污染源在線監(jiān)測CEMS 的發(fā)展應用和思考

劉志敏

（臨汾市生態(tài)環(huán)境局鄉(xiāng)寧分局，山西 臨汾 041000）

1 污染源CEMS 的定義和組成

CEMS 是英文Continuous Emission Monitoring System 的縮寫，是指對大氣污染源排放的氣態(tài)污染物和顆粒物進行濃度和排放量連續(xù)監(jiān)測并將信息實時傳輸?shù)街鞴懿块T的設(shè)備，稱為“煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)”，也叫“煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)”或“煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)”。

CEMS 分別由氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理與通訊子系統(tǒng)組成。氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)主要用于監(jiān)測氣態(tài)污染物SO2、NOx、CO、HCl、NH3、HF 等的濃度和排放總量；顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)主要用來監(jiān)測煙塵的濃度和排放總量；煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)主要用來測量煙氣流速、溫度、壓力、含氧量、濕度等，用于排放總量的計算和相關(guān)濃度的參氧折算；數(shù)據(jù)采集處理與通訊子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器和計算機系統(tǒng)組成，實時采集各項參數(shù)生成各濃度值對應的干基、濕基及折算濃度，自動生成小時、日、月、年排放量，按相關(guān)規(guī)范規(guī)則完成缺失數(shù)據(jù)的補遺并實時傳輸?shù)街鞴懿块T的監(jiān)控平臺；煙塵測試由最初的跨煙道不透明度測塵儀發(fā)展到現(xiàn)在的原位后散射光煙塵儀、原位前散射煙塵儀、抽取式前散射煙塵儀、原位電荷法煙塵儀等設(shè)備。

2 污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)的歷史和應用

2.1 山西省的污染源在線監(jiān)測CEMS系統(tǒng)的發(fā)展過程

1）初期階段（2000 年以前）：這個階段，山西省的工業(yè)企業(yè)很少建設(shè)污染源在線監(jiān)測CEMS 設(shè)備，監(jiān)測廢氣排放主要依靠手工抽樣分析方法，存在的問題是廢氣排放監(jiān)測的時效性差，也無法實時連續(xù)監(jiān)測；

2）啟動階段（2000—2005 年）：隨著環(huán)保要求的提高，我省開始實施對重點污染源在線監(jiān)測設(shè)備安裝建設(shè)，鼓勵企業(yè)安裝使用。這個階段由于技術(shù)限制和成本問題，設(shè)備的普及率還比較低，只有一些大型企業(yè)主動安裝了CEMS 設(shè)備；

3）發(fā)展階段（2005—2015 年）：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和環(huán)境管理要求的逐步提高，山西省的CEMS 設(shè)備開始逐步普及。重點排污單位自動監(jiān)控設(shè)施的安裝聯(lián)網(wǎng)基本實現(xiàn)全覆蓋；

4）成熟階段（2015 年以來）：當前全省的CEMS設(shè)備應用已經(jīng)較為進步成熟，設(shè)備性能、技術(shù)水平、管理應用等方面都有了較大提高。目前使用的在線監(jiān)測CEMS 以冷干法、熱濕法、稀釋法為主，顆粒物也采樣抽取式激光前散射法，實現(xiàn)了更精確和全方位的污染源排放監(jiān)測。為改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。

2.2 污染源在線監(jiān)測CEMS 運行維護

山西省2008 年以前，污染源在線CEMS 多數(shù)以委托銷售CEMS 的廠家進行運維，2012 年前后污染源自動監(jiān)控運維要求機構(gòu)取得運維資質(zhì)，對違法違規(guī)運維的運維單位采取取消運維資質(zhì)的處理辦法。后來在鼓勵第三方運維的背景下，一些起步早且長期從事在線監(jiān)測設(shè)備的專業(yè)人員開始了在線監(jiān)測設(shè)備銷售、備品備件供應和售后運維服務。2015 年以后在線監(jiān)測運維單位取消資質(zhì)限制，運維人員只需要有培訓合格的上崗證即可，加上環(huán)境保護超低排放和深度治理實施，CEMS 安裝建設(shè)聯(lián)網(wǎng)和運行維護的規(guī)模都在增多，同期由地方財政出資的第三方運維模式逐步退出，排污單位開始委托第三方運維全面鋪開，當中也出現(xiàn)了運維單位和人員的運維質(zhì)量和水平良莠不齊、魚龍混雜。當前由于是排污單位對自動監(jiān)測數(shù)據(jù)負責的原則和運行準入門檻的過低，加上運維單位總體相對過多、小公司“劣幣驅(qū)逐良幣”以及激烈的市場競爭，使得在線監(jiān)測設(shè)備的銷售和運維服務都受沖擊，一定程度上造成了后期的諸多運行不規(guī)范問題。細觀近期內(nèi)的現(xiàn)場執(zhí)法檢查在線監(jiān)測設(shè)備不正常運行、運維管理不規(guī)范以及數(shù)據(jù)弄虛作假的情況紛紛被媒體和自媒體通報曝光，涉事單位運維人員和負責人被刑拘種種行為，在持續(xù)高壓對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)弄虛作假行為的嚴厲打擊下，各級監(jiān)管部門、排污單位及在線監(jiān)測運維第三方相關(guān)從業(yè)人員都應該各自立足崗位重新思考，怎樣才能真正守法盡職、科學規(guī)范地做好污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)工作。

3 CEMS 在應用中存在的一些問題

在長期從事污染源自動監(jiān)控的相關(guān)工作中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題值得思考，如問題一：抽取式顆粒物測量煙氣流速與流速CEMS 數(shù)據(jù)相差較大，以及流速低于5 m/s 時如何進行等速采樣？分析：抽取式顆粒物濃度測量設(shè)備一般采用差壓法進行煙氣流速測量，同時采樣流量多數(shù)采用差壓式進行測量，部分采用熱式方法進行測量，多數(shù)抽取式顆粒物設(shè)備無煙氣流速及采樣流速校準功能，或者相關(guān)校準功能需要設(shè)備廠家高級權(quán)限進行操作，長時間運行抽取式顆粒物自身配置的差壓式流速裝置因未進行校準或維護準確性難以得到保證；而流速CEMS 日常運行過程中需要定期進行檢查、反吹和校準，以及比對校驗，測量數(shù)據(jù)質(zhì)量相對受控，當抽取式顆粒物流速與流速CEMS 數(shù)據(jù)誤差較大時，排除流場及設(shè)備故障因素外，流速CEMS 的數(shù)據(jù)相較于抽取式顆粒物測量流速數(shù)據(jù)受控，多數(shù)管理部門要求等速跟蹤采用流速CEMS 數(shù)據(jù)進行控制，在采用流速CEMS 數(shù)據(jù)進行等速采樣時，需要將流速或差壓信號引入抽取式顆粒物設(shè)備，引入信號時應對信號單位進行確定，引入差壓時需要抽取式顆粒物設(shè)備對差壓進行計算，計算公式應與流速CEMS 一致，接入流速信號時應確認量程的一致性。

還有在一些場合煙氣流速長時間低于5 m/s(如焦化企業(yè)的焦爐煙囪排放口），采用差壓式進行流速測量時，流速測量數(shù)據(jù)準確性值得考慮。同時對低于5 m/s 的工況，流速測量引入的誤差增加，采用等速跟蹤采樣時，采樣流量不易控制且誤差較大，低流速下是否應該采用等速跟蹤成為現(xiàn)場執(zhí)法檢查的焦點問題。當前對于抽取式顆粒物測量設(shè)備的技術(shù)規(guī)范尚未發(fā)布，現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范中對抽取式顆粒物測量裝置的要求也只一句吸引跟蹤誤差，對跟蹤誤差適用的范圍和條件，技術(shù)規(guī)范中未做任何說明，造成了一些現(xiàn)場檢查時要求低流速下也應滿足誤差要求的問題。HJ75中對手工采樣顆粒物時采樣方式及流速的關(guān)系進行了表述，即5 m/s 以上采用等速跟蹤采樣，2.5～5 m/s采用平均流速進行等流量采樣，2.5 m/s 以下時采用2.5 m/s 的流速進行恒流量采樣。抽取式顆粒物設(shè)備應參照以上采樣方式進行采樣模式設(shè)置。而對于低流速下抽取式顆粒物流速跟蹤較差或較好的情況，設(shè)備生產(chǎn)單位應明確其控制采樣方法及原理，即低流速下采用那個流速為參考進行的采樣，低流速下跟蹤較高的情況下，采樣是否有代表性。

問題二：燒結(jié)煙氣采用紫外方法測量二氧化硫分析儀及全程質(zhì)控均滿足要求，而在脫硫設(shè)施運行穩(wěn)定情況下，二氧化硫數(shù)據(jù)波動較大？分析：燒結(jié)煙氣受燒結(jié)機及燒結(jié)原料的影響，煙氣中CO 濃度相對較高，一般情況下CO 質(zhì)量濃度在3 000～20 000 mg/m3不等，CO 濃度受生產(chǎn)工藝及控制（煙氣再循環(huán)）因素影響，伴隨著CO 的產(chǎn)生煙氣中有機物的種類和濃度也有所變化，部分有機氣體在紫外光譜上具有明顯的吸收特征，紫外分析儀測量SO2的吸收峰與有機氣體的吸收峰接近或重疊時，采用常規(guī)算法進行計算的SO2濃度是受到有機氣體干擾后的結(jié)果，應對干擾氣體的影響予以屏蔽或消除后才對SO2進行計算，分析儀中往往采用軟件算法方式進行消除或屏蔽，一些分析儀未進行相關(guān)干擾補償修正的，就出現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大波動的情況。現(xiàn)場分析儀是否存在干擾可以通過查看分析儀內(nèi)的譜圖進行初步分析和判斷，但是多數(shù)分析儀廠家對譜圖的展示不予以公開或不如實公開，如圖譜顯示只有形狀，未注明波長和幅值，不便于使用者在出現(xiàn)異常情況時進行分析和判斷，紫外分析儀在含有有機氣體場合使用時，容易受到有機物的干擾，因此建議今后該類企業(yè)用戶在購買分析儀時應注意，對含有機物成分和濃度不明的場合，應采購設(shè)備具備譜圖波長展示功能，便于數(shù)據(jù)異常時進行分析和判斷。

問題三:由于脫硝CEMS 的工作環(huán)境工況較為惡劣，可能造成采樣系統(tǒng)堵塞，出現(xiàn)分析儀無流量而失靈，監(jiān)測分析數(shù)據(jù)無效。分析存在的主要共性問題有：取樣管路或探頭堵死；預處理系統(tǒng)內(nèi)部過濾器堵塞；預處理系統(tǒng)中冷凝器結(jié)冰，除濕效果差；預處理系統(tǒng)中蠕動泵故障，冷凝器不能正常工作，除濕效果差。預處理系統(tǒng)中的抽氣泵長時間帶水運行，煙氣抽取不出。解決該問題的途徑只能是盡可能優(yōu)化和改進脫硝工況以及加強運維頻次并提高運維質(zhì)量。

問題四：煙氣在線監(jiān)測設(shè)備品牌數(shù)量多，但是掌握核心技術(shù)和擁有自主技術(shù)的品牌較少，部分在線監(jiān)測設(shè)備存在仿制、抄襲、組裝現(xiàn)象。分析十年前通過中國環(huán)境監(jiān)測總站適用性檢測的在線監(jiān)測設(shè)備品牌不足30 家，檢測項目主要涉及煙氣和廢水常規(guī)參數(shù)（COD、氨氮）；2022 年中國環(huán)境監(jiān)測總站公布通過適用性檢測的在線監(jiān)測設(shè)備品牌已達100 余家，檢測項目多達十余個，其中還有一部分為同一設(shè)備更換標簽型號后的重復性認證，這些設(shè)備品牌一般只具備集成能力，不具備分析儀器或核心器件的研發(fā)生產(chǎn)能力，品牌的核心競爭力不強優(yōu)勢不明顯。

4 對在線監(jiān)測CEMS 日常運行維護的建議

4.1 規(guī)范運維制度

研究出臺關(guān)于細化污染源自動監(jiān)控運維管理的相關(guān)規(guī)定并進行國家層面的權(quán)威解讀。規(guī)范執(zhí)法監(jiān)測的法律法規(guī)，提高在線監(jiān)測運維人員的技術(shù)水平，統(tǒng)一管理部門、排污單位、運維機構(gòu)的解讀共識標準；解決環(huán)境管理部門忙管理、排污單位忙生產(chǎn)、現(xiàn)場運維忙巡檢的表面問題。統(tǒng)一對國家規(guī)范標準和地方規(guī)范標準的認知，加強對運維管理的技術(shù)交流和學習提高，切實解決現(xiàn)存的技術(shù)難題和瓶頸，促進污染源自動監(jiān)控秩序規(guī)范。

4.2 強化權(quán)威解讀

盡管新的《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 75—2017）和《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》（HJ 76—2017）技術(shù)規(guī)范修訂發(fā)布已經(jīng)好幾年了，但大家對理解和解讀或多或少普遍有出入，例如我們在平時技術(shù)交流和進行現(xiàn)場核查時，關(guān)于對CEMS 進行全程通標氣，200 s 內(nèi)達到示值誤差、零點漂移或者量程漂移等情況就有不同的理解。標準里要求系統(tǒng)響應時間200 s 內(nèi)；然后查系統(tǒng)響應時間的定義是：系統(tǒng)響應時間指從CEMS 系統(tǒng)采樣探頭通入標準氣體的時刻起，到分析儀示值達到標準氣體標稱值90%的時刻止，中間的時間間隔，包括管線傳輸時間和儀表響應時間。多數(shù)情況下有的設(shè)備在系統(tǒng)響應時間220 s 內(nèi)能達到90%，但是在200 s 內(nèi)不能滿足示值誤差范圍要求，大家的理解就很多；還有就是由于當前多數(shù)企業(yè)都進行了超低排放改造，污染物排放濃度較低，以及地方也制定了嚴于正常排放標準的地方管理類排放標準，在線設(shè)備均使用了雙量程模式測量，有時侯高、低量程的全部測量準確性和連續(xù)穩(wěn)定運行不好保障，這給運維巡檢工作又帶來了一定的困難。

4.3 提高從業(yè)人員的素質(zhì)

首先運維人員必須具備響應的專業(yè)知識，應該有實際現(xiàn)場操作和實習經(jīng)歷，了解規(guī)范要求掌握日常運維的內(nèi)容。當前雖然多數(shù)運維人員參加了相應培訓，但仍有相當多的人對設(shè)備和運維知識掌握不足，對設(shè)備原理更是了解不夠，也不能算合格的運維人員；還有大部分運維單位沒有配備督查人員和質(zhì)量保證人員，自我監(jiān)督和運維質(zhì)量根本無從保證。還是應該通過常態(tài)化培訓、崗位培訓、安全培訓、經(jīng)驗分享和實際操作鍛煉等方面多提高從業(yè)人員的素質(zhì)水平，使其更好地適應在線監(jiān)測CEMS 設(shè)備的運維工作提高從業(yè)人員的素質(zhì)水平。

4.4 加大懲戒實施末位淘汰

目前全省的第三方運維商有80 多家，僅臨汾市就有大大小小20 余家，各運維機構(gòu)有裝備水平運營技術(shù)優(yōu)秀的也有較差的，工作服務能力參差不齊，自我監(jiān)督提升能力不足。加上當前市場競爭激烈，企業(yè)又是運維機構(gòu)的衣食父母，雙方達不成協(xié)議，運維單位就沒有飯吃，種種情形之下運維工作的質(zhì)量就可看一斑了。因此管理部門還是要研究建立切實可行的制度和體制機制，一方面保障自動監(jiān)測設(shè)備的正常運行數(shù)據(jù)準確，另一方面保障運維單位的正當利益良性運行，同時收嚴加大違法違規(guī)行為的懲處，嚴格落實蓄意配合弄虛作假退出及末位淘汰機制，并多部門實施聯(lián)合懲戒，凈化污染源自動監(jiān)控設(shè)施運維環(huán)境，從源頭上保障自動監(jiān)控數(shù)據(jù)的真實準確，合力共建美麗中國。

5 結(jié)語

污染源在線監(jiān)測為生態(tài)環(huán)境管理提供重要的數(shù)據(jù)分析，是生態(tài)環(huán)境執(zhí)法重要的技術(shù)支撐體系。當前我們應在污染源在線監(jiān)測已取得長足發(fā)展的基礎(chǔ)上，持續(xù)增強各崗位人員素質(zhì)，規(guī)范落實技術(shù)規(guī)范和操作流程要求，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，以期更好服務于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善。