鋼鐵企業(yè)超低排放有組織評估監(jiān)測質(zhì)控問題探討與建議

董 威,袁 超,李培源

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

1 背景

鋼鐵行業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱型產(chǎn)業(yè),其關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)范圍廣,在國民經(jīng)濟發(fā)展中具有舉足輕重的地位[1]。黨的十九大以來,我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)從數(shù)量時期向高質(zhì)量時期邁進,鋼鐵產(chǎn)能嚴重過剩問題得到明顯的緩解[2-3]。但鋼鐵行業(yè)工藝流程長、產(chǎn)污環(huán)節(jié)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(yè)掀起超低排放重大“綠色革命”,執(zhí)行著世界上最嚴格的環(huán)保排放標準要求,努力實現(xiàn)減污降碳協(xié)同效應(yīng)[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(fā)展大會中指出“綠色發(fā)展是維護我國社會經(jīng)濟長期穩(wěn)定的政治責(zé)任、民生工程,綠色發(fā)展是體現(xiàn)中央企業(yè)社會責(zé)任的重要方面”[8]。推動實施鋼鐵行業(yè)超低排放,實現(xiàn)全流程、全過程環(huán)境管理,是有效提高鋼鐵行業(yè)發(fā)展質(zhì)量和效益,打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的有力支撐[9]。

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

2 質(zhì)控問題探討

《鋼鐵企業(yè)超低排放評估監(jiān)測技術(shù)指南》(以下簡稱《指南》)中指出企業(yè)或接受委托的機構(gòu)在開展現(xiàn)場評估監(jiān)測前,應(yīng)對相關(guān)資料進行認真審查,對資料齊全且符合要求的,可開展現(xiàn)場勘查。現(xiàn)場勘查應(yīng)包括:采樣口和采樣平臺設(shè)置規(guī)范化、CEMS合規(guī)性以及自行監(jiān)測規(guī)范化檢查。當(dāng)企業(yè)資料審查和現(xiàn)場勘查都符合基本條件后,方可開展現(xiàn)場評估監(jiān)測工作。有組織評估監(jiān)測過程中應(yīng)注意采樣口和采樣平臺設(shè)置、自行監(jiān)測以及CEMS合規(guī)性、監(jiān)測分析方法選擇、監(jiān)測數(shù)據(jù)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(guī)范化

采樣口和采樣平臺設(shè)置應(yīng)根據(jù)《指南》中附1鋼鐵企業(yè)超低排放有組織排放現(xiàn)場檢查和監(jiān)測技術(shù)要點進行核查,具體要求及示例見表1。勘查中部分企業(yè)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(dāng)排放源無法滿足‘上四下二’要求時,應(yīng)盡可能選擇在氣流穩(wěn)定的斷面進行采樣,并采取相應(yīng)措施保證監(jiān)測斷面分布均勻,斷面無紊流?！币虼?企業(yè)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(jiān)測結(jié)果的準確性,試驗時應(yīng)關(guān)注采樣孔數(shù)量、生產(chǎn)工況和風(fēng)機運行、等面積同心環(huán)布點、采樣頻次等方面。

表1 采樣口和采樣平臺設(shè)置規(guī)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(jiān)測規(guī)范化

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

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

表2 自行監(jiān)測未規(guī)范化問題匯總Table 2 List of unstandardized problems in self-monitoring

因此,在自行監(jiān)測規(guī)范化檢查過程中,應(yīng)確認企業(yè)自行監(jiān)測方案完整性、合理性以及自行監(jiān)測開展過程的真實性、規(guī)范性,詳細檢查內(nèi)容詳見表3。

表3 自行監(jiān)測規(guī)范化檢查內(nèi)容Table 3 The content of self-monitoring standardized inspection

2.3 SO2監(jiān)測方法選擇

鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機頭、熱風(fēng)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(fù)雜,如何選擇合適的SO2監(jiān)測方法尤為關(guān)鍵。SO2監(jiān)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(jiān)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(jiān)測方法優(yōu)點以及應(yīng)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(jiān)測結(jié)果偏差也不盡相同,若采用定電位電解法監(jiān)測燒結(jié)機頭、熱風(fēng)爐、焦爐煙囪點位SO2,則會導(dǎo)致實測濃度出現(xiàn)偏差。如某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機頭廢氣中CO濃度約為4 000 mg/m3,熱風(fēng)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(jié)機脫硫排口以及高爐熱風(fēng)爐煙囪排口SO2濃度時,其監(jiān)測結(jié)果與使用非分散紅外分析法測定結(jié)果偏差分別為62%、56%以及-38%、-44%,具體監(jiān)測數(shù)據(jù)詳見表5。

表5 定電位電解法與非分散紅外分析法測定結(jié)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(fā)現(xiàn)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(jié)果偏高。為消除干擾,實際監(jiān)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(jù)調(diào)研,目前市售紫外分析法儀器多采用差分吸收等技術(shù)手段去除NO2干擾,且效果較好。由于在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)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(shè)備對50 μmol/mol的NO2的干擾響應(yīng),這個濃度范圍基本能夠代表典型污染源現(xiàn)場的排放情況。結(jié)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(jiān)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(xiàn)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(fēng)量數(shù)據(jù)合理性

有組織排放評估監(jiān)測過程中有20%～30%的點位存在實測風(fēng)量與設(shè)計風(fēng)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(fēng)量偏差原因并進行針對性整改對有組織排放評估監(jiān)測開展進度及數(shù)據(jù)合理性尤為重要。各類影響實測風(fēng)量與設(shè)計風(fēng)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(shè)置未規(guī)范化;②工藝設(shè)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(fēng)量與設(shè)計風(fēng)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(shè)置規(guī)范化相關(guān)問題包括應(yīng)在現(xiàn)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(chǔ)信息拍照建檔,并告知企業(yè)根據(jù)《指南》等相關(guān)規(guī)范文件中要求進行整改。工況負荷相關(guān)問題應(yīng)首先確認現(xiàn)場監(jiān)測情況,在排除測量影響因素之后,前往生產(chǎn)中控了解該點位主要生產(chǎn)設(shè)施24 h內(nèi)運行情況及生產(chǎn)負荷,核實與污染治理設(shè)施運行狀況是否相匹配,待企業(yè)調(diào)整完畢滿足要求后,方可重新開啟評估監(jiān)測。不同的工藝設(shè)計也是導(dǎo)致實測風(fēng)量與設(shè)計風(fēng)量偏差較大的因素之一,在編制監(jiān)測方案時應(yīng)提前與企業(yè)溝通工藝設(shè)計相關(guān)問題,結(jié)合企業(yè)排污許可證及“三同時”竣工驗收報告中相關(guān)內(nèi)容,厘清相關(guān)工藝流程及原理,并將企業(yè)提供的相關(guān)解釋說明及證明材料附于評估監(jiān)測報告中。對于直徑測量誤差問題,橢圓管道可根據(jù)現(xiàn)場測量的長直徑和短直徑換算成當(dāng)量直徑;煙氣濕度較大點位可根據(jù)企業(yè)提供的設(shè)計圖紙結(jié)合現(xiàn)場測量的管道周長、壁厚等參數(shù)進行模擬測算。

2.5 人工煤氣硫分檢測

《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》(環(huán)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(yīng)實施精脫硫?！币虼嗽谟薪M織排放評估監(jiān)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(yè)采用的煤氣清潔利用技術(shù)以及末端治理設(shè)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(xié)會ASTM《使用氣相色譜和化學(xué)發(fā)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(guī)性

多數(shù)鋼鐵企業(yè)建廠較早,由于重視程度不夠,排污口監(jiān)測點位設(shè)置普遍不規(guī)范,在線監(jiān)測設(shè)施不能滿足監(jiān)測技術(shù)規(guī)范要求,需要開展排放口規(guī)范化建設(shè)和CEMS升級改造[7]。改造后的超低CEMS的安裝、調(diào)試和運行在符合HJ 75—2017和HJ 76—2017規(guī)定的前提下,還需滿足《指南》中的CEMS總體要求和CEMS質(zhì)控目標,現(xiàn)場評估內(nèi)容見表6。

表6 CEMS合規(guī)性現(xiàn)場評估內(nèi)容Table 6 The content of CEMS standardized inspection

3 建議

(1) 建議以有組織排放評估監(jiān)測為契機,完善排污許可證內(nèi)容,優(yōu)化自行監(jiān)測方案,加強自行監(jiān)測數(shù)據(jù)審核;完善生產(chǎn)和污染治理設(shè)施運行狀況信息記錄,結(jié)合設(shè)計風(fēng)量等參數(shù),并與實際工況擬合判定數(shù)據(jù)合理性;加強有效工況下超低改造項目自行監(jiān)測的質(zhì)量控制和管理,真實反映企業(yè)排污狀態(tài)。

(2) 除根據(jù)《指南》附1鋼鐵企業(yè)超低排放有組織排放現(xiàn)場檢查和監(jiān)測技術(shù)要點中要求加強廢氣排放口規(guī)范化設(shè)置外,還應(yīng)規(guī)范排放口基礎(chǔ)參數(shù)的統(tǒng)計,注重對廢氣處理裝置、風(fēng)機管道等的前期選型、工藝變更影響論證,保證廢氣長期穩(wěn)定達標排放。

(3) 為確保CEMS在線監(jiān)測環(huán)保監(jiān)督作用,需制定完善的運維管理制度,并建立在線監(jiān)測系統(tǒng)運行質(zhì)量保證體系,保證在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性、合理性及合法性。