鋼鐵企業超低排放監測監控方案實施探討

雷天鳴

（中冶南方工程技術有限公司 湖北武漢 430223）

0 引言

近年來，國家及地方各省份陸續出臺多項文件，推進鋼鐵行業超低排放改造，助力大氣環境質量改善?；诔团欧鸥脑鞎r限逼近、重污染天氣差異化限產、差別化電價等壓力，鋼鐵企業均已陸續開展超低排放改造。鋼鐵企業超低排放監測監控的相關要求是隨著超低排放要求的全面推開才開始開展和實施的。本文將以某鋼鐵企業超低管控平臺項目建設過程為例，探討鋼鐵企業超低排放監測監控改造（設計）方案的制定。

1 鋼鐵企業超低排放監測監控涵蓋主要內容

超低排放監測監控貫穿于有組織、無組織和清潔運輸3個板塊之中，并非是1 個自成體系的要求。但是由于超低管控平臺概念的提出，借由管控平臺的建立，可以將這些零散內容整合成1 個相對獨立的體系。

鋼鐵企業超低排放監測監控涵蓋內容主要包括污染源自動監測（CEMS）、環保設施分布式控制系統（DCS）、總懸浮顆粒物濃度監測設備（TSP）、空氣質量監測微站、高清視頻監控、門禁系統及超低管控平臺7 個方面。

2 鋼鐵企業超低排放監測監控基礎現狀

超低排放改造以各鋼鐵企業的現狀為基礎，摸清現狀有助于判斷各項改造的實施難易程度。

2.1 污染源自動監測（CEMS）

現行鋼鐵行業排污許可制度關于自行監測的相關規定已經提出對燒結機機頭、機尾，球團焙燒，焦爐煙囪、裝煤、推焦、干熄焦，高爐礦槽、出鐵場，轉爐二次煙氣，電爐煙氣，燃用發生爐煤氣的軋鋼熱處理爐，14 MW 及以上的鍋爐排氣筒安裝自動監控設施的要求［1-2］?；旧细麂撹F企業均已按照排污許可要求在相關排氣筒安裝了CEMS，并與環保部門聯網。

超低排放相關文件進一步提出了對鐵水預處理、石灰窯、白云石窯排氣筒的CEMS 安裝要求，并將14 MW 以下的自備電站鍋爐排氣筒也納入安裝要求范圍內［3］。

2.2 環保設施分布式控制系統（DCS）

超低排放相關文件要求前述需安裝CEMS 的脫硫、脫硝及除塵設施配套安裝分布式控制系統（DCS），記錄設施運行及相關生產過程的主要參數?，F狀鋼鐵行業大部分工藝設施及廢氣治理設施多采用PLC 控制系統，面臨改造加裝DCS的問題。

2.3 總懸浮顆粒物（TSP）濃度監測設備

超低排放相關文件要求在生產工藝和物料輸送環節主要產塵點密閉罩、收塵罩等無組織排放控制設施周邊設置總懸浮顆粒物（TSP）濃度監測設備（簡稱“TSP”）［4］。此項要求各鋼鐵企業現狀基本都是零基礎，需全新設計安裝。

2.4 空氣質量監測微站

超低排放相關文件要求在廠區內主要產塵點周邊、運輸道路兩側安裝空氣質量監測微站點（簡稱“微站”），監控顆粒物等管控情況。大部分鋼鐵企業現狀基于廠區環境質量公示的要求，設有1 套微站，并通過戶外顯示屏等媒介向公眾進行廠區環境空氣質量數據公示。按超低排放相關要求，應在廠區內重點污染區、路口及廠界增設大量微站［5］。

2.5 高清視頻監控

超低排放相關文件要求在料場出入口、焦爐爐體、燒結環冷區域、高爐礦槽和爐頂區域、煉鋼車間頂部等易產塵點，安裝高清視頻監控設施［3］。鋼鐵企業現狀安裝視頻監控主要進行生產過程監控，主要監控對象為車間內生產設施，其點位基本不符合超低新增視頻監控要求而不能兼用。因此大部分企業需新增超低排放專用高清視頻監控設備。

2.6 門禁系統

超低排放相關文件要求企業建設門禁系統和視頻監控系統，監控進出廠運輸車輛的完整車牌號、車輛排放階段［4］。鋼鐵企業現狀一般都設有可識別車牌號的門禁系統，但尚不具備識別車輛排放階段的能力，因此需增加相關車輛環保等級等信息的預錄功能。

2.7 超低管控平臺

基于前述TSP、微站、高清視頻等數據采集要求，因此需要設置1 個無組織管控平臺對相關數據進行采集、展示和存儲。鋼鐵企業現狀基本設置了重點污染源CEMS 數據管理平臺，部分平臺還設置了移動端軟件，可以方便環保管理人員掌握重點污染源實時排放情況。對于超低排放提出的無組織排放管理功能，各鋼鐵企業均需要重新進行軟硬件配置。目前主流做法是將現有CEMS 數據管理平臺并入新設立的無組織管控平臺，并延伸至全部有組織源的排放數據管理功能，進而形成綜合性的超低管控平臺。甚至可以將能源、安全、生產等管控功能進行整合，形成全廠級綜合管控平臺。

3 相關要求落實過程中的疑難點及解決方案

本部分結合某鋼企超低管控平臺EPC 項目建設過程中遇到的一些問題，延伸到后續新建鋼鐵項目設計、建設過程中的解決方案進行梳理和討論。

3.1 DCS 改造及數據采集問題

梳理相關文件要求，DCS 相關數據采集的主要目的是為了自證生產設施與環保設施同步運轉，即CEMS 無排放數據期間，相關生產設施同步停止運行，避免存在人為關停CEMS設備造成的排氣筒超標偷排問題。

對于現有項目超低改造的主要思路有以下3 種。

（1）嚴格按照文件要求進行廢氣治理設施控制系統的替換改造，由PLC 系統更換為DCS 系統，相關數據經DCS 系統通過網絡傳送至廠內超低管控平臺。此方案嚴格滿足文件要求，但同時代價也最大。

（2）保持現有控制系統不變，各工序增設DCS 設備進行所需參數（包括廢氣治理設施及相應的工藝生產設施的運行參數）的采集工作，相關數據經硬接線送至DCS 系統后通過網絡傳送至廠內超低管控平臺。某鋼企項目即采用此種方案，除可滿足DCS 采集參數的要求之外，在一定程度上也確保了工業網絡的安全性，缺點是現場電纜施工量較大。

（3）保持現有控制系統不變，直接從生產網提取相關數據通過網絡送至全廠超低管控平臺。此方案成本較低，基本上實現了數據采集功能，但已經與超低排放要求配套DCS 的要求相違背，同時也給工業網帶來較大的安全隱患。對于有二級系統的鋼鐵企業，可以采取從二級計算機提取數據通過網絡送至全廠超低管控平臺的方式，此種方式在做好隔離的前提下，網絡安全性大大提高。

對于后續新建項目，在各除塵系統、各煙氣脫硫脫硝設施等相關廢氣治理設施建設過程中，建議盡量考慮采用DCS 控制系統，并同步采集對應主體生產設施的工作參數，同時預留好向管控平臺傳送數據的功能模塊。

3.2 微站布點數量問題

對于微站的布點原則，管理文件要求相對比較明確，尤其是《鋼鐵企業超低排放改造技術指南》（中環協〔2020〕4 號）進一步將布點原則明確為3 類：廠界、路口及重污染區域。在實際布點過程中上述3 類點位可能存在一定的重疊，即路口點位可兼做廠界點或重污染區域點位，通過對點位功能的優化，可在一定程度上降低監測點位的數量，減少設備及布線成本。以某鋼企項目為例，21 個點位可基本滿足全廠上述3 類點位的要求。當然，各鋼鐵企業廠內布局各有不同，總體來講廠區面積越大，廠內路網越復雜的企業，所需布設微站點位越多。

3.3 TSP 布點數量問題

對于TSP 點位的設置，管理文件要求則比較模糊?！吨改稀冯m然明確指出諸如各工序破碎機、振動篩，燒結機尾、一混、二混，球團焙燒，高爐礦槽、出鐵場，煉鋼混鐵爐、鐵水預處理、精煉爐、石灰窯等點位需安裝TSP，但對于干物料（含水率<6%）的轉運產塵點（主要是廠內各皮帶機的落料點），由于數量太多，每個點位都安裝監測設備顯然不太現實。據估算，物料轉運無組織排放點數量約占總無組織排放點位的80%～90%，對于千萬噸級鋼鐵企業，可達到2 000～3 000 個。數量如此龐大的排放點位，如何選取代表性點位安裝TSP 設備，無疑成為超低改造過程要面對的一個新問題。點位過多則增加建設成本，點位過少又恐不滿足超低驗收要求。

經梳理已公示企業的TSP 點位數據，配置數量參差不齊，少則幾十套，多則300 余套，總體規律性不強。推測應該主要受建設單位對成本的考慮影響，在滿足超低驗收的前提下，盡量降低改造成本。

根據某鋼企項目的建設經驗，首先制訂好總點位數量的預期目標，在物料轉運無組織排放點中選取代表性點位，盡量兼顧到每個轉運站。如預算點位數量需要進一步精簡的話，則盡量兼顧到每一條轉運路線。由于物料落料的高差原因，受料點相比落料點更易揚塵，監測點盡量選擇在皮帶的受料點位，即皮帶機尾。對于礦槽振動篩、槽下落料等同一區域有多個無組織點位的，適當設置1～2 個點位代表整體水平即可。為不影響生產設施檢維修，TSP 設備盡量安裝于設備附近的側墻或柱上，同時應注意避開窗口，以免外部風力影響監測結果。

對于部分含水率較高的濕物料，轉運過程揚塵不明顯的，部分企業采取僅封閉落料點，不設置除塵抑塵設施的治理方案。對于此類情況，通常需要在落料點附近加裝TSP 設備，以證明其治理效果可滿足要求。因此對于上述類型的落料點，需要增加TSP 設置點位。

3.4 監測設備網絡接入問題

TSP、微站等監測設備一般均支持有線連接和4G/5G 無線連接，但為了保證數據傳輸穩定，一般建議采用有線連接方式。尤其是部分TSP 設備設置于原料場地下料坑等4G/5G 信號覆蓋不到的位置，則只能采用有線連接。

綜合對比來看，無線接入施工量更小，但需要每年繳納一定的網絡服務費，運行成本偏高。而對于現有廠區改造項目來說，有線接入涉及到廠區現有有線網絡的延伸和改造。尤其是TSP 設備，散布于廠內各處的無組織排放點，如鋼鐵企業網絡現狀基礎較差，則布線工作量較大。

對于新建項目，應在廠區總體網絡規劃設計實施時，一并考慮相關監測設備的網絡接入需求，避免后期改造。

3.5 監測結果達標判定問題

如何確定微站和TSP 的監測結果是否達標？是超低排放監測監控技術討論中最常見的一個問題，也是鋼鐵企業環保管理者最擔心的一個問題。

目前國內對于大氣污染監測的標準體系主要分為環境空氣質量標準和污染物排放標準2 大類，其中污染物排放標準又分別規定了有組織排放標準和無組織排放標準。以《煉鋼工業大氣污染物排放標準》（GB 28664—2012）為例（鋼鐵生產其他工序排放標準規定相同），其規定了有廠房生產車間和無廠房生產車間無組織排放濃度限值分別為8.0 mg/m3和5.0 mg/m3。部分從業者主張采用上述2 個限值對TSP 監測結果進行達標判定，這實際上是一種錯誤解讀。上述系列標準規定有廠房車間采樣點設在廠房門窗、屋頂、氣樓等排放口處，無廠房車間采樣點在實際操作中通常選在車間邊界。此限值代表了整個車間所有無組織排放點對車間外的影響，而TSP 設備監測的是無組織產塵點附近的TSP 濃度，其更深入源強中心，理論TSP 濃度應該更高。即按照現行的環境標準體系，TSP 設備監測結果并無法定限值，其監測結果更多的是代表各無組織源之間相對的治理效果的好壞，有助于鋼鐵企業環保管理者抓好薄弱環節，進一步優化治理措施并降低排放水平。當然，鋼鐵企業可以按監測結果水平通過管控平臺自行擬定合理的系統報警值，有助于對各無組織排放點位異常揚塵情況及時的預警和處理。

對于微站監測的PM10結果，其代表廠區一定范圍內的環境空氣質量，可以按《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）二級濃度限值（24 h 平均濃度150 μg/m3）進行達標判定。

3.6 管控平臺實現功能問題

基于管理文件要求，超低管控平臺的基礎功能主要是對無組織相關的DCS、TSP、微站、高清視頻、門禁等相關數據的采集、儲存及展示?；趯嶋H情況，一般還會考慮加入對有組織CEMS 數據和清潔運輸相關的地磅、軌道衡、水尺等計量數據的采集、儲存及展示（關聯設備的CEMS 與DCS 數據具備同屏展示功能）。如果鋼鐵企業有更高需求，可進一步實現對各污染源治理設施的智能化自動管控以及廠內車輛車載診斷系統（OBD）和機械環保電子標簽的管理。

除上述功能外，結合鋼鐵企業環保管理需求的實際情況，還應考慮實現如下3 方面的管理功能：

（1）排污許可信息的管理：包括排污許可相關信息的錄入、自行監測結果的錄入以及CEMS 監測結果的自動統計分析，并可自動生成排污許可執行報告季報和年報初稿。

（2）TSP 監測結果的統計分析功能：隨著生產狀態的波動，TSP 監測結果波動也非常明顯。平臺除具備設定報警值并進行超標報警功能以外，還應具備自動分析各時間段內檢測結果的均值、最大值、最小值及加權平均值的能力，并對各監測點之間的揚塵情況進行排序，方便找出治理效果最差的點位進一步整改。

（3）清潔運輸比例統計分析功能：對門禁及進出廠物料種類、計量數據及運輸方式進行統計分析，自動給出清潔運輸比例及具體的運輸量組成情況，方便隨時進行清潔運輸比例的現場核查。

對于新建鋼鐵項目，尤其是全流程項目規劃建設時，應在集控中心設計方案中同步考慮超低管控平臺的相關功能模塊，做好系統集成。

4 結語

超低排放的監測監控相關要求對于鋼鐵企業和工程建設單位來說基本都是一個全新的要求和未涉足的領域，在實施過程中也存在一定的爭議和討論空間。部分設計人員對于相關要求的理解也暫時不夠深入。通過某鋼企項目的建設，在一定程度上積累了改造（設計）經驗，有助于提高相關專業人員在該單元板塊的設計水平。新建鋼鐵項目在設計實施階段，應一并考慮相關監控監測設備的安裝位置、網絡接入、軟件功能等問題。