钢铁企业超低排放监测监控方案实施探讨

雷天鸣

（中冶南方工程技术有限公司 湖北武汉 430223）

0 引言

近年来，国家及地方各省份陆续出台多项文件，推进钢铁行业超低排放改造，助力大气环境质量改善。基于超低排放改造时限逼近、重污染天气差异化限产、差别化电价等压力，钢铁企业均已陆续开展超低排放改造。钢铁企业超低排放监测监控的相关要求是随着超低排放要求的全面推开才开始开展和实施的。本文将以某钢铁企业超低管控平台项目建设过程为例，探讨钢铁企业超低排放监测监控改造（设计）方案的制定。

1 钢铁企业超低排放监测监控涵盖主要内容

超低排放监测监控贯穿于有组织、无组织和清洁运输3个板块之中，并非是1 个自成体系的要求。但是由于超低管控平台概念的提出，借由管控平台的建立，可以将这些零散内容整合成1 个相对独立的体系。

钢铁企业超低排放监测监控涵盖内容主要包括污染源自动监测（CEMS）、环保设施分布式控制系统（DCS）、总悬浮颗粒物浓度监测设备（TSP）、空气质量监测微站、高清视频监控、门禁系统及超低管控平台7 个方面。

2 钢铁企业超低排放监测监控基础现状

超低排放改造以各钢铁企业的现状为基础，摸清现状有助于判断各项改造的实施难易程度。

2.1 污染源自动监测（CEMS）

现行钢铁行业排污许可制度关于自行监测的相关规定已经提出对烧结机机头、机尾，球团焙烧，焦炉烟囱、装煤、推焦、干熄焦，高炉矿槽、出铁场，转炉二次烟气，电炉烟气，燃用发生炉煤气的轧钢热处理炉，14 MW 及以上的锅炉排气筒安装自动监控设施的要求［1-2］。基本上各钢铁企业均已按照排污许可要求在相关排气筒安装了CEMS，并与环保部门联网。

超低排放相关文件进一步提出了对铁水预处理、石灰窑、白云石窑排气筒的CEMS 安装要求，并将14 MW 以下的自备电站锅炉排气筒也纳入安装要求范围内［3］。

2.2 环保设施分布式控制系统（DCS）

超低排放相关文件要求前述需安装CEMS 的脱硫、脱硝及除尘设施配套安装分布式控制系统（DCS），记录设施运行及相关生产过程的主要参数。现状钢铁行业大部分工艺设施及废气治理设施多采用PLC 控制系统，面临改造加装DCS的问题。

2.3 总悬浮颗粒物（TSP）浓度监测设备

超低排放相关文件要求在生产工艺和物料输送环节主要产尘点密闭罩、收尘罩等无组织排放控制设施周边设置总悬浮颗粒物（TSP）浓度监测设备（简称“TSP”）［4］。此项要求各钢铁企业现状基本都是零基础，需全新设计安装。

2.4 空气质量监测微站

超低排放相关文件要求在厂区内主要产尘点周边、运输道路两侧安装空气质量监测微站点（简称“微站”），监控颗粒物等管控情况。大部分钢铁企业现状基于厂区环境质量公示的要求，设有1 套微站，并通过户外显示屏等媒介向公众进行厂区环境空气质量数据公示。按超低排放相关要求，应在厂区内重点污染区、路口及厂界增设大量微站［5］。

2.5 高清视频监控

超低排放相关文件要求在料场出入口、焦炉炉体、烧结环冷区域、高炉矿槽和炉顶区域、炼钢车间顶部等易产尘点，安装高清视频监控设施［3］。钢铁企业现状安装视频监控主要进行生产过程监控，主要监控对象为车间内生产设施，其点位基本不符合超低新增视频监控要求而不能兼用。因此大部分企业需新增超低排放专用高清视频监控设备。

2.6 门禁系统

超低排放相关文件要求企业建设门禁系统和视频监控系统，监控进出厂运输车辆的完整车牌号、车辆排放阶段［4］。钢铁企业现状一般都设有可识别车牌号的门禁系统，但尚不具备识别车辆排放阶段的能力，因此需增加相关车辆环保等级等信息的预录功能。

2.7 超低管控平台

基于前述TSP、微站、高清视频等数据采集要求，因此需要设置1 个无组织管控平台对相关数据进行采集、展示和存储。钢铁企业现状基本设置了重点污染源CEMS 数据管理平台，部分平台还设置了移动端软件，可以方便环保管理人员掌握重点污染源实时排放情况。对于超低排放提出的无组织排放管理功能，各钢铁企业均需要重新进行软硬件配置。目前主流做法是将现有CEMS 数据管理平台并入新设立的无组织管控平台，并延伸至全部有组织源的排放数据管理功能，进而形成综合性的超低管控平台。甚至可以将能源、安全、生产等管控功能进行整合，形成全厂级综合管控平台。

3 相关要求落实过程中的疑难点及解决方案

本部分结合某钢企超低管控平台EPC 项目建设过程中遇到的一些问题，延伸到后续新建钢铁项目设计、建设过程中的解决方案进行梳理和讨论。

3.1 DCS 改造及数据采集问题

梳理相关文件要求，DCS 相关数据采集的主要目的是为了自证生产设施与环保设施同步运转，即CEMS 无排放数据期间，相关生产设施同步停止运行，避免存在人为关停CEMS设备造成的排气筒超标偷排问题。

对于现有项目超低改造的主要思路有以下3 种。

（1）严格按照文件要求进行废气治理设施控制系统的替换改造，由PLC 系统更换为DCS 系统，相关数据经DCS 系统通过网络传送至厂内超低管控平台。此方案严格满足文件要求，但同时代价也最大。

（2）保持现有控制系统不变，各工序增设DCS 设备进行所需参数（包括废气治理设施及相应的工艺生产设施的运行参数）的采集工作，相关数据经硬接线送至DCS 系统后通过网络传送至厂内超低管控平台。某钢企项目即采用此种方案，除可满足DCS 采集参数的要求之外，在一定程度上也确保了工业网络的安全性，缺点是现场电缆施工量较大。

（3）保持现有控制系统不变，直接从生产网提取相关数据通过网络送至全厂超低管控平台。此方案成本较低，基本上实现了数据采集功能，但已经与超低排放要求配套DCS 的要求相违背，同时也给工业网带来较大的安全隐患。对于有二级系统的钢铁企业，可以采取从二级计算机提取数据通过网络送至全厂超低管控平台的方式，此种方式在做好隔离的前提下，网络安全性大大提高。

对于后续新建项目，在各除尘系统、各烟气脱硫脱硝设施等相关废气治理设施建设过程中，建议尽量考虑采用DCS 控制系统，并同步采集对应主体生产设施的工作参数，同时预留好向管控平台传送数据的功能模块。

3.2 微站布点数量问题

对于微站的布点原则，管理文件要求相对比较明确，尤其是《钢铁企业超低排放改造技术指南》（中环协〔2020〕4 号）进一步将布点原则明确为3 类：厂界、路口及重污染区域。在实际布点过程中上述3 类点位可能存在一定的重叠，即路口点位可兼做厂界点或重污染区域点位，通过对点位功能的优化，可在一定程度上降低监测点位的数量，减少设备及布线成本。以某钢企项目为例，21 个点位可基本满足全厂上述3 类点位的要求。当然，各钢铁企业厂内布局各有不同，总体来讲厂区面积越大，厂内路网越复杂的企业，所需布设微站点位越多。

3.3 TSP 布点数量问题

对于TSP 点位的设置，管理文件要求则比较模糊。《指南》虽然明确指出诸如各工序破碎机、振动筛，烧结机尾、一混、二混，球团焙烧，高炉矿槽、出铁场，炼钢混铁炉、铁水预处理、精炼炉、石灰窑等点位需安装TSP，但对于干物料（含水率<6%）的转运产尘点（主要是厂内各皮带机的落料点），由于数量太多，每个点位都安装监测设备显然不太现实。据估算，物料转运无组织排放点数量约占总无组织排放点位的80%～90%，对于千万吨级钢铁企业，可达到2 000～3 000 个。数量如此庞大的排放点位，如何选取代表性点位安装TSP 设备，无疑成为超低改造过程要面对的一个新问题。点位过多则增加建设成本，点位过少又恐不满足超低验收要求。

经梳理已公示企业的TSP 点位数据，配置数量参差不齐，少则几十套，多则300 余套，总体规律性不强。推测应该主要受建设单位对成本的考虑影响，在满足超低验收的前提下，尽量降低改造成本。

根据某钢企项目的建设经验，首先制订好总点位数量的预期目标，在物料转运无组织排放点中选取代表性点位，尽量兼顾到每个转运站。如预算点位数量需要进一步精简的话，则尽量兼顾到每一条转运路线。由于物料落料的高差原因，受料点相比落料点更易扬尘，监测点尽量选择在皮带的受料点位，即皮带机尾。对于矿槽振动筛、槽下落料等同一区域有多个无组织点位的，适当设置1～2 个点位代表整体水平即可。为不影响生产设施检维修，TSP 设备尽量安装于设备附近的侧墙或柱上，同时应注意避开窗口，以免外部风力影响监测结果。

对于部分含水率较高的湿物料，转运过程扬尘不明显的，部分企业采取仅封闭落料点，不设置除尘抑尘设施的治理方案。对于此类情况，通常需要在落料点附近加装TSP 设备，以证明其治理效果可满足要求。因此对于上述类型的落料点，需要增加TSP 设置点位。

3.4 监测设备网络接入问题

TSP、微站等监测设备一般均支持有线连接和4G/5G 无线连接，但为了保证数据传输稳定，一般建议采用有线连接方式。尤其是部分TSP 设备设置于原料场地下料坑等4G/5G 信号覆盖不到的位置，则只能采用有线连接。

综合对比来看，无线接入施工量更小，但需要每年缴纳一定的网络服务费，运行成本偏高。而对于现有厂区改造项目来说，有线接入涉及到厂区现有有线网络的延伸和改造。尤其是TSP 设备，散布于厂内各处的无组织排放点，如钢铁企业网络现状基础较差，则布线工作量较大。

对于新建项目，应在厂区总体网络规划设计实施时，一并考虑相关监测设备的网络接入需求，避免后期改造。

3.5 监测结果达标判定问题

如何确定微站和TSP 的监测结果是否达标？是超低排放监测监控技术讨论中最常见的一个问题，也是钢铁企业环保管理者最担心的一个问题。

目前国内对于大气污染监测的标准体系主要分为环境空气质量标准和污染物排放标准2 大类，其中污染物排放标准又分别规定了有组织排放标准和无组织排放标准。以《炼钢工业大气污染物排放标准》（GB 28664—2012）为例（钢铁生产其他工序排放标准规定相同），其规定了有厂房生产车间和无厂房生产车间无组织排放浓度限值分别为8.0 mg/m3和5.0 mg/m3。部分从业者主张采用上述2 个限值对TSP 监测结果进行达标判定，这实际上是一种错误解读。上述系列标准规定有厂房车间采样点设在厂房门窗、屋顶、气楼等排放口处，无厂房车间采样点在实际操作中通常选在车间边界。此限值代表了整个车间所有无组织排放点对车间外的影响，而TSP 设备监测的是无组织产尘点附近的TSP 浓度，其更深入源强中心，理论TSP 浓度应该更高。即按照现行的环境标准体系，TSP 设备监测结果并无法定限值，其监测结果更多的是代表各无组织源之间相对的治理效果的好坏，有助于钢铁企业环保管理者抓好薄弱环节，进一步优化治理措施并降低排放水平。当然，钢铁企业可以按监测结果水平通过管控平台自行拟定合理的系统报警值，有助于对各无组织排放点位异常扬尘情况及时的预警和处理。

对于微站监测的PM10结果，其代表厂区一定范围内的环境空气质量，可以按《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）二级浓度限值（24 h 平均浓度150 μg/m3）进行达标判定。

3.6 管控平台实现功能问题

基于管理文件要求，超低管控平台的基础功能主要是对无组织相关的DCS、TSP、微站、高清视频、门禁等相关数据的采集、储存及展示。基于实际情况，一般还会考虑加入对有组织CEMS 数据和清洁运输相关的地磅、轨道衡、水尺等计量数据的采集、储存及展示（关联设备的CEMS 与DCS 数据具备同屏展示功能）。如果钢铁企业有更高需求，可进一步实现对各污染源治理设施的智能化自动管控以及厂内车辆车载诊断系统（OBD）和机械环保电子标签的管理。

除上述功能外，结合钢铁企业环保管理需求的实际情况，还应考虑实现如下3 方面的管理功能：

（1）排污许可信息的管理：包括排污许可相关信息的录入、自行监测结果的录入以及CEMS 监测结果的自动统计分析，并可自动生成排污许可执行报告季报和年报初稿。

（2）TSP 监测结果的统计分析功能：随着生产状态的波动，TSP 监测结果波动也非常明显。平台除具备设定报警值并进行超标报警功能以外，还应具备自动分析各时间段内检测结果的均值、最大值、最小值及加权平均值的能力，并对各监测点之间的扬尘情况进行排序，方便找出治理效果最差的点位进一步整改。

（3）清洁运输比例统计分析功能：对门禁及进出厂物料种类、计量数据及运输方式进行统计分析，自动给出清洁运输比例及具体的运输量组成情况，方便随时进行清洁运输比例的现场核查。

对于新建钢铁项目，尤其是全流程项目规划建设时，应在集控中心设计方案中同步考虑超低管控平台的相关功能模块，做好系统集成。

4 结语

超低排放的监测监控相关要求对于钢铁企业和工程建设单位来说基本都是一个全新的要求和未涉足的领域，在实施过程中也存在一定的争议和讨论空间。部分设计人员对于相关要求的理解也暂时不够深入。通过某钢企项目的建设，在一定程度上积累了改造（设计）经验，有助于提高相关专业人员在该单元板块的设计水平。新建钢铁项目在设计实施阶段，应一并考虑相关监控监测设备的安装位置、网络接入、软件功能等问题。