烟气CEMS系统准确度判定在生产中的运用

王宁

（新疆八一钢铁有限公司股份炼铁厂）

1 前言

随着国家对生态环境保护的要求日益严格，生态环境部制定了具体实施办法,其中对大气污染物排放标准及监测提出明确的要求。将工业企业主要排放口的监测数据作为排污许可证的申请核发的重要内容，并作为对排污许可证核发证后监管的核心要素，在HJ 76-2017中对CEMS监测数据的准确度有明确的规定。钢铁行业是排污大户，也是环境检测的重点监控对象。根据国家相关规定及排污许可证申请与核发技术规范等要求，2018年八钢炼铁系统对炼铁、焦化、烧结工序20余个主要排放口排放的废气安装了CEMS设备，监测各排放口数据并将数据实时上传至污染源监控平台。在日常数据管理中如何快速判定CEMS数据准确度，是对排污企业达到合规排放的基本要求。根据HJ 75-2017，HJ 76-2017规范，CEMS使用单位每季度需进行第三方比对监测，在两次比对时间间隔段内，若能快速判定CEMS设备准确度的情况，可使监测设备在满足标准要求下规范运行，使CEMS数据满足质控要求，从而避免CEMS系统准确度超标发生的环境风险。

笔者针对八钢炼铁系统CEMS数据监测过程中数据管理的运用实例进行分析，对烟气CEMS系统准确度进行判定，为八钢炼铁系统的烟气CEMS数据准确度管理提供技术支撑，并以此形成数据管理的基本规范应用到实际生产中。

2 八钢炼铁系统大气污染物排放

目前八钢炼铁厂生产主体装备：4×6.5m顶装焦炉、2×265m2+1×430m2烧结机,3×2500m3高炉+1座OY炉，具备年产铁水660万t能力。八钢污染物排量中60%以上由炼铁系统产生。

目前炼铁系统约有80余个废气排放口，其中烧结机头、机尾，焦化焦炉烟囱、装煤、拦焦，炼铁出铁场及矿槽等20余个废气排放口均已安装CEMS系统，实现了对废气排放情况的实时监控。

八钢炼铁系统主要烟气排放口排放标准见表1。

表1 大气污染物主要排放口特别排放限值 mg/m3

3 烟气CEMS系统组成及数据准确度的要求

CEMS即烟气排放连续检测系统,该系统对固定污染源颗粒物浓度和气态污染物浓度以及污染物排放总量进行连续自动监测，并将监测数据和信息传送到环保主管部门，确保排污企业污染物浓度和排放总量达标。同时，各种相关环保设备如脱硫、脱硝等装置，也依靠CEMS提供的数据进行烟气排放工艺过程参数的控制调整。

3.1 CEMS的基本组成

一套完整的CEMS系统基本组成包括颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数监测子系统、数据采集和处理子系统四个主要部分。

CEMS的结构一般包括采样和预处理系统、测量分析系统和辅助系统。

采样和预处理系统：用于对烟道或烟囱内的烟气进行采集和传输，并在不改变污染物组成的前提下对烟气进行预处理以满足后续分析测试的需要。

测量分析系统：用于对烟气中的各种参数进行准确测量和显示。

辅助系统：用于保障CEMS长期自动监测稳定性，提高监测数据质量的辅助设备。一般包括：反吹系统、排气排水系统、压缩空气预处理系统、气幕保护系统、校准校验系统。

CEMS的工作原理和技术分类按测量分析方式可分为两大类：一类是，将烟气从烟囱抽取出来进行测试分析；另一类是直接测量方式，将测量分析单元安装在烟囱上直接对排放烟气进行测量分析。抽取测量方式按其采样单元不同又分为完全抽取方式和稀释抽取方式两种。其中完全抽取式CEMS根据预处理系统的不同可分为冷干CEMS和热湿CEMS。目前八钢炼铁系统烟气CEMS系统采用的在线监测系统抽取测量方式均为冷干CEMS系统。其系统流程见图1。

图1 烟气冷干CEMS系统流程图

烟道内含尘烟气被抽入烟气采样器，采样器中有烟尘过滤装置及加热装置，烟气经过滤器滤过烟尘颗粒后经伴热传送管，进入一级汽水分离器，对水汽进行粗过滤，对颗粒物进行细过滤。然后对烟气进行冷凝，冷凝过程中对对水进行分离，然后样品气进行第二次汽水分离，经过滤后，样气进入分析气室进行分析。

3.2 CEMS数据的准确度及其要求

CEMS数据的准确度是采用参比方法与CEMS同步测定烟气中气态污染物的浓度，取同时间区间且相同状态的测量结果组成若干数据对，数据之差的平均值的绝对值与置信系数之和与参比方法测定数据的平均值之比。CEMS准确度是体现CEMS测量结果与实际排放浓度的接近程度，也称为CEMS“偏差”。引起偏差的原因可能由于测量方法、仪器故障、采样管路泄露、镜头变脏、参考标准件被污染等。因此CEMS数据准确度的判定在CEMS出具有效数据的全过程的外部质控程序中，对控制CEMS数据质量，提高数据有效性起到至关重要的作用。

HJ 76-2017 6.2.1.4对现场污染物排放检测的准确度要求：（1）气态污染物CEMS。参比方法测量烟气中SO2、NOx排放浓度的平均值。≥250μmol/mol时,CEMS与参比方法测量结果相对准确度≤15%;≥50～250μmol/mol时,CEMS与参比方法测量结果平均值绝对误差的绝对值≤20μmol/mol;≥20～50μmol/mol时,CEMS与参比方法测量结果平均值绝对误差的相对值≤30%;20μmol/mol时,CEMS与参比方法测量结果平均值绝对误差的绝对值≤6μmol/mol。

（2）O2CMS与参比方法测量结果相对准确度为≤15%。

4 CEMS数据准确度的现场比对判定的实例

4.1 比对数据的监测要求与数据采集

根据《污染源自动监测设备比对监测技术规定》（试行）的要求，气态污染物参比方法采样位置与CEMS测定位置靠近但不干扰CEMS正常取样，手工与自动同步采样。选取A1焦炉烟囱出口CEMS监测平台上方预留的手工采样孔（在CEMS监测口下游50cm处）对烟气的SO2、NOX及烟气参数进行连续采样监测。

对气态污染物（SO2、NOX）和O2要求至少获取6个数据时间间隔段 (仪表法可选取不小于2倍自动监测设备响应时间期间的平均值为1个数据)，本例中采用MODEL3080便携式红外线烟气分析仪进行现场参比数据的采样监测。

4.2 数据组的选取

现场选择实时数据采样时段为1min，连续采样35min。同时选取同时段CEMS监测分钟数据作为原始数据。根据CEMS设备系统响应时间要求：≤200s，取 5min作为时间间隔段，形成7个数据组，见表2。

4.3 数据准确度计算判定

根据数据准确度的要求，对表2数据进行相对准确度计算见参比计算表及氧气相对准确度计算见表 3、表 4。

表2 同时段CEM数据与实时取样数据对比

表3 参比计算表

表4 氧气CMS与参比方法测量结果相对准确度计算表

其中：di(O2)、di（NOX）、di(O2)，分别表示参比数据与同时段CEMS数据的差值；d表示SUM[di(O2)]/n；di(均)为 0.15/n；n 为表示数据组数；tf0.95 表示置信系数t值（95%置信水平）；Sd：参比方法与CEMS测定值数据对的差的标准偏差；cc为置信系数；RA为相对准确度。

根据以上参比计算数据对照污染物排放准确度现场检测要求，得出以下结论：

（1）SO2绝对误差的绝对值为2.87μmol/mol（8.2mg/m3），满足≤6μmol/mol的准确度要求。

（2）NOX绝对误差的绝对值为14.2μmol/mol（29.2 mg/m3），满足≤20μmol/mol的准确度要求。

（3）O2CMS与参比方法测量结果相对准确度为1%，满足≤15%的相对准确度要求。

5 结束语

通过实例说明了形成CEMS设备准确度的判定步骤及数据采集基本流程。八钢炼铁系统根据烟气CEMS质控要求在季度比监测时间段内，对烟气排口CEMS系统进行1～2次的准确度校核，按照计算表能快速对CEMS设备性能做出定量判定，并及时将发现的问题通知运维方按照HJ 75-2017附录B中之要求对在线监测设备的准确度进行规范的处理，以满足生态环境主管部门对废气排放企业主要排放口自动监测数据的质量控制要求。目前对烟气CEMS系统准确度判定已应用到八钢炼铁系统的烟气排放检测工作中，并形成了数据管理的基本规范，促进了八钢炼铁系统的节能减排工作的规范运行。