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"十四五"大气污染治理攻坚,应从CEMS数据打假及监测补短板入手

作者:凤凰新闻网 2021-03-12 03:47  101 浏览量

一、前言


随着电力、钢铁行业超低排放治理的进行,我国大气污染情况得到了很大的改善,但不时来袭的秋冬季雾霾仍时刻提醒环境污染治理任重道远。


烟气在线连续监测系统(CEMS)作为环保监管最为关键的设备,其监测数据的准确性直接决定我国大气污染治理质量的高低。


2018年生态环境部印发《生态环境监测质量监督检查三年行动计划(2018-2020年)》,明确到2020年,基本实现健全的生态环境监测数据质量保障责任体系,有效遏制监测数据弄虚作假问题,确保生态环境监测机构和人员独立公正开展工作。


然而,企业采取非正常手段干预CEMS数据,设备质量、运营管理制度不规范等原因造成CEMS数据失真的问题仍屡见不鲜,相关报道如图1所示。



“十四五”开局之年,以高质量为发展主题,大气污染治理的深入攻坚,应迅速从高质量监管CEMS数据、严厉打击CEMS数据造假行为、制定更科学的监测方法入手。以下就电力、钢铁脱硫脱硝存在的用隐秘手段对CEMS数据造假或放任失真的一些典型情况,以及目前我国污染物手工监测存在的短板等问题,作简要的剖析。


二、脱硫脱硝CEMS数据进行造假或失真的典型情况及问题


1.氨逃逸对SO2测量的减量导致数据失真


受过量氨逃逸干扰会造成“假脱硫”现象。“假脱硫”指CEMS上传的SO2浓度数据远比真实数据小。氨法脱硫,以及SCR/SNCR脱硝工艺存在严重氨逃逸时,将导致后端SO2浓度的测量值严重偏小。


氨易挥发,且在低温状态下,极易与SO2发生反应,生成亚硫酸氢铵(NH4HSO3)或亚硫酸铵((NH4)2SO3)。如果氨逃逸高,大量过剩氨随测量抽取的烟气一起被抽入CEMS中,而如果CEMS没有设置除氨装置,则逃逸氨在CEMS的预处理装置中与SO2发生反应生成亚硫酸氢铵,然后被冷凝和过滤除去,导致SO2测量值低于实际值。氨逃逸浓度越大,SO2测量值越低于实际值。

逃逸氨与SO2在CEMS中的“脱硫”反应,如下图2所示:


以下为某电厂氨逃逸导致SO2测量值远小于实际值的实例。该电厂CEMS采用的冷干抽取法+红外分析仪的测量方法,预处理配置为常规配置,没有设置除氨预处理装置。通过历史曲线可以证实,在石灰石投入量基本不变的条件下,尿素投入量大时,SO2浓度监测值低;相反,当尿素投入量减少时,SO2浓度就出现明显的反弹峰。见下图3。


因此,SO2浓度看似只有不到零点几或1~2mg/Nm3的“超低排放”背后,其实是超高氨逃逸和CEMS不规范配置的漏洞,掩盖了实际值远高于测量显示值的真相!


2.一些企业通过故意让辅助参数失真或人为造假导致上传环保部门的数据严重偏低


根据《HJ75-2017 固定污染源烟气(SO2、NOX、颗粒物)排放连续监测技术规范》的规定,上传环保部门的CEMS数据全部要转换为标准状态干基值,并折算成基准氧含量浓度上传。湿度的准确性对热湿法和稀释法CEMS的数据真实性有双重影响:湿度越低,折算后的污染物干基浓度越低,干基氧含量越小,折算后的污染物浓度越低。


湿度作为CEMS的辅助参数,在国内主流的冷干法CEMS中无需参与数据折算,环保核查时常常不被重点关注,国家环保规范对湿度测量的准确度要求又比较低,这些因素给某些环保企业创造了隐秘造假的机会。一些选用热湿法或稀释法CEMS的企业,有意对CEMS湿度数据不合理偏低的问题不予解决,甚至人为调低湿度数据,就能使上传环保部门的排放测量数据从不达标变为“达标”。


以下为某烧结机烟气脱硫脱硝工艺利用湿度隐秘造假的案例。烧结机的工况烟气湿度通常在10%以上。该烧结机脱硝采用氧化法,脱硫采用半干法脱硫工艺,每小时需要喷入十多吨的工艺水,烟气湿度会进一步增加。因此,出口烟气湿度应该要高于入口。但DCS画面上显示的出口烟气湿度均反常地比入口低很多。见下图4所示。


该项目CEMS气态污染物测量采用的是热湿法,根据NOX实测值,按照HJ 75-2017规范将出口湿度以合理值折算后的NOX排放浓度见下表1。很明显,以百分之四点几的湿度折算的NOX排放值均在超低排放指标范围内,但如果以正常湿度值折算后的NOX排放值全部超出超低排放值。


如图5所示,该项目烟囱冒黄烟的现象也可以直接验证表1的结论,实际的NOX排放是明显超标的,但上传环保的NOX排放数据却能达到超低排放标准。

对于半干法脱硫,喷入十几吨水,无论如何脱硫脱硝出口湿度不可能低于入口这么多。即使有偏差,作为环保企业,应该及时对湿度仪表的测量准确性进行检查、重新标定等,保证设备测量的准确性,放任CEMS数据失真本身就属于违法。


3. 烧结氧化法脱硝用NO2/NO转化炉造假


当前,我国钢铁烧结脱硫脱硝治理存在一定程度的乱象,一些采用造价低、稳定性控制难度大的氧化法脱硝,极易出现对本地大气环境危害极大的“假脱硝”。


烧结烟气NOx中,NO占比约95%,NO2占比约5%。氧化法脱硝的原理是将烟气中的NO氧化为可溶于水的NO2,然后在脱硫塔内,利用碱性吸收剂与NO2发生吸收反应,生成硝酸盐和亚硝酸盐等,从而实现脱硝。


氧化法脱硝易将NO氧化为NO2,但NO2的高效吸收反应却受很多的条件制约,很难稳定实现高脱硝率。这就是为什么脱除NO2比SO2所耗的碱性吸收剂往往要成倍增加。


我国多数企业烟气排放口安装的在线监测仪并不能直接测量NO2,而是通过转化炉将其转化为NO进行测量。目前的NO2/NO转化炉一般都为钼炉,通常转化炉的寿命只有约2年。当烟气中存在大量NO2时,转化炉会迅速失效,导致NO2漏测,致使在线上传的NOx浓度值严重偏低。


一些钢铁烧结企业利用环保在线监测装置针对NO2需通过转化炉转化为NO一并监测的技术短板,放任转化炉失效,只把烟气NOx中占比95%以上的NO氧化为NO2,但不相应增加吸收剂对NO2进行高效脱除,造成实际排放的NOx几乎没有减少,是一种“假脱硝”。根据调研数据分析,一台260m2中等规格烧结机的氧化法脱硝,根据造假程度不同,一年可偷省约2000~4000万元脱硝运行成本。


因此,钢铁烧结氧化法“假脱硝”不仅没有减少NOx的排放,反而将大量NO转化为NO2排放,立竿见影地升高了本地大气臭氧和硝酸盐PM2.5浓度。


三、手工监测无法准确测量湿法脱硫雾滴夹带的可溶性盐和0.3微米以下的一次细颗粒


从我国许多电厂、钢厂的湿法脱硫雾滴浓度严重超标,烟囱存在拖尾,颗粒物排放明显无法满足超低排放指标,但为什么不能被一次又一次“钢牙利齿”的环保督察和实时在线与环保局联网的监测数据发现呢?


颗粒物排放浓度的权威考核测量,世界通用的方法是采用人工取样称重来进行。


我国全面实施超低排放后,有关部门修订了低浓度颗粒物人工称重监测标准,其中一个修订为采样过滤介质由传统的滤筒改为单层滤膜。


单层平板滤膜的厚度不到筒状滤芯壁厚的1/3,材质一般为聚四氟乙烯,不亲水。修订标准规定,平板滤膜对0.3μm以上可过滤颗粒物的拦截效率应大于99.5%。


将人工称重取样原用的滤筒,改为单层平板滤膜,可以减少原滤筒方式在拆卸、转运和烘干称重过程中的颗粒物损失。但这一改变,实际不仅没有解决测不到可凝结颗粒物的问题,反而导致小于0.3μm的可过滤细颗粒和湿法脱硫雾滴中的可溶性盐没有被取样到,致使烟尘浓度的测量失真更大。


采用单层平板滤膜取样,采样过程全程须加热到120℃。这样,取样抽取的烟气中含有的湿法脱硫雾滴中的可溶性盐(主要为铵盐)均蒸发为气态,无法被平板滤膜拦截;而由于单层平板滤膜的拦截粒径仅为0.3μm,因此,湿法脱硫雾滴中小于0.3μm的烟尘颗粒以及可过滤钙基化合物(碳酸钙、硫酸钙)等,也无法被滤膜拦截、测量。


因此,我国实施超低排放后,由于标准修订改为单层平板滤膜取样,又不考核烟气二次可凝结颗粒物(英文缩写CPM,主要为可溶性盐、SO3形成的硫酸气溶胶)排放,除了导致漏测了湿法脱硫烟气中粒径小于0.3μm的可过滤颗粒物外,还使得湿法脱硫雾滴大量排放的问题被掩盖或放纵。


综上原因,很多湿法脱硫表面上看脱硫率非常高,但排放大量本地型的细颗粒,极大加剧了秋冬季重污染天气的形成。但由于我国现有测试标准存在的漏洞,这些源源不断排放的本地细颗粒迟迟无法被发现。


四. 结束语


2020年,我国为期三年的“蓝天保卫战”圆满收官,大气环境质量得到明显的改善,但专家研究表明:空气中细颗粒物(PM2.5)浓度与发达国家水平和世界卫生组织(WHO)指导值的差距依然明显,臭氧表现出持续上升态势,区域大气污染问题依然突出。京津冀及周边地区、汾渭平原、长三角地区PM2.5浓度仍分别超标62.6%、57.1%、17.1%。另外,我国秋冬季重污染依然多发频发,重点区域秋冬季PM2.5浓度是春夏季的1.6至2.1倍,重污染天数占全年90%以上。因此,我国大气污染治理任重道远。


“十四五”的发展主题是高质量。通过精准、高质量的CEMS数据监管,从源头保证数据的真实性,是实现精准治污、科学治污、依法治污的基础,也是大气污染高质量治理的重大关键。因此,“十四五”大气污染治理的深入攻坚应首先从深化CEMS数据打假、高质量监管监测数据,以及监测补短板入手。


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