烟气排放连续监测系统现状与存在问题分析

2019-02-12汪太鹏

环境与发展 2019年12期

摘要：烟气排放连续监测系统（简称CEMS）是监控废气污染源污染物排放情况的重要设施，在判断企业是否达标排放等环境管理中发挥着重要作用。高可靠性的CEMS系统是确保其产生的数据准确与可用的基础。通过对基于HJ76标准的CEMS系统的小时数据产生环节的梳理分析，指出了CEMS系统在小时数据生成方面存在的主要问题，提出了加强和改进CEMS系统建设管理的意见建议。

关键词：烟气;CEMS;问题;分析

中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）12-0-03

Abstract：Continuous emissions monitoring system for flue gas （CEMS） is an important facility for monitoring the discharge of pollutants from exhaust gas sources， and plays an important role in judging whether enterprises meet emission standards and other environmental management. A highly reliable CEMS system is the basis for ensuring that the data information it produces is accurate and usable. Through combing and analyzing the hourly data generation of CEMS system based on HJ76 standard， the main problems of CEMS system in hourly data generation are pointed out， and suggestions for strengthening and improving CEMS system construction management are put forward.

Key words：Flue gas;CEMS;Problems;Analysis

我国在“十一五”期间开始大规模开展污染源自动监控系统建设，污染源自动监控系统建设是污染减排三大体系建设的重要内容，自动监控数据特别是燃煤电厂、污水处理厂自动监控数据成为判断污染减排成效的重要依据。其后，污染源自动监控数据逐渐在判断企业是否达标排放、环保电价核算、错峰生产管理等环境管理服务中发挥了重要作用。为保障污染源自动监控系统的建设运行，国家出台了《固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试行）》（HJ/T 75-2007）、《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法（试行）》（HJ/T 76-2007）、《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》（HJ/T 212-2005）等一系列自动监控相关的标准规范，2017年又发布了HJ75、HJ76、HJ212等标准修订版。随着污染源自动监控重要性的增强，自动监控数据准确性引起广泛关注。近年来各级生态环境部门相继曝光了一些企业自动监控数据造假案例，生态环境部2019年的一期通报显示抽查的汾渭平原地区136套废气自动监测设备手工比对合格率仅有22%。本文将对关注较多的CEMS系统进行简要分析，研究CEMS系统存在的问题并提出加强和改进系统建设管理的意见建议。

1 CEMS系统现状分析

1.1 CEMS组成结构及数据产生

HJ76标准规定了固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测系统的组成结构、技术要求、检测项目和检测方法，适用于固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测系统的设计、生产和检测。按照HJ76标准规定，CEMS系统结构主要包括样品采集和传输装置、预处理设备、分析仪器、数据采集和传输设备以及其他辅助设备等。经采样预处理，分析仪器产生实时数据（秒级），数据采集和传输设备采集实时数据后生成并存储分钟数据、小时数据等，并按规范传输数据到污染源监控中心。HJ76标准附录B“CEMS数据采集记录和处理要求”明确了分钟数据和小时数据采集处理要求。CEMS系统中的数据采集和传输设备即数据采仪传输仪，通常简称数采仪。

1.2 产品适用性检测

环境保护部环境监测仪器检定中心按照HJ76标准对送检CEMS产品进行检测，分为实验室检测和现场检测，主要检测项目为颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等CEMS的零点漂移、量程漂移、线性误差、示值误差、响应时间、准确度等，检定合格出具适用性检测报告。其中零点漂移、量程漂移、线性误差、示值误差、响应时间等主要描述分析仪的性能状况，准确度是采用一定数据对的相同时段CEMS每分钟累计测量值（平均值）与参比方法测量值进行相对准确度、相对误差、绝对误差等判定，准确度合格表明数据采集与传输设备计算的分钟数据符合HJ76要求。但|CEMS的适用性检测报告未提及数据采集和传输设备中计算的小时数据等是否符合要求。

同时，环境保护部环境监测仪器检定中心按照《污染源在线自动监控（监测）数据采集传输仪技术要求》（HJ477-2009）对数采仪进行了适用性检测，主要是檢测通讯协议、数据采集误差、存储容量、控制功能、平均无故障连续运行时间等，检测合格报告未对HJ76要求的颗粒物、气态污染物等小时数据的计算准确性、合规性做出说明。

截至2019年6月底，中国环境监测总站网站公布的在有效期内的适用性检测合格产品名录有CEMS126款、数采仪77款。

1.3 产品安装使用情况

HJ75标准规定了烟气排放连续监测系统安装、调试、验收与日常运行管理的有关要求。HJ/T75-2007标准要求安装的烟气自动监控设施必须取得产品适用性检测合格报告，最新修订的HJ75-2017标准取消了这一规定，但实际上目前各级生态环境部门在废气污染源自动监控设施建设安装管理方面，依然要求废气污染源安装的CEMS系统必须取得适用性检测合格报告。目前，CEMS安装后按照HJ75标准进行技术指标验收和联网验收，技术指标验收内容与适用性检测基本一致，体现在零点漂移、量程漂移、示值误差、响应时间、准确度等，联网验收包括通信及数据传输验收、现场数据比对验收和联网稳定性验收，未提及数采仪上小时数据计算准确性及相关软件功能等。调查结果显示，安装的CEMS均取得了适用性检测合格报告;另一方面，因无环保部门明确要求，数采仪选用五花八门，既有通过适用性检测的数采仪，也有未做适用性检测的设备，未做适用性检测的大部分采用工控机安装CEMS厂家或集成商（运维单位）的自主开发软件。

原环境保护部办公厅《关于加快重点行业重点地区的重点排污单位自动监控工作的通知》（环办环监〔2017〕61号）明确要求，地方环保部门不得组织自动监测设备安装联网验收，污染源自动监控设施验收由企业自行开展。根据两办《关于深化环境监测改革提高环境监测数据质量的意见》，生态环境部门不再开展有效性审核，重点排污单位依法安装使用污染源自动监测设备，定期检定或校准，保证正常运行，自行开展污染源自动监测的手工比对，及时处理异常情况，确保监测数据完整有效。由于缺少生态环境管理部门的验收和有效性审核等环境管理数据，CEMS系统建设与运行维护效果尚无全面、科学的数据支撑。

1.4 CEMS自动监控数据使用情况

当前，废气排放企业自动监控数据的污染物浓度小时数据是环境管理需要的重要基础数据，在判定企业污染物排放是否达标方面发挥了重要作用，相关日均值、各类排放量均由小时数据计算得出。例如，当前环保电价核算工作，即是由生态环境部门依据自动监控数据统计核定发电企业污染物排放浓度达标的小时数、超标的小时数，发展改革部门据此给与补贴或进行处罚，超标或达标均以污染物浓度小时均值进行判断。环境保护税自2018年1月1日开始征收，《环境保护税法》规定，应税大气污染物、水污染物、固体废物的排放量和噪声的分贝数，纳税人安装使用符合国家规定和监测规范的污染物自动监测设备的，首先采用污染物自动监测数据计算。《环境保护税法实施条例》规定，应税大气污染物浓度值是采用纳税人安装使用的污染物自动监测设备当月自动监测的大气污染物浓度值的小时平均值再平均所得数值。

2 CEMS系统存在问题分析

按照前文分析，自动监控数据的污染物浓度小时数据十分重要，但现行CEMS和数采仪的适用性检测均未对此进行明确认证，CEMS系统验收未对小时数据进行检验，造成HJ76标准要求的小时数据计算等规定落实情况无从检验，小时数据产生存在质量隐患。

2.1 无效的分钟数据纳入了小时数据的计算

调查发现，多款CEMS在运维人员进行零点校准、量程校准以及通入标准浓度气体进行检测时，数采仪依然显示该时段数据记录为有效（状态标记为N），说明CEMS系统状态未被有效采集。CEMS处于校准、故障维修、维护保养等非正常状态时，数采仪未正确采集该时段数据的系统状态并标识，造成无效的分钟数据被标识为有效状态，并被纳入小时数据的计算，由此计算得出的该小时数据是无效的、不准确的。国内某些厂家生产的CEMS系统选用了进口分析仪，因未做好技术衔接而无法识别并采集进口分析仪的自动校准时间和状态等，造成自动校准时间段的无效分钟数据也被納入了小时数据的计算。某垃圾发电厂被现场检查人员发现存在这种问题，承建方在无法直接通过分析仪获取系统校准状态的情况下，经修改数采仪软件，通过在软件中手工设置分析仪自动校准起止时间来标识数据状态，解决了校准数据参与小时计算的问题。

2.2 小时数据计算过程中公式（或参数）错误

HJ76明确CEMS日报表（即小时数据记录）、月报表和年报表的污染物浓度、烟气流量和烟气含氧量均为干基标准状态值，1小时浓度超标报警记录的是污染物折算浓度。污染物实测浓度等需要经过一系列的转换、折算及统计计算才能得到需要的小时浓度等数据，涉及数据转换或折算公式主要有污染物实测浓度到标况浓度转换、标况干基浓度折算为基准含氧量（或基准过量空气系数）状态下的浓度、标准状态下烟气排放流量计算、小时数据统计计算等。

HJ76标准中的计算公式显示，参与计算、转换或折算的参数有CEMS安装地点的环境大气压值、CEMS测量的烟气静压值、CEMS测量的烟气温度、烟气湿度、速度场系数、烟道截面积等。调查分析发现，CEMS系统数采仪软件实际计算（转换或折算）时，会在三个方面出现问题：

一是当地大气压值、烟气湿度等参数未实际监测而以常量代替造成计算误差。很多CEMS系统以标准大气压（101.325kpa）代替当地大气压进行计算，未实际测量烟气湿度而是设置一个固定值的烟气湿度，造成污染物标况浓度、干湿基浓度转换结果存在误差。例如，某地大气压值为99.17kpa，如以标准大气压101.325kpa代替带入计算，则有约2%的误差，由此计算的小时浓度值是不准确的，将在一定程度影响污染物达标判断。

二是基准含氧量（或标准过量空气系数）、烟道截面积、速度场系数等存在设置（输入）错误，从而计算出错误的折算浓度、烟气排放量等。此类情况更多的是企业故意为之，即涉嫌参数造假。参数造假也是各省披露的造假案例中常见的造假手段。

三是软件中的计算公式程序设置错误。如果现场监督检查没有特别进行计算准确性核查，则很难发现计算公式错误，甚至某些企业会在验收后将数采仪软件更换成计算错误的软件以期达到排放数据达标的目的。某省披露的一则自动监控数据造假案例显示，企业擅自更换数采仪软件，经核查发现该软件计算得出的污染物折算浓度明显偏低。

2.3 数采仪数据存储设计存在缺陷

数采仪上需要存储采集的秒级实时数据、计算得到的分钟数据、小时数据等统计数据，所以数采仪软件的数据库设计也是影响数据可靠性的重要环节。按照数据库设计规范，首先要保证数据库记录的唯一性。由于对CEMS系统及数采仪开展适用性检测未涉及数采仪软件数据库设计合理性、规范性，所以数采仪软件数据库设计是否合理无从得知，而现场监督检查更不可能对此进行检验。某省披露的一则废气企业在线监控数据造假案例，揭示了由于数据库设计不合理，允许重复数据记录存在，造成的小时数据失真等问题。

案例显示，该企业利用数据库存储数据记录允许重复的缺陷，在发现秒级实时数据超标后，将数采仪上的当前系统时间更改为至少1小时前的某时间点，使后面时段超标秒级实时数据的时间变成了前面已经存在的数据记录的时间，造成了前面完成分钟数据和小时数据计算的某时间段有重复的分钟数据记录，而后面某时间段分钟数据缺失，缺失分钟数据个数大多超过20个，最后计算当前小时浓度数据时应超标的小时浓度数据变成了不超标的数据。该项造假的实现也利用了2.4描述的问题，计算小时数据时未进行分钟数据是否符合要求的判断。

2.4 分钟有效数据数量不符合要求

HJ76标准要求小时数据计算要包含本小时至少45分钟的分钟有效数据。调查发现，部分数采仪在进行小时数据计算时并未对合规的分钟数据数量进行判断。前述2.3中案例显示，数采仪软件未做分钟有效数据个数是否达到45个的判断，在不够45个时也直接对该时段分钟数据进行了统计计算，得出了不合规的小时数据。

3 结论及建议

数采仪软件存在缺陷是影响CEMS系统小时数据可靠性的主要因素;数采仪软件缺陷会造成部分数据不准确或被企业利用漏洞进行数据造假。

建议从以下几个方面加强CEMS系统、数采仪适用性检测认证以及建设与日常管理，提高CEMS系统的可靠性。

一是加强CEMS系统、数采仪软件的检测认证与备案，对CEMS按照HJ76标准全面检测，或者在HJ477标准之上增加数采仪认证内容，按照HJ76标准检验数采仪软件中小时数据等各类转换、折算、统计计算的准确性、合规性，确保上传到监控中心的数据准确合规。另外，任何数采仪软件版本变更均应重新提交检验。

二是将CEMS系统参数作为监控指标进行管理，各级监控中心的污染源自动监控系统中备案管理CEMS系统参数，动态监控现场数采仪及分析仪的参数，发现变动自动报警。另外，将CEMS系统时间也作为管理指标，对CEMS系统进行统一授时管理，前端数采仪不得自行變更调整时间。

三是加强对验收后投入使用的CEMS系统的监督管理，开发检查工具软件，现场检查时验证数据计算准确性。比如，查看任意小时数据的详细分钟数据及状态，检查是否计算准确、合规。

四是按照《网络安全法》要求，数采仪上各类操作日志应保存6个月以上，方便现场监督检查时调阅查看。

4 结束语

目前，污染源自动监控设施建设已经呈现出全覆盖的趋势，自动监控数据已经成为环境管理决策的重要数据支撑。提高自动监控数据可靠性、满足环境管理对自动监控数据的需求是建设污染源自动监控设施的出发点和最终目标。

参考文献