鋼鐵行業(yè)污染物自動監(jiān)測數(shù)據(jù)異常標(biāo)記研究

宮福元，曲朝峰

（中國寶武太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司，山西 太原 030003）

1 研究背景及意義

自動監(jiān)測系統(tǒng)（Continuous Emission Monitoring System，縮寫CEMS）亦稱“煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)”或“煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)”，是指連續(xù)監(jiān)測固定污染源顆粒物以及氣態(tài)污染物排放濃度和排放量所需要的特定設(shè)備。由于其可連續(xù)在線運(yùn)行，有益于掃除環(huán)境監(jiān)管盲區(qū)和死角，被稱為監(jiān)督排污單位排放行為的“前沿哨兵”，已被普遍應(yīng)用于日常環(huán)境監(jiān)管工作中。但自動監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，也遇到一些問題，例如：因自動監(jiān)測系統(tǒng)在遇到無法避免的故障、檢修或校準(zhǔn)時(shí)，會不定期地產(chǎn)生一些無效數(shù)據(jù)；因?qū)κ褂弥械谋O(jiān)控生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行定檢、定修及事故搶修時(shí)，會定期或不定期地產(chǎn)生啟停機(jī)（爐）、烘爐等非正常工況，從而造成自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常超標(biāo)等。

長期以來，大量無效、異常的監(jiān)測數(shù)據(jù)被自動監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場端無區(qū)別地上傳至上位機(jī)，并參與上位機(jī)的超標(biāo)判定和排放量核算，從而影響了監(jiān)管執(zhí)法的準(zhǔn)確性和有效性，成為阻礙自動監(jiān)測系統(tǒng)全面發(fā)揮作用的重要因素。

2019 年，生態(tài)環(huán)境部出臺了《生活垃圾焚燒發(fā)電廠自動監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用管理規(guī)定》（部令第10 號），創(chuàng)新性地提出自動監(jiān)測數(shù)據(jù)可作為生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)污染物排放超標(biāo)等違法行為的認(rèn)定和處罰的依據(jù)，并提出了自動監(jiān)測數(shù)據(jù)超標(biāo)判斷和處理規(guī)定，對特殊工況（啟爐、停爐、烘爐、故障等）和CEMS 維護(hù)提出了累計(jì)時(shí)限要求及約束條件，并對污染物排放進(jìn)行豁免管理。

鋼鐵行業(yè)作為傳統(tǒng)的重污染行業(yè)，也是我國首批將自動監(jiān)測系統(tǒng)CEMS 引入環(huán)境監(jiān)管的行業(yè)之一，目前已普遍在行業(yè)內(nèi)部煉焦裝煤、推焦、干熄焦、焦?fàn)t煙囪，燒結(jié)機(jī)頭、機(jī)尾，球團(tuán)焙燒，煉鐵礦槽、出鐵場，轉(zhuǎn)爐二次煙氣、電爐煙氣，發(fā)電鍋爐煙氣等重點(diǎn)排放口安裝和使用了自動監(jiān)測系統(tǒng)；并且還在高度大于45 m的高架源一般排放口上也安裝并使用了自動監(jiān)測系統(tǒng)。這些自動監(jiān)測系統(tǒng)的使用對我國鋼鐵行業(yè)環(huán)境監(jiān)管起到了積極的作用，但同時(shí)由于鋼鐵行業(yè)工藝復(fù)雜，內(nèi)部生產(chǎn)設(shè)施和自動監(jiān)測設(shè)備諸多，日常生產(chǎn)過程中各類設(shè)施或設(shè)備故障、啟停、檢修等非正常工況頻繁，造成自動監(jiān)測系統(tǒng)中存在大量無效或異常的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)混雜在眾多正常數(shù)據(jù)之中，并一同參與超標(biāo)判定或排放量核算，從而增大了企業(yè)超標(biāo)違法的風(fēng)險(xiǎn)。為增強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，有必要對鋼鐵行業(yè)在線監(jiān)測系統(tǒng)中的無效或異常數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，并對異常時(shí)段內(nèi)的污染物排放實(shí)現(xiàn)豁免管理。

為此，太鋼委托生態(tài)環(huán)境部門研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合鋼鐵行業(yè)權(quán)威部門共同開展了《鋼鐵行業(yè)污染物排放自動監(jiān)測數(shù)據(jù)異常標(biāo)記》課題研究，提出非正常工況下煙氣自動監(jiān)測數(shù)據(jù)豁免管理規(guī)定，建立生產(chǎn)和污染治理設(shè)施異常標(biāo)記規(guī)則，并向政府生態(tài)環(huán)境主管部門提報(bào)研究成果，期望能促進(jìn)研究成果的推廣與應(yīng)用。同時(shí)，通過該課題的研究，摸清鋼鐵行業(yè)特定工況下的工作特征以及持續(xù)時(shí)間，摸清在線監(jiān)測數(shù)據(jù)異常情況產(chǎn)生的原因，界定可豁免的工況和全年累計(jì)時(shí)間，以及全年可豁免的自動監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)時(shí)段等，為后續(xù)出臺鋼鐵行業(yè)主要污染物自動監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)判定等文件提供可參考的經(jīng)驗(yàn)。

中國寶武太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司（全文簡稱“太鋼”）屬于我國典型的長流程鋼鐵企業(yè)，擁有包括礦山、焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、石灰窯、煉鐵、煉鋼、軋鋼、發(fā)電在內(nèi)的鋼鐵行業(yè)全部生產(chǎn)工序，同時(shí)太鋼也是我國鋼鐵行業(yè)全流程超低排放績效A 級企業(yè)，基本代表了我國鋼鐵行業(yè)的先進(jìn)水平，以其為例進(jìn)行研究極具代表性。

2 工作方案

2.1 研究目標(biāo)

根據(jù)《環(huán)境保護(hù)法》《大氣污染防治法》相關(guān)規(guī)定，并結(jié)合山西省發(fā)布的《關(guān)于自動監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用于超標(biāo)超量違法事實(shí)認(rèn)定的技術(shù)說明》等文件要求，參考《火電、水泥和造紙行業(yè)排污單位自動監(jiān)測數(shù)據(jù)標(biāo)記規(guī)則》等技術(shù)文件要求，科學(xué)合理地確定太鋼各廢氣排放源自動監(jiān)測數(shù)據(jù)標(biāo)記規(guī)則和達(dá)標(biāo)判定方法，以促進(jìn)太鋼環(huán)保工作健康發(fā)展。并以太鋼為試點(diǎn)，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)事故故障狀態(tài)下的CEMS 標(biāo)記工作推進(jìn)。

2.2 主要工作內(nèi)容

本次研究對象主要包括太鋼本部廠區(qū)內(nèi)各主要工序，以及太鋼集團(tuán)位于太原市境內(nèi)的東山礦石灰窯工序和位于嵐縣的球團(tuán)生產(chǎn)工序等。研究主要針對各工序生產(chǎn)設(shè)施、污染治理設(shè)施及自動監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況，建立如實(shí)標(biāo)記生產(chǎn)設(shè)施和污染治理設(shè)施異常的規(guī)則?？紤]到生態(tài)環(huán)境部正在制定統(tǒng)一的《排污單位自動監(jiān)測數(shù)據(jù)異常標(biāo)記規(guī)則》，且各行業(yè)均可參照使用，因此本次課題將不對自動監(jiān)控系統(tǒng)的異常情形進(jìn)行深入研究。本次課題主要的研究對象為生產(chǎn)設(shè)施和污染治理設(shè)施的異常情形及其標(biāo)記規(guī)則。具體研究工作包括：

1）正常工況下自動監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)判定分析。調(diào)取太鋼近幾年以來全年大氣自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析篩選正常數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，并對正常數(shù)據(jù)進(jìn)行達(dá)標(biāo)率的計(jì)算分析，評估太鋼各點(diǎn)位自動監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)情況。

2）制定太鋼各廢氣污染源自動監(jiān)測數(shù)據(jù)標(biāo)記規(guī)則。對太鋼生產(chǎn)設(shè)施和污染治理設(shè)施非正常工況下的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，重點(diǎn)研究生產(chǎn)過程中實(shí)際存在且無法規(guī)避的非正常工況下的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)超標(biāo)情況，并提出相應(yīng)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)標(biāo)記規(guī)則。

3）提出標(biāo)記事件外超標(biāo)數(shù)據(jù)的應(yīng)對建議。針對標(biāo)記事件外的超標(biāo)數(shù)據(jù)，從生產(chǎn)、管理和治理設(shè)施狀況等方面分析可能的原因，并提出改進(jìn)建議。

4）根據(jù)上述工作，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中對鋼鐵企業(yè)非正常工況下煙氣自動監(jiān)測數(shù)據(jù)豁免管理規(guī)定，提出太鋼各污染環(huán)節(jié)非正常工況下煙氣自動監(jiān)測數(shù)據(jù)豁免建議，并最終形成《鋼鐵行業(yè)污染物自動監(jiān)測數(shù)據(jù)異常標(biāo)記研究報(bào)告》。

2.3 研究重點(diǎn)

本次研究重點(diǎn)是日常生產(chǎn)過程中因啟停爐或檢維修而產(chǎn)生CEMS 在線數(shù)據(jù)異常的情形，重點(diǎn)關(guān)注上述狀態(tài)下因含氧量變化而產(chǎn)生的折算濃度超標(biāo)的問題。主要對太鋼各工藝環(huán)節(jié)日常生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的啟停爐、檢維修等非正常工況進(jìn)行深入剖析研究，調(diào)查上述情況發(fā)生的頻次、時(shí)長、實(shí)際工況以及對應(yīng)污染治理設(shè)施的運(yùn)行工況及污染物排放濃度變化情況，通過與企業(yè)座談及對典型案例的剖析研究，提出主要工序的生產(chǎn)運(yùn)行工況標(biāo)記，明確可定位“故障或事故”的工況標(biāo)段，并合理確定“故障或事故”工況的允許時(shí)長及全年累計(jì)允許時(shí)長。

根據(jù)太鋼提供的太鋼近年來排污許可證執(zhí)行報(bào)告中的“污染治理設(shè)施異常運(yùn)轉(zhuǎn)信息”和“非正常工況排放信息”，以及工序現(xiàn)場記錄單，結(jié)合山西省已出臺的《關(guān)于自動在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)應(yīng)用于超標(biāo)超量違法事實(shí)認(rèn)定的技術(shù)說明》等文件的要求，本次重點(diǎn)對各生產(chǎn)設(shè)施啟停過程中無法規(guī)避的污染物超標(biāo)情況進(jìn)行剖析研究，主要研究非正常工況產(chǎn)生原因、超標(biāo)因子及超標(biāo)原因、非正常工況時(shí)長等，并重點(diǎn)研究實(shí)際生產(chǎn)過程中相應(yīng)的規(guī)避減緩措施。

2.4 研究方法

為順利推進(jìn)研究，本次工作中開展了文獻(xiàn)調(diào)研、太鋼自動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、典型案例現(xiàn)場調(diào)研座談、專家咨詢等工作。

2.4.1 文獻(xiàn)調(diào)研

利用期刊網(wǎng)等資源，廣泛查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料和研究成果，分析現(xiàn)有法律法規(guī)、規(guī)章和規(guī)范性文件，重點(diǎn)調(diào)研國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)對設(shè)備啟動、停機(jī)等運(yùn)行工況方面的要求。

2.4.2 太鋼全廠自動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

調(diào)取近年來太鋼全部的大氣自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析篩選異常時(shí)間段，并根據(jù)當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)（含國家和地方的）對正常數(shù)據(jù)中小時(shí)濃度、日均濃度進(jìn)行達(dá)標(biāo)率的判定（注：達(dá)標(biāo)判定均以當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)限值即小時(shí)平均濃度限值為基準(zhǔn)），給出不同判定標(biāo)準(zhǔn)下企業(yè)的達(dá)標(biāo)水平；對于異常數(shù)據(jù)，結(jié)合太鋼近年排污許可證執(zhí)行報(bào)告中的“污染治理設(shè)施異常運(yùn)轉(zhuǎn)信息”和“非正常工況排放信息”，以及工序現(xiàn)場記錄單，歸納總結(jié)企業(yè)生產(chǎn)工況（如停爐）和CEMS 系統(tǒng)維護(hù)規(guī)律等特點(diǎn)，分析異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因。

2.4.3 典型工序的調(diào)研座談

與企業(yè)技術(shù)人員就設(shè)備啟停機(jī)（爐）過程中各節(jié)點(diǎn)的時(shí)間、相應(yīng)環(huán)保設(shè)施運(yùn)行情況及自動監(jiān)測數(shù)據(jù)情況進(jìn)行座談交流。核查典型工序自動監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行情況，重點(diǎn)核查設(shè)施啟動、停爐、烘窯等非正常工況下，自動監(jiān)測設(shè)施運(yùn)行情況以及自動監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄內(nèi)容，包括污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)、氧含量數(shù)據(jù)以及持續(xù)時(shí)間等內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)規(guī)律。

2.4.4 專家咨詢

邀請行業(yè)協(xié)會代表、行業(yè)專家、典型企業(yè)代表，召開專家咨詢會，形成課題研究成果。

2.5 技術(shù)路線

本次對太鋼主要污染物自動監(jiān)測數(shù)據(jù)異常標(biāo)記的研究，主要采取文獻(xiàn)調(diào)研、太鋼在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、典型案例調(diào)研座談與專家咨詢相結(jié)合的方式，在進(jìn)行多方位調(diào)查、研究、咨詢、論證等工作的基礎(chǔ)上，最終完成了本次研究。

3 結(jié)語

《火電、水泥和造紙行業(yè)排污單位自動監(jiān)測數(shù)據(jù)標(biāo)記規(guī)則》已正式發(fā)布，鋼鐵行業(yè)非正常狀態(tài)下的CEMS 標(biāo)記工作也應(yīng)盡快推進(jìn)，以便實(shí)現(xiàn)科學(xué)監(jiān)管。