要污染物的排放情況。目前，污染源自動監控數據已成為排污收費、污染減排、環境管理工作的主要依據，是環保處罰和環境執法的基本依據[5,6]。本研究以長治市周邊煤電企業為研究對象，分析在線監測下SO2的排放規律，探討大氣中SO2的污染動態，以期對長治市SO2的污染防治提供科學依據。

1 研究對象概況

長治市地處山西省東南部，其支柱產業主要包括煤炭、焦炭、冶金、電力等，這些行業大多數都是重污染型企業，大多都以煤炭作為基本能源[2,7]。這些燃煤企業在給長治帶來經濟收益的同時，也給環境質量造成了嚴重污染，而SO2污染是大氣主要污染物之一。

為了響應國家“十二五”計劃，目前長治市大型燃煤企業基本實現了廢氣在線監測設備的覆蓋，實現了對污染排放狀況進行實時、高效、準確、全面的監控，確保污染治理的正常運行和排污總量控制目標的真正落實。

2 研究方法及內容

2.1 研究對象

本研究以長治市周邊煤電企業為主要研究對象，選取四個有代表性的大型煤電企業作為實驗對象，包括國電長治熱電有限公司（下文簡稱國電）、山西魯晉王曲發電有限責任公司（下文簡稱王曲）、山西漳山發電有限責任公司（下文簡稱漳山）、山西漳澤股份有限公司漳澤發電分公司（下文簡稱漳電）。其中，國電包括4套在線監測系統，王曲包括4套在線監測系統，漳山包括8套在線監測系統，漳電包括8套在線監測系統。

2.2 研究方法

SO2在線監測系統是對燃煤電廠的SO2排放情況進行實時監測，監測數據包括SO2的實測值、折算值、每天的平均值、最高值以及當天的排放總量等[8]。本研究以2013年全年SO2排放的進口濃度和出口濃度為基礎，并參照廢氣在線監測設備的實時數據，通過綜合統計和比對，對SO2排放濃度的時空動態進行分析。

2.3 研究內容

2.3.1 SO2污染動態分析

本研究的四家電廠均為長治市較為大型的燃煤電廠，對這4家企業2013年全年SO2污染動態進行分析，并對其影響因素進行分析，包括與企業年產電量、燃煤含硫比等因子間的關系。

2.3.2 脫硫設備對SO2污染減排的作用

通過對上述4家企業每個機組燃煤鍋爐SO2排放的進口濃度與出口濃度進行比較分析，測算在線監測設備的脫硝能力，進而檢測企業的減排效率。這也是檢驗一個企業減排的重要依據。

2.3.3 在線監測掉線率的研究

掉線率直接影響對SO2排放的監測，進而影響對企業監測設施的實時監控。掉線是在線監測過程中不可避免的現象，但人為管控的態度和程序也是造成掉線率忽高忽低的重要因素。

3 結果與分析

3.1 各電廠之間SO2 污染動態

圖1顯示了4家電廠年發電量、SO2年排放量及燃煤含硫量的變化趨勢。

圖1 各電廠SO2污染動態分析Fig.1 Dynamic analysis of SO2 pollution in each electric power enterprises

從圖1中可以看出漳山與王曲的年發電量較高（＞3KMW.Hr），國電年發電量中等（1.4KMW.Hr），漳電年發電量最低(1.1KMW.Hr)。SO2年排放總量依次為國電最高(29Kt)，漳山(29Kt)和王曲(17Kt)次之，漳電(13Kt)最低。就燃煤含硫比而言，國電燃煤含硫比最高(2%)，相當于高硫煤，漳電與漳山用煤含硫比居中(1.2%)，王曲用煤含硫比最低(0.67%)，為低硫煤。

理論上講，SO2排放量與發電量存在正相關關系，發電量越大，所需燃煤量越多，SO2排放量就會越大，但從圖1可知，二者并沒有明顯的相關性。這一方面說明脫硫設施在此發揮了巨大作用，它們的脫硝能力越強，SO2排放量越小；另一方面，SO2排放受諸多因子影響，包括生產工藝、燃煤利用率、鍋爐工況等。

SO2排放量與煤炭含硫比存在一定關系，煤炭含硫比越小，產生的SO2越少，SO2排放量就越少。如王曲電廠由于使用低硫煤，雖然年發電量最高(3.8KMW.Hr)，但其SO2排放較少(17Kt/a)；國電雖然年發電量較少(1.4KMW.Hr)，由于使用了高含硫煤，SO2排放量卻很高(29Kt/a)。

3.2 脫硫設備對進出口SO2 濃度的影響

圖2和圖3分別反映了2013年王曲電廠1號鍋爐和2號鍋爐燃煤煙氣進出口SO2排放濃度的變化趨勢。

圖2 王曲1號機組SO2進出口濃度變化趨勢Fig.2 Change tendency of SO2 concentration in Wang Qu No.1 import and export

圖3 王曲2號機組SO2進出口濃度變化趨勢Fig.3 Change tendency of SO2 concentration in Wang Qu No.2 import and export

從圖中可以清楚地看出，SO2出口值與SO2進口值之間存在較大差異，進口的最大值為1342.47mg/m3，而出口的最大值僅為159.0mg/m3。這主要因為脫硫設備將生產排放的SO2轉化為液態狀的硫化物 (如硫酸等)，進而被企業回收利用。從圖2、圖3還可看出，SO2的進口均值與出口均值折線圖之間存在較為相似的走勢，即SO2進入的越多，脫除的就越多；這也證明前述中SO2排放量與企業年發電量間不存在直接的相關關系。

3.3 在線監測掉線率的分析比較

圖4顯示了煤電企業在線監控設備的掉線情況。由于國電數據缺失太多，此處不對國電掉線率進行分析。SO2在線監測系統是對進口SO2濃度和出口SO2濃度同時監測，掉線率也分為進口掉線率和出口掉線率。

圖4 各電廠SO2在線監測掉線情況Fig.4 Off-line rate of monitoring machine in each electric power enterprises

由圖4可知，王曲電廠掉線率最低，進口為6%，出口為3%。而漳山電廠、漳電電廠的掉線率較高，出口掉線率約為15%，進口掉線率約為30%，進口掉線率和出口掉線率約為王曲電廠的5倍。

SO2在線監測體系是對企業污染源SO2排放情況進行實時監測，并取當天平均值入庫存檔，如果當天沒有數據存檔，則說明當天在線監測系統處于掉線狀態。掉線率的原因各異：其一，監控站房信號弱；其二，燃燒鍋爐損壞，處于維修狀態，鍋爐停止作業；其三，在線監測系統出現故障，不能記錄數據；其四，工廠由于某些原因被迫停產，在線監測設備停運；最后，一些企業為了躲避檢查、逃避處罰也是不可排除的人為因素之一。

4 結論

（1）影響燃煤電廠SO2排放量的原因很多，但所用煤炭含硫比是重要因素之一。使用低硫煤的企業SO2濃度排放量相對較小，反之亦然。

（2）統計數據顯示，脫硫設施對SO2排放量的吸收率約達93%，說明在線監控系統對于SO2排放量的防控作用。因此，在線監測工作在SO2排放企業中推廣和普及具有重要意義。

（3）掉線率是衡量和判斷企業大氣排污的重要依據。本研究結果顯示SO2在線監測系統掉線率較高，最高達到30%。這除了與企業生產和設備故障等客觀因素相關外，個別企業和個人為了節約投資成本、逃避管理處罰等目的進行人為干擾也不可忽視，應引起相關人士的重視。

［1］杜睿.環境在線監測系統在大型煤炭企業中的應用［J］.工礦自動化，2011，37（3）：101-104.

［2］王華山.燃煤電站煙氣SO2和NO 氣體濃度在線監測技術的研究［D］.哈爾濱工業大學，2009.

［3］王濤.長治市工業經濟發展探討［J］.科技情報開發與經濟，2006，16(6):96-97.

［4］李振，杜斌，彭林，等.山西省污染源自動監控系統的設計與實現［J］.中國環境監測，2012，28(3):132-135.

［5］田勁松.環境在線監測信息系統的研究與開發-以廣州市污染源在線監測系統方案為例［D］.武漢理工大學，2004.

［6］鄧力，余軼松.論環境監測中在線監測技術及發展趨勢［J］.資源節約與環保，2013，12(8):88-89.

［7］LⅠ GuoPing，CAO ChunXiang. Development of environmental monitoring satellite systems in China［J］. Earth Sciences，2010，53:1-7.

［8］肖明衛，黃嶸，仵彥卿.燃煤電廠煙氣脫硫設施出口二氧化硫排放量核算方法比較［J］.環境研究與監測，2010，23(9):14-15.