CEMS: автоматический контроль выбросов инсинератора медицинских отходов

Что такое CEMS и чем она не является

Система автоматического контроля выбросов (CEMS) — это три элемента, собранные вместе: анализаторы, которые измеряют газ, система отбора проб, которая подводит к этим анализаторам представительную пробу газа, и система обработки данных, которая осредняет, корректирует и хранит результат. «Непрерывный» означает, что измерение идёт, пока работает установка, поэтому на выходе получается среднее за период, а не мгновенное измерение, и именно на это среднее и написано разрешение.

Стоит отделять CEMS от представления об испытании на дымовой трубе. Испытание на дымовой трубе — это кампания: бригада отбирает пробы газа за определённый период по референтному методу, и результат описывает этот период. CEMS — это прибор, который присутствует всё время, и именно это делает её полезной как для эксплуатации, так и для соответствия нормативу: она показывает, что делала установка в тот момент, когда значение изменилось.

Непрерывный контроль выбросов для инсинераторов медицинских отходов

То, что подлежит контролю, выбирает не оператор. Это следует из норматива выбросов, применимого к объекту, а норматив задаётся действующим там законодательством. Для специализированного сжигания медицинских отходов национальный стандарт, на который опирается здешняя таблица выбросов, — GB 39707-2020, чьи нормативы несут те же числовые значения, что и GB 18484-2020 для сжигания опасных отходов; различаются они областью применения и тем, как сгруппированы остаточные металлы, поскольку GB 18484-2020 исключает специализированные объекты для медицинских отходов.

Отсюда следуют два правила. Региональный стандарт может быть строже национального, и у проекта может быть также норматив из оценки воздействия на окружающую среду, поэтому список параметров читают из применимого разрешения, а не из общей таблицы. И список охватывает установку целиком: одни параметры измеряют непрерывно, а другие отбирают пробами за период, и это различие — свойство измерения, а не утверждение о важности.

Параметры, контролируемые в инсинераторе медицинских отходов

Список ниже — это нормативы, заданные в здешней таблице выбросов, которая для специализированного сжигания медицинских отходов опирается на таблицу 4 GB 39707-2020, а для сжигания опасных отходов — на таблицу 3 GB 18484-2020. Значения приведены в мг/м³, если не указано иное, к сухим дымовым газам при 11 % кислорода при нормальных условиях.

• Твёрдые частицы — 30 как среднее за час и 20 как среднее за 24 часа. Измеряются непрерывно, чаще всего прибором на рассеянии света или дымомером, а не взвешиванием.
• Оксид углерода — 100 как среднее за час и 80 как среднее за 24 часа. Показатель горения, а не ступени очистки, и самый быстрый сигнал неполного сгорания, который есть у установки.
• Оксиды азота — 300 как среднее за час и 250 как среднее за 24 часа. Значение, ради которого устанавливают любую ступень SNCR или SCR ниже по потоку.
• Диоксид серы — 100 как среднее за час и 80 как среднее за 24 часа. Он следует за отходами и реагентом и меняется вместе с дозированием в скруббер или сорбента.
• Хлористый водород — 60 как среднее за час и 50 как среднее за 24 часа. Параметр, который отслеживает хлор в загрузке и работу ступени кислых газов.
• Фтористый водород — 4.0 как среднее за час и 2.0 как среднее за 24 часа. Приведён для медицинских и опасных отходов и не приведён для твёрдых бытовых отходов.
• Ртуть и её соединения — 0.05 как среднее измерений. Отбирается пробами за период, а не измеряется непрерывно, и это параметр, который чаще всего решает, нужно ли впрыскивать уголь.
• Кадмий и таллий — 0.05 каждый как среднее измерений, приведены отдельно, тогда как твёрдые бытовые отходы задают одно объединённое значение 0.1.
• Прочие металлы — свинец, мышьяк и хром по 0.5 каждый, с объединённой группой 2.0, все как среднее измерений. Отбираются пробами, потому что они едут на пыли и улавливаются вместе с ней.
• Диоксины и фураны — 0.5 нг ТЭК/м³ как среднее измерений. Непрерывного анализатора для них нет, поэтому значение получают периодическим отбором проб и выражают как токсический эквивалент за определённый период.

Кислород тоже измеряют, и не потому, что он загрязнитель. Каждый норматив в этом списке приведён к 11 % кислорода в сухом газе, поэтому концентрация, измеренная в газоходе, ничего не значит, пока не известны кислород и влажность в этот момент. Температуру, расход и давление измеряют по той же причине: они превращают концентрацию в массовый выброс и позволяют привести показание к той базе, на которой записан норматив.

Непрерывный контроль дымовых газов инсинератора: как выполняется измерение

Список закрывают два семейства приборов. Система с выносным отбором проб отбирает газ через зонд и обогреваемую линию к анализатору — обычная схема для измерений, которым нужна ячейка или спектрометр: кислород, оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы. Прибор, работающий непосредственно в потоке (in-situ), измеряет по сечению газохода или у стенки, что подходит для монитора твёрдых частиц или дымомера и вовсе устраняет линию отбора проб. У каждого есть слабое место: в линии отбора осаждаются соли, и её приходится обогревать, а оптический прибор читает тренд, а не массу.

Твёрдые частицы заслуживают отдельного слова. Непрерывный монитор твёрдых частиц реагирует на свет, рассеянный пылью, поэтому его выход пропорционален чему-то, а не является весом; связь с мг/м³ устанавливают, сравнивая его с референтным гравиметрическим методом, и она держится лишь до тех пор, пока пыль сохраняет свой характер. Изменение пыли может сдвинуть прибор, не сдвинув выброс.

Подготовка пробы — вот где живёт добрая доля проблем CEMS. Охлаждение и осушка пробы ради защиты анализатора удаляют и соединения, растворяющиеся в воде, а хлористый водород и диоксид серы — два из них. Там, где эти нормативы строги, измерение часто ведут в горячем влажном состоянии именно по этой причине.

Контроль дымовых газов при сжигании отходов за пределами дымовой трубы

Приборы на дымовой трубе говорят, соответствует ли установка нормативу. Приборы на самой установке говорят, почему, и параметры горения стоят первыми. Таблица 1 GB 39707-2020, как она приведена в здешней таблице выбросов, задаёт показатели инсинератора для медицинских отходов: температуру высокотемпературной секции не менее 850 °C, время пребывания дымовых газов не менее 2.0 секунд и эффективность сжигания не менее 99.9 %; для опасных отходов показатель температуры поднимается до не менее 1 100 °C.

• Температура вторичной камеры сгорания — измеряется непрерывно, потому что от неё зависит разрушение органических соединений.
• Кислород на выходе из камеры — часть значения эффективности сжигания и база приведения для всего, что измеряется на дымовой трубе.
• Оксид углерода — быстрый сигнал неполного сгорания и тот, что меняется задолго до того, как цикл отбора проб на диоксины что-либо покажет.
• Температура закалочного охлаждения на выходе — величина, по которой управляют ступенью охлаждения, и та, что решает, что должен выдерживать материал рукавов.
• Температура на входе в фильтр и перепад давления по секциям — состояние слоя, от которого зависит ступень адсорбции.
• Расходы дозирования реагента и сорбента — скруббер, впрыск сорбента и подача угля, каждый со своей сигнализацией.

Значение по диоксинам — медленное измерение, взятое за период, поэтому им нельзя управлять установкой. Быстрые параметры — то, по чему оператор фактически ведёт процесс, а периодический отбор проб подтверждает, что быстрые параметры были правильными косвенными показателями.

Для чего используют данные контроля выбросов для соответствия инсинератора нормативу

• Демонстрация того, что норматив выдерживался за период осреднения, названный в разрешении, — ради этого данные контроля выбросов для соответствия инсинератора нормативу и существуют.
• Различение отказа прибора и отказа установки. Ступенчатое изменение, сохраняющее свою форму по нескольким параметрам, обычно относится к анализатору или системе отбора проб, а не к печи.
• Указание на то, какая ступень отказывает: твёрдые частицы указывают на фильтр, хлористый водород — на ступень кислых газов, оксиды азота — на дозирование реагента, оксид углерода — на горение.
• Чтение горения, пока ещё есть время на него повлиять, — вот для чего нужны быстрые параметры.
• Планирование обслуживания по тренду, а не по поломке, — именно здесь и определяется эксплуатационная стоимость установки.
• Отчётность — перед надзорным органом там, где этого требует разрешение, и в эксплуатационном журнале установки в любом случае.

Всё это опирается на то, что за прибором следят. Проверки нуля и диапазона, калибровка по референтному методу и запись того, какую долю времени система была доступна, — это не бумажная обвязка вокруг измерения; на многих объектах именно эта часть представленных материалов решает, будет ли принят остальной. Какие интервалы и какие референтные методы применяются, задаёт разрешение, а компоновку анализаторов, подходящую конкретной установке, подтверждают с заводом по вашему составу отходов.

Типичные ошибки

• Покупать CEMS по списку параметров, скопированному из другого проекта, а не прочитанному из разрешения, которое есть у объекта.
• Измерять загрязнители и забывать кислород, влажность и расход, без которых ни одно показание нельзя привести к той базе, на которой записан норматив.
• Читать непрерывный прибор по твёрдым частицам так, будто это вес. Это тренд, который нужно привязать к гравиметрическому методу.
• Охлаждать и осушать пробу, содержащую хлористый водород, а потом удивляться, куда делся хлористый водород.
• Относиться к результату по диоксинам как к эксплуатационному значению. Это среднее за период отбора проб, и оно описывает установку, а не минуту.
• Эксплуатировать прибор без записи калибровок и доступности, что оставляет числа без возможности их защитить.

От контролируемого параметра к установке, соответствующей нормативу

Непрерывный контроль выбросов — то, что превращает норматив в запись, а запись хороша ровно настолько, насколько хороши система отбора проб и калибровка за ней. Нормативы, которые она должна показать, изложены в таблице выбросов инсинератора, ступени, которые должны удерживаться внутри этих нормативов, — в статье об очистке дымовых газов в инсинераторе, а условия горения, на которых они держатся, — в статье о том, почему инсинераторы работают при 850 °C две секунды. Контролируемые параметры и компоновку анализаторов для вашей установки подтверждают с заводом по вашему составу отходов и разрешению, применимому к вашему объекту.