煙氣CEMS系統準確度判定在生產中的運用

王寧

（新疆八一鋼鐵有限公司股份煉鐵廠）

1 前言

隨著國家對生態環境保護的要求日益嚴格，生態環境部制定了具體實施辦法,其中對大氣污染物排放標準及監測提出明確的要求。將工業企業主要排放口的監測數據作為排污許可證的申請核發的重要內容，并作為對排污許可證核發證后監管的核心要素，在HJ 76-2017中對CEMS監測數據的準確度有明確的規定。鋼鐵行業是排污大戶，也是環境檢測的重點監控對象。根據國家相關規定及排污許可證申請與核發技術規范等要求，2018年八鋼煉鐵系統對煉鐵、焦化、燒結工序20余個主要排放口排放的廢氣安裝了CEMS設備，監測各排放口數據并將數據實時上傳至污染源監控平臺。在日常數據管理中如何快速判定CEMS數據準確度，是對排污企業達到合規排放的基本要求。根據HJ 75-2017，HJ 76-2017規范，CEMS使用單位每季度需進行第三方比對監測，在兩次比對時間間隔段內，若能快速判定CEMS設備準確度的情況，可使監測設備在滿足標準要求下規范運行，使CEMS數據滿足質控要求，從而避免CEMS系統準確度超標發生的環境風險。

筆者針對八鋼煉鐵系統CEMS數據監測過程中數據管理的運用實例進行分析，對煙氣CEMS系統準確度進行判定，為八鋼煉鐵系統的煙氣CEMS數據準確度管理提供技術支撐，并以此形成數據管理的基本規范應用到實際生產中。

2 八鋼煉鐵系統大氣污染物排放

目前八鋼煉鐵廠生產主體裝備：4×6.5m頂裝焦爐、2×265m2+1×430m2燒結機,3×2500m3高爐+1座OY爐，具備年產鐵水660萬t能力。八鋼污染物排量中60%以上由煉鐵系統產生。

目前煉鐵系統約有80余個廢氣排放口，其中燒結機頭、機尾，焦化焦爐煙囪、裝煤、攔焦，煉鐵出鐵場及礦槽等20余個廢氣排放口均已安裝CEMS系統，實現了對廢氣排放情況的實時監控。

八鋼煉鐵系統主要煙氣排放口排放標準見表1。

表1 大氣污染物主要排放口特別排放限值 mg/m3

3 煙氣CEMS系統組成及數據準確度的要求

CEMS即煙氣排放連續檢測系統,該系統對固定污染源顆粒物濃度和氣態污染物濃度以及污染物排放總量進行連續自動監測，并將監測數據和信息傳送到環保主管部門，確保排污企業污染物濃度和排放總量達標。同時，各種相關環保設備如脫硫、脫硝等裝置，也依靠CEMS提供的數據進行煙氣排放工藝過程參數的控制調整。

3.1 CEMS的基本組成

一套完整的CEMS系統基本組成包括顆粒物監測子系統、氣態污染物監測子系統、煙氣排放參數監測子系統、數據采集和處理子系統四個主要部分。

CEMS的結構一般包括采樣和預處理系統、測量分析系統和輔助系統。

采樣和預處理系統：用于對煙道或煙囪內的煙氣進行采集和傳輸，并在不改變污染物組成的前提下對煙氣進行預處理以滿足后續分析測試的需要。

測量分析系統：用于對煙氣中的各種參數進行準確測量和顯示。

輔助系統：用于保障CEMS長期自動監測穩定性，提高監測數據質量的輔助設備。一般包括：反吹系統、排氣排水系統、壓縮空氣預處理系統、氣幕保護系統、校準校驗系統。

CEMS的工作原理和技術分類按測量分析方式可分為兩大類：一類是，將煙氣從煙囪抽取出來進行測試分析；另一類是直接測量方式，將測量分析單元安裝在煙囪上直接對排放煙氣進行測量分析。抽取測量方式按其采樣單元不同又分為完全抽取方式和稀釋抽取方式兩種。其中完全抽取式CEMS根據預處理系統的不同可分為冷干CEMS和熱濕CEMS。目前八鋼煉鐵系統煙氣CEMS系統采用的在線監測系統抽取測量方式均為冷干CEMS系統。其系統流程見圖1。

圖1 煙氣冷干CEMS系統流程圖

煙道內含塵煙氣被抽入煙氣采樣器，采樣器中有煙塵過濾裝置及加熱裝置，煙氣經過濾器濾過煙塵顆粒后經伴熱傳送管，進入一級汽水分離器，對水汽進行粗過濾，對顆粒物進行細過濾。然后對煙氣進行冷凝，冷凝過程中對對水進行分離，然后樣品氣進行第二次汽水分離，經過濾后，樣氣進入分析氣室進行分析。

3.2 CEMS數據的準確度及其要求

CEMS數據的準確度是采用參比方法與CEMS同步測定煙氣中氣態污染物的濃度，取同時間區間且相同狀態的測量結果組成若干數據對，數據之差的平均值的絕對值與置信系數之和與參比方法測定數據的平均值之比。CEMS準確度是體現CEMS測量結果與實際排放濃度的接近程度，也稱為CEMS“偏差”。引起偏差的原因可能由于測量方法、儀器故障、采樣管路泄露、鏡頭變臟、參考標準件被污染等。因此CEMS數據準確度的判定在CEMS出具有效數據的全過程的外部質控程序中，對控制CEMS數據質量，提高數據有效性起到至關重要的作用。

HJ 76-2017 6.2.1.4對現場污染物排放檢測的準確度要求：（1）氣態污染物CEMS。參比方法測量煙氣中SO2、NOx排放濃度的平均值。≥250μmol/mol時,CEMS與參比方法測量結果相對準確度≤15%;≥50～250μmol/mol時,CEMS與參比方法測量結果平均值絕對誤差的絕對值≤20μmol/mol;≥20～50μmol/mol時,CEMS與參比方法測量結果平均值絕對誤差的相對值≤30%;20μmol/mol時,CEMS與參比方法測量結果平均值絕對誤差的絕對值≤6μmol/mol。

（2）O2CMS與參比方法測量結果相對準確度為≤15%。

4 CEMS數據準確度的現場比對判定的實例

4.1 比對數據的監測要求與數據采集

根據《污染源自動監測設備比對監測技術規定》（試行）的要求，氣態污染物參比方法采樣位置與CEMS測定位置靠近但不干擾CEMS正常取樣，手工與自動同步采樣。選取A1焦爐煙囪出口CEMS監測平臺上方預留的手工采樣孔（在CEMS監測口下游50cm處）對煙氣的SO2、NOX及煙氣參數進行連續采樣監測。

對氣態污染物（SO2、NOX）和O2要求至少獲取6個數據時間間隔段 (儀表法可選取不小于2倍自動監測設備響應時間期間的平均值為1個數據)，本例中采用MODEL3080便攜式紅外線煙氣分析儀進行現場參比數據的采樣監測。

4.2 數據組的選取

現場選擇實時數據采樣時段為1min，連續采樣35min。同時選取同時段CEMS監測分鐘數據作為原始數據。根據CEMS設備系統響應時間要求：≤200s，取 5min作為時間間隔段，形成7個數據組，見表2。

4.3 數據準確度計算判定

根據數據準確度的要求，對表2數據進行相對準確度計算見參比計算表及氧氣相對準確度計算見表 3、表 4。

表2 同時段CEM數據與實時取樣數據對比

表3 參比計算表

表4 氧氣CMS與參比方法測量結果相對準確度計算表

其中：di(O2)、di（NOX）、di(O2)，分別表示參比數據與同時段CEMS數據的差值；d表示SUM[di(O2)]/n；di(均)為 0.15/n；n 為表示數據組數；tf0.95 表示置信系數t值（95%置信水平）；Sd：參比方法與CEMS測定值數據對的差的標準偏差；cc為置信系數；RA為相對準確度。

根據以上參比計算數據對照污染物排放準確度現場檢測要求，得出以下結論：

（1）SO2絕對誤差的絕對值為2.87μmol/mol（8.2mg/m3），滿足≤6μmol/mol的準確度要求。

（2）NOX絕對誤差的絕對值為14.2μmol/mol（29.2 mg/m3），滿足≤20μmol/mol的準確度要求。

（3）O2CMS與參比方法測量結果相對準確度為1%，滿足≤15%的相對準確度要求。

5 結束語

通過實例說明了形成CEMS設備準確度的判定步驟及數據采集基本流程。八鋼煉鐵系統根據煙氣CEMS質控要求在季度比監測時間段內，對煙氣排口CEMS系統進行1～2次的準確度校核，按照計算表能快速對CEMS設備性能做出定量判定，并及時將發現的問題通知運維方按照HJ 75-2017附錄B中之要求對在線監測設備的準確度進行規范的處理，以滿足生態環境主管部門對廢氣排放企業主要排放口自動監測數據的質量控制要求。目前對煙氣CEMS系統準確度判定已應用到八鋼煉鐵系統的煙氣排放檢測工作中，并形成了數據管理的基本規范，促進了八鋼煉鐵系統的節能減排工作的規范運行。