碼頭堆場(chǎng)粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)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(tài)環(huán)境是最公平的公共產(chǎn)品，也是最普惠的民生福祉。大氣環(huán)境治理是當(dāng)前我國打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的重要戰(zhàn)場(chǎng)，而無組織揚(yáng)塵對(duì)于大氣環(huán)境質(zhì)量尤其是PM10 和PM2.5 的影響較大。作為無組織揚(yáng)塵污染的來源之一，碼頭堆場(chǎng)的粉塵理應(yīng)得到充分的重視，并做好相應(yīng)的監(jiān)測(cè)監(jiān)管和防治工作。事實(shí)上，全國各地都高度重視這項(xiàng)工作，越來越多的港口碼頭企業(yè)開始應(yīng)用粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來加強(qiáng)對(duì)無組織粉塵排放的管理，并接入到政府相關(guān)監(jiān)控平臺(tái)。這一系統(tǒng)通過信息化手段加強(qiáng)了粉塵的在線監(jiān)測(cè)與預(yù)警，保障和促進(jìn)了碼頭作業(yè)的規(guī)范性，一方面為相關(guān)政府部門及時(shí)定量地了解現(xiàn)場(chǎng)污染情況提供了技術(shù)手段，另一方面也為碼頭企業(yè)本身加強(qiáng)作業(yè)過程中的粉塵污染監(jiān)管和治理提供了技術(shù)支撐。本文以華能國際電力股份有限公司南通電廠實(shí)施粉塵在線監(jiān)控的項(xiàng)目為基礎(chǔ)，通過案例分析的方法研究了監(jiān)測(cè)方法選取、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位設(shè)置、和數(shù)據(jù)預(yù)警應(yīng)用等內(nèi)容，對(duì)于提高碼頭堆場(chǎng)粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用水平，保護(hù)和改善港口區(qū)域大氣環(huán)境有重要的意義。

1 應(yīng)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(tái)火電機(jī)組投入營運(yùn)，總?cè)萘繛?40 萬千瓦。為配合生產(chǎn)運(yùn)營，電廠現(xiàn)建有長1417 米、寬9.8 米的直接輸煤碼頭棧橋和5 萬噸級(jí)直接輸煤碼頭一座。作為火力發(fā)電廠，碼頭上的煤炭裝卸作業(yè)是頻繁的，而且這項(xiàng)作業(yè)常常是在開放的空間中進(jìn)行，在作業(yè)過程尤其是傳送過程中將產(chǎn)生大量的無組織粉塵排放。同時(shí)，裝卸后的露天煤炭堆場(chǎng)在風(fēng)力的作用下也會(huì)產(chǎn)生無組織粉塵排放，這些都對(duì)周邊的空氣環(huán)境造成了污染。

為了對(duì)粉塵污染進(jìn)行有效的管控，電廠配備了相應(yīng)的噴淋噴霧設(shè)施[1]。但什么時(shí)候噴，噴多長時(shí)間，噴多少水量都沒有明確的指導(dǎo)方法，而且由于煤炭的特殊性，并不能大量的、不做控制的對(duì)它進(jìn)行噴淋作業(yè)，那樣會(huì)導(dǎo)致煤炭燃燒的效率降低[2]。因此，非常有必要引入數(shù)字化的實(shí)時(shí)在線粉塵監(jiān)測(cè)設(shè)備，一方面能對(duì)無組織粉塵排放的濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，另一方面也能根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴淋作業(yè)的合理化控制。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)測(cè)方法與設(shè)備選擇

粉塵濃度的監(jiān)測(cè)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(huán)保行業(yè)的國標(biāo)方法，相對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定誤差較??；光散射法雖是公共衛(wèi)生行業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但并不是環(huán)保行業(yè)的國標(biāo)方法，相對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)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(gè)很好的特性，就是實(shí)時(shí)性高。光散射法設(shè)備在一分鐘甚至更短的時(shí)間內(nèi)就可以給出當(dāng)前粉塵濃度，而振蕩天平法和beta 射線法的設(shè)備都有一個(gè)富集的過程，通常一個(gè)小時(shí)出一次數(shù)據(jù)。

顯然，對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)用而言，一個(gè)小時(shí)才給出一個(gè)粉塵濃度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是無法滿足管理需求的。為了及時(shí)得到粉塵濃度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，第一時(shí)間就發(fā)現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象并適時(shí)啟動(dòng)噴淋噴霧裝置，應(yīng)該選擇光散射法的設(shè)備。這樣，碼頭企業(yè)的作業(yè)管理人員可以利用其實(shí)時(shí)性高的特征及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的問題，及時(shí)采取治理措施。此外，從環(huán)保部門對(duì)污染源企業(yè)的監(jiān)管角度，他們更關(guān)心的是企業(yè)的污染對(duì)外界的影響，更關(guān)心的是廠界的粉塵濃度，而這類數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)通常要求用國標(biāo)方法進(jìn)行。因此，我們的方案是廠界處的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位選用beta 射線法設(shè)備，作業(yè)區(qū)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位選用光散射法設(shè)備，振蕩天平法設(shè)備由于成本較高，在應(yīng)用方案中不予選取。

為了保證相關(guān)設(shè)備的質(zhì)量，我們均選用了具有計(jì)量器具型式批準(zhǔn)證書（CPA）及具有環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品認(rèn)證（CCEP）的粉塵在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，并具有相應(yīng)的軟件平臺(tái)和數(shù)據(jù)分析功能。同時(shí)，每臺(tái)設(shè)備除了粉塵濃度監(jiān)測(cè)之外還配置了氣象五參數(shù)（溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、大氣壓）的監(jiān)測(cè)單元。光散射法設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)受溫度濕度的影響較大，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度數(shù)據(jù)，以便掌握相關(guān)情況作為適當(dāng)處理。目前采用的方法是在設(shè)備中配備了相應(yīng)的加熱除濕裝置，當(dāng)濕度超過閾值后能自動(dòng)啟動(dòng)。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位設(shè)置

如上所述，我們將監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分為廠界點(diǎn)位和作業(yè)區(qū)點(diǎn)位兩種。具體的現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位選址對(duì)于粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用效果是至關(guān)重要的。經(jīng)過分析與研究，并結(jié)合地方政府的相關(guān)要求，在現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位選擇時(shí)遵循了以下幾點(diǎn)要求：

（1）總體采用“1+n”模式，其中“1”為廠界監(jiān)測(cè)點(diǎn)，“n”為港區(qū)內(nèi)的作業(yè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)位應(yīng)設(shè)置在港區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向。

（3）廠界監(jiān)測(cè)點(diǎn)通常應(yīng)滿足環(huán)保部門關(guān)于環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的需求。

（4）港區(qū)內(nèi)的作業(yè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇在碼頭主要裝卸作業(yè)點(diǎn)和堆場(chǎng)附近，覆蓋主要的生產(chǎn)活動(dòng)區(qū)域。

（5）監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍，不應(yīng)有阻礙環(huán)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(diǎn)作業(yè)時(shí)有噴水噴霧作業(yè)的，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位設(shè)置時(shí)應(yīng)避開水霧的影響。

在遵循上述要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景進(jìn)行了考察和分析之后，得到了如表1 所示的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)方案。一共設(shè)置了4 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位（“1+3”），“1”是廠界監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用beta 射線法設(shè)備，設(shè)置在東門傳達(dá)室外；另“3”個(gè)是港區(qū)內(nèi)作業(yè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用光散射法設(shè)備，分別設(shè)置在1#、2#堆場(chǎng)和碼頭裝卸作業(yè)點(diǎn)的周邊下風(fēng)向位置。

表1 設(shè)備點(diǎn)位分布情況

3 實(shí)施情況與應(yīng)用方法

根據(jù)上述的方案，20 天左右即完成了安裝、調(diào)試和相關(guān)平臺(tái)的數(shù)據(jù)對(duì)接。廠界以及作業(yè)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(shè)備，以及配套的氣象五參數(shù)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，大氣采樣口的高度設(shè)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(shù)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，同時(shí)為了方便管理者遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)的情況，設(shè)備還配備了高清的攝像系統(tǒng)，支持從電腦或者手機(jī)上查看現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻或者30天內(nèi)的歷史視頻。為了方便實(shí)施和后續(xù)的運(yùn)維，網(wǎng)絡(luò)傳輸采用了基于4G 的無線通信方法，實(shí)踐效果表明無論是數(shù)據(jù)的傳輸還是實(shí)時(shí)視頻的傳輸，4G 網(wǎng)絡(luò)都是能夠勝任的。

圖1 廠界設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)圖

圖2 作業(yè)區(qū)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)圖

在設(shè)備安裝實(shí)施后，如何適當(dāng)?shù)膽?yīng)用才是關(guān)鍵。為此，我們進(jìn)行了近3 個(gè)月的試運(yùn)行。試運(yùn)行過程中，主要考察在煤炭的裝卸和存放過程中，不同風(fēng)速、風(fēng)向和溫濕度條件下無組織粉塵產(chǎn)生的情況和濃度的變化。然后研究啟動(dòng)噴淋噴霧系統(tǒng)的閾值條件以及工作時(shí)長，以便在對(duì)粉塵濃度進(jìn)行管控的同時(shí)實(shí)現(xiàn)噴水量的最小化。

通過試運(yùn)行過程中的反復(fù)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，最終得到了以下的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)》（GB16297）[4]中無組織排放監(jiān)控濃度限值1.0mg/m3作為小時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，與beta 射線法設(shè)備的小時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，用于總體評(píng)價(jià)港區(qū)內(nèi)粉塵防控措施的執(zhí)行效果。

（2）作業(yè)區(qū)的粉塵濃度控制。作業(yè)區(qū)安裝的是光散射法設(shè)備，每分鐘產(chǎn)生一次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可稱之為瞬時(shí)粉塵濃度。我們將粉塵瞬時(shí)濃度的限定值設(shè)為2.0mg/m3，當(dāng)連續(xù)5min 的瞬時(shí)濃度平均值高于限定值的80%時(shí)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將通過軟件平臺(tái)自動(dòng)發(fā)布報(bào)警提示，并通過聯(lián)動(dòng)控制裝置自動(dòng)啟動(dòng)噴淋噴霧等降塵設(shè)施，以控制作業(yè)過程中的無組織粉塵排放。

通過項(xiàng)目建設(shè)和應(yīng)用實(shí)踐，粉塵在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施，對(duì)我單位生產(chǎn)作業(yè)中的粉塵防治工作起到了很好的監(jiān)督和促進(jìn)作用，也對(duì)合理化使用噴淋噴霧設(shè)施起到了數(shù)字化的技術(shù)支撐作用。

結(jié)語

在污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)不斷深入的今天，精細(xì)化管理對(duì)于大氣環(huán)境污染的防治至關(guān)重要。只有利用數(shù)字化的、科技化的方法，才能更精細(xì)化地支持各級(jí)管理部門和現(xiàn)場(chǎng)操作人員的相關(guān)工作。粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，對(duì)于港口碼頭作業(yè)中無組織粉塵排放的防治工作，有很好的管理價(jià)值和監(jiān)督作用。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際通過案例分析的方法，從監(jiān)測(cè)方法與設(shè)備選擇、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)等方面分析了粉塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，并介紹了實(shí)施與數(shù)據(jù)應(yīng)用的情況。對(duì)于指導(dǎo)相關(guān)企業(yè)的粉塵管控工作，保護(hù)和改善港口區(qū)域大氣環(huán)境有較好的價(jià)值。