冶炼炉窑CEMS运维管理与质量控制浅析

2021-12-26王家蓉魏志萍

硫酸工业 2021年8期

王家蓉，秦茜，魏志萍

（金川集团股份有限公司镍冶炼厂，甘肃金昌 737100）

Continuous Emission Monitoring System（CEMS），被称为“烟气排放连续监测系统”或“烟气在线监测系统”，是指对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测，并将信息实时传输到主管部门的装置[1]。烟气排放连续监测系统由气态污染物（SO2、NOx、O2）监测子系统、烟尘（颗粒物）监测子系统、烟气参数（流速、温度、压力、湿度等）监测子系统及数据采集与处理子系统构成。采用完全抽取法或稀释抽取法的方式，生成各浓度值对应的干基、湿基及折算浓度，计算监测项目累积排放量，完成丢失数据的补偿，生成日、月、年报表及实时传输数据到主管部门。

1 CEMS运行现状

金川集团股份有限公司镍冶炼厂主要有闪速熔炼、顶吹熔炼和熔铸系统3条冶炼生产线，配套环保设施有烟气制酸、亚硫酸钠和环集脱硫系统，共有7个国控源尾气排放口，对应每个尾气排污口安装1套烟气在线监测设备，分别为顶吹炉熔炼系统尾气排放口（700 kt/a硫酸系统尾气）、镍闪速熔炼系统尾气排放口（480 kt/a硫酸系统尾气）、亚硫酸钠尾气排放口系统、顶吹炉环集烟气脱硫尾气排放口、闪速炉环集烟气脱硫尾气排放口、自热炉环集烟气脱硫尾气排放口、闪速干燥窑尾气排放口。

自2010年开始，镍冶炼厂先后完成各排口烟气在线监测设备的建设工作，采用CEMS-2000和SCS-900 2种型号设备，设备采用全程高温伴热采样方式，主要以二氧化硫、颗粒物、氧气、气量、压力、温度等为监测参数，并与上级环保部门实现联网上传。烟气在线监测设备成为环保管理的重要手段，监测数据成为计算环保排污税、排污总量的优先采用依据。

镍冶炼厂冶炼尾气排放口均执行GB 24356—2010《铜、镍、钴工业污染物排放标准》,烟气制酸尾气排放口前段环保设施采用碱液吸收法工艺，该工艺设备简单、脱硫效率高，尾气排口二氧化硫、颗粒物均在标准排放限值内。

2 国家对自动监控工作的最新管理要求

2017年8月4日，环境保护部下发了《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》（环办环监函〔2017〕61号），该通知对自动监控工作提出了新的要求：自动监控数据传输有效率由原来的考核地方政府转变为要求企业达标。按照《国务院关于印发“十三五”节能减排综合工作方案的通知》（国发〔2016〕74号）要求，重点排污单位污染源自动监控数据有效传输应保持在90%以上。

2017年中国环境保护产业协会发布T/CAEPI 11—2017《固定污染源自动监控（监测）系统现场端建设技术规范》，环境保护部发布HJ 75—2017《固定污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测技术规范》。2个标准对在线监测设备的监测点位的设置、采样平台、监测站房等提出了更具体、更严格的要求。

3 CEMS运行的质量保证和质量控制关键环节

CEMS设备从采购、安装、运行是一系列行为和过程，针对相应过程进行质量控制关键环节，主要包括系统设计、设备安装、系统性能调试、数据联网、运营维护管理五大环节[2]。

1）系统设计。主要包括安装位置、系统组成、技术参数等，排污口整治主要包括平台、走梯、开孔预埋、预制水、电、气施工等。

2）设备安装。主要包括设备安装、连接管、线敷设连接、水、电、气连接等。

3）系统性能调试。主要包括标校设备、功能测试等。

4）数据联网。主要包括通讯协议联调、数据有效性调试、上传数据调试等。

5）运营维护管理。主要包括日常维护保养、定期维护巡检、定期校准、定期校验等。

4 CEMS运维管理与质量控制存在问题

1）镍冶炼厂7套国控源CEMS设备总体运行良好，满足环保监测相关要求，但“环保部门对CEMS监测准确可靠的严格要求”与企业生产现场受工况限制存在最大的矛盾，环保部门现场对设备检测比对也是对CEMS设备运行的极大考验。

2）镍冶炼厂除硫设施治理效果的逐步稳定高效，导致污染源排放颗粒物和SO2、NOx等烟气污染物的浓度逐步降低，污染物控制指标有时达到污染物超低排放指标：ρ(SO2)≤35 mg/m3、ρ(NOx)≤50 mg/m3、颗粒物(ρ)5~20 mg/m3。这对CEMS仪器的检测灵敏度和检出限等均提出了更高的要求，原有一些仅能测量高浓度污染物和测量过程造成污染物损失较大的CEMS系统将面临淘汰。

3）制酸系统尾气钠碱吸收、环集氧化镁脱硫后往往烟气湿度较高，由于烟气温度较低，一般在45~55 ℃，导致烟气湿度往往接近饱和状态。烟气CEMS要在低温、高湿和强腐蚀性条件下进行连续自动监测，这对CEMS仪器的材质选择和测量的长期稳定可靠程度均是严峻的考验。

4）镍冶炼厂CEMS设备运维通过招标方式，择优选择有资格的第三方运营单位专业运维，实现了运维的专业化、社会化和市场化，镍冶炼厂与第三方运维单位关系相互独立，又相互依附。但CEMS监测的环保指标出现异常时，生产系统管理人员和第三方运维技术人员对CEMS监测数据的准确性存在争议的情况：①生产系统管理人员在生产系统正常运行、环保设施无故障、生产系统无事项造成指标异常时，对CEMS设备所监测的环保指标产生质疑，问题指向在线监测设备；②第三方运维技术人员运维管理、质量控制各项措施认为执行到位，设备标定判断符合规范要求，将异常数据问题指向生产系统。因此造成指标异常判断相互争议，以及降低故障处理的及时性。

5）在多年CEMS在线监测设备运行管理经验基础上，镍冶炼厂采用设备运维和备品备件一并委托运维，避免了在CEMS发生故障时，第三方运维单位以“备件、材料提供不及时”作为挡箭牌，逃避故障处置不及时的责任。镍冶炼厂通过每季度委托有资质监测单位对在线监测设备进行手工比对有效性审核，判定设备运行的准确性。但在实际运作过程中，每季度在线监测有效性合格，CEMS设备运维标定均符合要求，但有时现场环保督查监测数据会难以保证，造成企业主体责任的被动。

6）镍冶炼厂生产系统尾气环保治理设施采用碱液吸收法工艺，烟气制酸尾气和环集烟气脱硫剂分别采用氢氧化钠和氧化镁。碱液吸收法工艺反应灵敏、吸收效果好、便于操作，极大地满足了对尾气达标数据的控制。但制酸系统尾气气量波动频繁、环集系统处理气量大，尾气SO2浓度波动范围宽，前段工艺指标异常或设备故障（如冶炼生产系统负荷调整、电除尘器故障、制酸系统净化板式换热器堵塞等）均可造成在线监测指标异常，在线监测指标异常原因分析错综复杂，需要生产系统、环保设施、在线监测设备等系统性的判断。

7）尽管针对CEMS运维管理、质量控制采取各种措施，但在具体落实环节上，企业环保人员对CEMS运维管理、质量控制有时过度依赖第三方运维单位，没有深度参与。在各种运行程序和管控措施的贯彻执行主要体现在记录上，存在只有“记录签字”，而无“检查确认”的问题。各个运维管理、质量控制环节企业参与度不够，负面影响第三方运维单位对CEMS的运维管理和质量控制。在企业管理有效手段执行不到位的情况下，季度手工比对有效性审核作用出现脱节现象。

5 CEMS运维管理与质量控制提升措施

1）在线监控设施作为污染源环保指标监控关键设施、有效手段和主要考核依据，镍冶炼厂转变CEMS环保管理方式，落实企业主体责任。建立第三方运维模式，保持良好的装置水平和运行水平，确保设备运行正常、故障及时处置、设施定期校验、运维站房定期清洁。实现国家重点污染源数据传输率达到要求，为环保监控设施高效运行提供专业保障。

2）CEMS不仅仅是一个环保指标的监督手段，更是一个环保装置或设施运行状态处理效果的监测工具，对生产系统运行和成本经济运行有着至关重要的地位。企业环保人员深度介入CEMS设备日常维护、比对监测、校准调试等质量控制关键环节，加强在线监测设备的监督力度，最大限度消除第三方运维的依赖性，与第三方运维单位一起掌握设备运行状况。

3）针对CEMS设备设施现状，结合镍冶炼厂管理体系特色，以现场在线设备检测为数据源，建立车间级主控室、企业监控平台、市环保局监控中心多网点、多层级的监控管理模式。2018年镍冶炼厂优化管理组织，将环集脱硫系统划归亚硫酸钠车间统一管理，将各分散环集脱硫指标监控引入亚硫酸钠车间主控室，形成集中化管理模式，更有利用全厂环集脱硫系统的尾气指标管控。

4）严格贯彻“关键环保设施管理”指导思想，严格操作、点检和维修“三位一体”设备管理模式，强化CEMS操作和设备维护。

5）深入CEMS有效性审核质量控制环节，加强季度性有效性手工比对，对设备运行不稳定或质疑的设备增加手工比对抽检频次。加强对第三方运维质量的有效考核，督促提高运维质量，保证在线设备运行监测数据的准确性。

6）针对CEMS设备进行业务培训、技能提升，加强各级环保管理和技术人员理论水平和环保管理技术力量，确保核心环保管理力量配置到位。

7）全面强化CEMS对环保指标控制、环保设施运行方面的监督、指导作用。镍冶炼厂和车间坚持实时监控在线监测指标，组织研究分析尾气环保指标异常情况，对造成尾气环保指标异常的外部原因、客观因素及时向集团公司、市环保管理部门汇报沟通、协调解释。对系统内部员工操作、工艺设备运行等需要改进完善的地方，提出改进意见和建议。进一步完善了关键环保装置运行和关键环保指标控制，促进厂里全员关注CEMS运行和环保指标控制情况。