污染源在线监测CEMS 的发展应用和思考

刘志敏

（临汾市生态环境局乡宁分局，山西 临汾 041000）

1 污染源CEMS 的定义和组成

CEMS 是英文Continuous Emission Monitoring System 的缩写，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量连续监测并将信息实时传输到主管部门的设备，称为“烟气自动监控系统”，也叫“烟气排放连续监测系统”或“烟气在线监测系统”。

CEMS 分别由气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统和数据采集处理与通讯子系统组成。气态污染物监测子系统主要用于监测气态污染物SO2、NOx、CO、HCl、NH3、HF 等的浓度和排放总量；颗粒物监测子系统主要用来监测烟尘的浓度和排放总量；烟气参数监测子系统主要用来测量烟气流速、温度、压力、含氧量、湿度等，用于排放总量的计算和相关浓度的参氧折算；数据采集处理与通讯子系统由数据采集器和计算机系统组成，实时采集各项参数生成各浓度值对应的干基、湿基及折算浓度，自动生成小时、日、月、年排放量，按相关规范规则完成缺失数据的补遗并实时传输到主管部门的监控平台；烟尘测试由最初的跨烟道不透明度测尘仪发展到现在的原位后散射光烟尘仪、原位前散射烟尘仪、抽取式前散射烟尘仪、原位电荷法烟尘仪等设备。

2 污染源在线监测系统的历史和应用

2.1 山西省的污染源在线监测CEMS系统的发展过程

1）初期阶段（2000 年以前）：这个阶段，山西省的工业企业很少建设污染源在线监测CEMS 设备，监测废气排放主要依靠手工抽样分析方法，存在的问题是废气排放监测的时效性差，也无法实时连续监测；

2）启动阶段（2000—2005 年）：随着环保要求的提高，我省开始实施对重点污染源在线监测设备安装建设，鼓励企业安装使用。这个阶段由于技术限制和成本问题，设备的普及率还比较低，只有一些大型企业主动安装了CEMS 设备；

3）发展阶段（2005—2015 年）：随着技术的不断发展和环境管理要求的逐步提高，山西省的CEMS 设备开始逐步普及。重点排污单位自动监控设施的安装联网基本实现全覆盖；

4）成熟阶段（2015 年以来）：当前全省的CEMS设备应用已经较为进步成熟，设备性能、技术水平、管理应用等方面都有了较大提高。目前使用的在线监测CEMS 以冷干法、热湿法、稀释法为主，颗粒物也采样抽取式激光前散射法，实现了更精确和全方位的污染源排放监测。为改善生态环境质量、实现可持续发展提供了重要的技术支撑。

2.2 污染源在线监测CEMS 运行维护

山西省2008 年以前，污染源在线CEMS 多数以委托销售CEMS 的厂家进行运维，2012 年前后污染源自动监控运维要求机构取得运维资质，对违法违规运维的运维单位采取取消运维资质的处理办法。后来在鼓励第三方运维的背景下，一些起步早且长期从事在线监测设备的专业人员开始了在线监测设备销售、备品备件供应和售后运维服务。2015 年以后在线监测运维单位取消资质限制，运维人员只需要有培训合格的上岗证即可，加上环境保护超低排放和深度治理实施，CEMS 安装建设联网和运行维护的规模都在增多，同期由地方财政出资的第三方运维模式逐步退出，排污单位开始委托第三方运维全面铺开，当中也出现了运维单位和人员的运维质量和水平良莠不齐、鱼龙混杂。当前由于是排污单位对自动监测数据负责的原则和运行准入门槛的过低，加上运维单位总体相对过多、小公司“劣币驱逐良币”以及激烈的市场竞争，使得在线监测设备的销售和运维服务都受冲击，一定程度上造成了后期的诸多运行不规范问题。细观近期内的现场执法检查在线监测设备不正常运行、运维管理不规范以及数据弄虚作假的情况纷纷被媒体和自媒体通报曝光，涉事单位运维人员和负责人被刑拘种种行为，在持续高压对在线监测数据弄虚作假行为的严厉打击下，各级监管部门、排污单位及在线监测运维第三方相关从业人员都应该各自立足岗位重新思考，怎样才能真正守法尽职、科学规范地做好污染源自动监控系统工作。

3 CEMS 在应用中存在的一些问题

在长期从事污染源自动监控的相关工作中，也发现了一些问题值得思考，如问题一：抽取式颗粒物测量烟气流速与流速CEMS 数据相差较大，以及流速低于5 m/s 时如何进行等速采样？分析：抽取式颗粒物浓度测量设备一般采用差压法进行烟气流速测量，同时采样流量多数采用差压式进行测量，部分采用热式方法进行测量，多数抽取式颗粒物设备无烟气流速及采样流速校准功能，或者相关校准功能需要设备厂家高级权限进行操作，长时间运行抽取式颗粒物自身配置的差压式流速装置因未进行校准或维护准确性难以得到保证；而流速CEMS 日常运行过程中需要定期进行检查、反吹和校准，以及比对校验，测量数据质量相对受控，当抽取式颗粒物流速与流速CEMS 数据误差较大时，排除流场及设备故障因素外，流速CEMS 的数据相较于抽取式颗粒物测量流速数据受控，多数管理部门要求等速跟踪采用流速CEMS 数据进行控制，在采用流速CEMS 数据进行等速采样时，需要将流速或差压信号引入抽取式颗粒物设备，引入信号时应对信号单位进行确定，引入差压时需要抽取式颗粒物设备对差压进行计算，计算公式应与流速CEMS 一致，接入流速信号时应确认量程的一致性。

还有在一些场合烟气流速长时间低于5 m/s(如焦化企业的焦炉烟囱排放口），采用差压式进行流速测量时，流速测量数据准确性值得考虑。同时对低于5 m/s 的工况，流速测量引入的误差增加，采用等速跟踪采样时，采样流量不易控制且误差较大，低流速下是否应该采用等速跟踪成为现场执法检查的焦点问题。当前对于抽取式颗粒物测量设备的技术规范尚未发布，现有技术规范中对抽取式颗粒物测量装置的要求也只一句吸引跟踪误差，对跟踪误差适用的范围和条件，技术规范中未做任何说明，造成了一些现场检查时要求低流速下也应满足误差要求的问题。HJ75中对手工采样颗粒物时采样方式及流速的关系进行了表述，即5 m/s 以上采用等速跟踪采样，2.5～5 m/s采用平均流速进行等流量采样，2.5 m/s 以下时采用2.5 m/s 的流速进行恒流量采样。抽取式颗粒物设备应参照以上采样方式进行采样模式设置。而对于低流速下抽取式颗粒物流速跟踪较差或较好的情况，设备生产单位应明确其控制采样方法及原理，即低流速下采用那个流速为参考进行的采样，低流速下跟踪较高的情况下，采样是否有代表性。

问题二：烧结烟气采用紫外方法测量二氧化硫分析仪及全程质控均满足要求，而在脱硫设施运行稳定情况下，二氧化硫数据波动较大？分析：烧结烟气受烧结机及烧结原料的影响，烟气中CO 浓度相对较高，一般情况下CO 质量浓度在3 000～20 000 mg/m3不等，CO 浓度受生产工艺及控制（烟气再循环）因素影响，伴随着CO 的产生烟气中有机物的种类和浓度也有所变化，部分有机气体在紫外光谱上具有明显的吸收特征，紫外分析仪测量SO2的吸收峰与有机气体的吸收峰接近或重叠时，采用常规算法进行计算的SO2浓度是受到有机气体干扰后的结果，应对干扰气体的影响予以屏蔽或消除后才对SO2进行计算，分析仪中往往采用软件算法方式进行消除或屏蔽，一些分析仪未进行相关干扰补偿修正的，就出现了测量数据出现较大波动的情况。现场分析仪是否存在干扰可以通过查看分析仪内的谱图进行初步分析和判断，但是多数分析仪厂家对谱图的展示不予以公开或不如实公开，如图谱显示只有形状，未注明波长和幅值，不便于使用者在出现异常情况时进行分析和判断，紫外分析仪在含有有机气体场合使用时，容易受到有机物的干扰，因此建议今后该类企业用户在购买分析仪时应注意，对含有机物成分和浓度不明的场合，应采购设备具备谱图波长展示功能，便于数据异常时进行分析和判断。

问题三:由于脱硝CEMS 的工作环境工况较为恶劣，可能造成采样系统堵塞，出现分析仪无流量而失灵，监测分析数据无效。分析存在的主要共性问题有：取样管路或探头堵死；预处理系统内部过滤器堵塞；预处理系统中冷凝器结冰，除湿效果差；预处理系统中蠕动泵故障，冷凝器不能正常工作，除湿效果差。预处理系统中的抽气泵长时间带水运行，烟气抽取不出。解决该问题的途径只能是尽可能优化和改进脱硝工况以及加强运维频次并提高运维质量。

问题四：烟气在线监测设备品牌数量多，但是掌握核心技术和拥有自主技术的品牌较少，部分在线监测设备存在仿制、抄袭、组装现象。分析十年前通过中国环境监测总站适用性检测的在线监测设备品牌不足30 家，检测项目主要涉及烟气和废水常规参数（COD、氨氮）；2022 年中国环境监测总站公布通过适用性检测的在线监测设备品牌已达100 余家，检测项目多达十余个，其中还有一部分为同一设备更换标签型号后的重复性认证，这些设备品牌一般只具备集成能力，不具备分析仪器或核心器件的研发生产能力，品牌的核心竞争力不强优势不明显。

4 对在线监测CEMS 日常运行维护的建议

4.1 规范运维制度

研究出台关于细化污染源自动监控运维管理的相关规定并进行国家层面的权威解读。规范执法监测的法律法规，提高在线监测运维人员的技术水平，统一管理部门、排污单位、运维机构的解读共识标准；解决环境管理部门忙管理、排污单位忙生产、现场运维忙巡检的表面问题。统一对国家规范标准和地方规范标准的认知，加强对运维管理的技术交流和学习提高，切实解决现存的技术难题和瓶颈，促进污染源自动监控秩序规范。

4.2 强化权威解读

尽管新的《固定污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75—2017）和《固定污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测系统技术要求及检测方法》（HJ 76—2017）技术规范修订发布已经好几年了，但大家对理解和解读或多或少普遍有出入，例如我们在平时技术交流和进行现场核查时，关于对CEMS 进行全程通标气，200 s 内达到示值误差、零点漂移或者量程漂移等情况就有不同的理解。标准里要求系统响应时间200 s 内；然后查系统响应时间的定义是：系统响应时间指从CEMS 系统采样探头通入标准气体的时刻起，到分析仪示值达到标准气体标称值90%的时刻止，中间的时间间隔，包括管线传输时间和仪表响应时间。多数情况下有的设备在系统响应时间220 s 内能达到90%，但是在200 s 内不能满足示值误差范围要求，大家的理解就很多；还有就是由于当前多数企业都进行了超低排放改造，污染物排放浓度较低，以及地方也制定了严于正常排放标准的地方管理类排放标准，在线设备均使用了双量程模式测量，有时侯高、低量程的全部测量准确性和连续稳定运行不好保障，这给运维巡检工作又带来了一定的困难。

4.3 提高从业人员的素质

首先运维人员必须具备响应的专业知识，应该有实际现场操作和实习经历，了解规范要求掌握日常运维的内容。当前虽然多数运维人员参加了相应培训，但仍有相当多的人对设备和运维知识掌握不足，对设备原理更是了解不够，也不能算合格的运维人员；还有大部分运维单位没有配备督查人员和质量保证人员，自我监督和运维质量根本无从保证。还是应该通过常态化培训、岗位培训、安全培训、经验分享和实际操作锻炼等方面多提高从业人员的素质水平，使其更好地适应在线监测CEMS 设备的运维工作提高从业人员的素质水平。

4.4 加大惩戒实施末位淘汰

目前全省的第三方运维商有80 多家，仅临汾市就有大大小小20 余家，各运维机构有装备水平运营技术优秀的也有较差的，工作服务能力参差不齐，自我监督提升能力不足。加上当前市场竞争激烈，企业又是运维机构的衣食父母，双方达不成协议，运维单位就没有饭吃，种种情形之下运维工作的质量就可看一斑了。因此管理部门还是要研究建立切实可行的制度和体制机制，一方面保障自动监测设备的正常运行数据准确，另一方面保障运维单位的正当利益良性运行，同时收严加大违法违规行为的惩处，严格落实蓄意配合弄虚作假退出及末位淘汰机制，并多部门实施联合惩戒，净化污染源自动监控设施运维环境，从源头上保障自动监控数据的真实准确，合力共建美丽中国。

5 结语

污染源在线监测为生态环境管理提供重要的数据分析，是生态环境执法重要的技术支撑体系。当前我们应在污染源在线监测已取得长足发展的基础上，持续增强各岗位人员素质，规范落实技术规范和操作流程要求，保证监测数据质量，以期更好服务于生态环境质量持续改善。