CEMS:医疗废物焚烧炉的烟气连续排放监测

排放限值在有人测它之前只是许可证上的一个数字。连续排放监测就是把这个数字变成一份记录的东西,而参数清单决定了医疗废物焚烧炉有多少是仪表化的、有多少是人工取样的。

带控制柜与燃烧风机的双腔式固体废物焚烧炉
Incineration & flue gas

CEMS 是什么,不是什么

烟气连续排放监测系统(CEMS)由三部分组装而成:测量烟气的分析仪、把具有代表性的样品送到这些分析仪的取样系统,以及对结果做平均、校正和存储的数据系统。连续意味着它在装置运行期间一直在测,所以它产出的是某段时期的均值而不是一次瞬时读数,而许可证针对的正是这个均值。

值得把 CEMS 与烟囱测试这个概念分开。烟囱测试是一次作业:一支队伍用参比方法在规定时期内对烟气取样,结果描述的是那段时期。CEMS 是一台始终在场的仪器,这正是它既对合规有用、也对运行有用的原因——它显示出一个数字变化的那一刻装置在做什么。

医疗废物焚烧炉的连续排放监测

必须监测什么不是由操作员选的。它来自适用于该场地的排放限值,而那个限值由当地现行法规设定。对专用的医疗废物焚烧,本文排放图表所依据的国家标准是 GB 39707-2020,其限值的数值与 GB 18484-2020 为危险废物焚烧规定的相同;两者的区别在适用范围和残余金属的分组方式,因为 GB 18484-2020 不包含专用的医疗废物设施。

由此有两条规则。地方标准可能比国家标准更严,而一个项目还可能带有环境影响评价限值,所以参数清单要从适用的许可证上读,而不是从一张通用表格上读。而且这份清单覆盖整座装置:有些参数连续测量,有些按时期取样,而这个差别是测量方式的属性,而不是关于重要性的表述。

医疗废物焚烧炉中监测的参数

下面的清单是本文排放图表中的限值组,其中专用医疗废物焚烧依据 GB 39707-2020 表 4,危险废物焚烧依据 GB 18484-2020 表 3。除另有说明外,数值单位为 mg/m³,均折算到标准状态下 11 % 含氧量的干烟气。

  • 颗粒物——一小时均值 30、24 小时均值 20。连续测量,最常用光散射或浊度仪,而不是称重。
  • 一氧化碳——一小时均值 100、24 小时均值 80。它是燃烧指标而不是净化段指标,也是装置对不完全燃烧最快的预警。
  • 氮氧化物——一小时均值 300、24 小时均值 250。下游任何 SNCR 或 SCR 段都是为满足这个数字而装的。
  • 二氧化硫——一小时均值 100、24 小时均值 80。它跟着废物和试剂走,并随洗涤塔或吸附剂投加变化。
  • 氯化氢——一小时均值 60、24 小时均值 50。这个参数跟踪进料中的氯以及酸性气体段的性能。
  • 氟化氢——一小时均值 4.0、24 小时均值 2.0。医疗废物与危险废物列了这一项,生活垃圾没有列。
  • 汞及其化合物——测定均值 0.05。按时期取样,而不是连续测量;它也是最常决定要不要喷活性炭的参数。
  • 镉与铊——各为测定均值 0.05,分开列出;而生活垃圾给出的是合并后的一个 0.1。
  • 其他金属——铅、砷和铬各 0.5,合并组为 2.0,均为测定均值。取样测量,因为它们随粉尘一起走、也随粉尘一起被捕集。
  • 二噁英与呋喃——测定均值 0.5 ng TEQ/m³。没有能连续测它们的分析仪,所以这个数字来自定期取样,并以规定时期内的毒性当量表示。

含氧量也要测,但不是因为它是污染物。那份清单里的每一个限值都折算到干烟气 11 % 含氧量,所以烟道中测到的浓度,在不知道那一刻的含氧量和湿度之前毫无意义。温度、流量和压力出于同样的理由被测量:它们把浓度变成质量排放速率,并让读数可以校正到限值所依据的基准上。

焚烧炉烟气的连续排放监测:测量是怎么做的

两类仪器覆盖这份清单。抽取式系统通过探头和伴热管线把烟气抽到分析仪,这是需要测量池或光谱仪的测量通常采用的布置——氧、一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫。原位式仪器横跨烟道或在壁面处测量,适合颗粒物或浊度监测仪,并且完全省掉了取样管线。两者各有弱点:抽取式管线会积盐、必须伴热;光学仪器读的是趋势,而不是质量。

颗粒物要单独说一句。连续颗粒物监测仪响应的是粉尘散射的光,所以它的输出是与某个量成比例的信号,而不是一个重量;它与 mg/m³ 的关系靠对照重量法参比方法建立,而且只在粉尘特性不变时成立。粉尘一变,仪器读数就会动,而排放并没有动。

样品处理正是 CEMS 许多麻烦所在。为保护分析仪而对样品进行冷却和干燥,同时也去掉了那些溶于水的化合物,而氯化氢和二氧化硫就是其中两种。在这些限值严格的地方,测量往往正是因此采用热湿法。

烟囱之外的废物焚烧烟气监测

烟囱上的仪器说明装置是否达标。装置上的仪器说明为什么,而燃烧参数排在最前面。如本文排放图表所列,GB 39707-2020 表 1 规定医疗废物焚烧炉的指标为:高温段温度至少 850 °C、烟气停留时间至少 2.0 秒、燃烧效率至少 99.9 %;对危险废物,温度指标提高到至少 1100 °C。

  • 二燃室温度——连续测量,因为有机化合物的破坏取决于它。
  • 炉膛出口含氧量——是燃烧效率数字的一部分,也是烟囱上一切测量的基准。
  • 一氧化碳——不完全燃烧的快速信号,也是在二噁英取样测定显示出任何东西之前很久就会变化的那个。
  • 急冷出口温度——冷却段据以控制的数值,也是决定滤袋材质必须耐受什么的数值。
  • 过滤器进口温度与仓室压差——吸附段所依赖的滤饼状况。
  • 试剂与吸附剂投加量——洗涤塔、吸附剂喷射和活性炭投加,各自带独立报警。

二噁英数字是按时段取样的慢测量,所以不能用来操控装置。操作员实际依据的是那些快速参数,而定期取样用来确认这些快速参数确实是正确的替代指标。

焚烧炉合规排放监测数据用来做什么

  • 证明在许可证指定的平均周期内守住了限值,这正是焚烧炉合规排放监测数据存在的意义。
  • 把仪器故障与装置故障区分开。在多个参数上保持同一形状的台阶变化,通常属于分析仪或取样系统,而不是炉子。
  • 显示是哪一段失效——颗粒物指向过滤器,氯化氢指向酸性气体段,氮氧化物指向试剂投加,一氧化碳指向燃烧。
  • 在还来得及处理的时候读懂燃烧,这正是那些快速参数的用途。
  • 按趋势而不是按故障安排维护,装置运行成本正是在这里决定的。
  • 报告——在许可证要求时报给主管部门,并且在任何情况下都记入装置的运行记录。

这一切都建立在仪器得到照看的基础上。零点与量程检查、对照参比方法做的校准,以及系统可用时间占比的记录,并不是测量之外的文书工作;在许多场地上,它们正是决定报送材料的其余部分能否被接受的那一部分。适用哪些周期、哪些参比方法由许可证规定,而适合某台具体设备的分析仪布置,按你的废物组成与工厂确认。

常见错误

  • 按从另一个项目抄来的参数清单采购 CEMS,而不是按本站持有的许可证来读。
  • 测了污染物却忘了氧、湿度和流量,而没有它们,任何读数都无法折算到限值所依据的基准。
  • 把连续颗粒物仪器当作一台秤来读。它是一条必须与重量法挂钩的趋势。
  • 把含有氯化氢的样品冷却干燥,然后再去纳闷氯化氢去哪了。
  • 把二噁英结果当作运行数字。它是取样期内的均值,描述的是装置,而不是那一分钟。
  • 在没有校准和可用性记录的情况下运行仪器,结果只剩下一堆数字,而没有为它们辩护的办法。

从一个被监测的参数到一座达标的装置

连续排放监测就是把限值变成记录的东西,而这份记录的好坏只取决于其背后的取样系统与校准。它必须显示的限值列在焚烧炉排放图表中,必须守住这些限值的各段见《焚烧炉的烟气处理》一文,而它们所依托的燃烧条件见《焚烧炉为什么要在 850 °C 下运行两秒》一文。要监测的参数与你这套装置的分析仪布置,将按你的废物组成与适用于你场地的许可证与工厂确认。

请告诉我们现场要处理什么。