固定污染源廢氣污染物排放總量核算方法探討

盛文龍，王亮

（中國海洋石油總公司節(jié)能減排監(jiān)測中心，天津 300452）

國務(wù)院辦公廳于2016年11月10日正式印發(fā)《控制污染物排放許可制實施方案》，旨在到2020年，完成覆蓋所有固定污染源的排污許可證核發(fā)工作，全國排污許可證管理信息平臺有效運轉(zhuǎn)，各項環(huán)境管理制度精簡合理、有機銜接，企事業(yè)單位環(huán)保主體責任得到落實，基本建立法規(guī)體系完備、技術(shù)體系科學、管理體系高效的排污許可制，對固定污染源實施全過程管理和多污染物協(xié)同控制，實現(xiàn)系統(tǒng)化、科學化、法治化、精細化、信息化的“一證式”管理[1]。隨后火電行業(yè)、水泥行業(yè)、石化行業(yè)、鋼鐵行業(yè)相繼出臺“排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范”，其中固定污染源總量控制制度，為排污收費、環(huán)境統(tǒng)計、排污權(quán)交易等工作提供統(tǒng)一的污染物排放數(shù)據(jù)。

已建企業(yè)在申請排污許可證時，必須核算出固定污染源污染物排放總量，以此數(shù)據(jù)向環(huán)保部門申報總量控制指標。此項工作中，若污染物總量申報較大，無疑給企業(yè)增加額外排污費用；若污染物總量申報較少，存在總量超標風險。

針對上述情況，文章選取某煉化企業(yè)熱媒加熱爐、某火電企業(yè)透平發(fā)電機組、某化工企業(yè)高壓蒸汽鍋爐作為監(jiān)測對象，分別采用實測法（在線監(jiān)測＋手工監(jiān)測）、產(chǎn)排污系數(shù)法[2]、物料衡算法等方法對廢氣中氮氧化物、二氧化硫（大氣污染物防治主要消減指標）年排放總量進行核算，以期為企業(yè)提供合理的總量核算方法，提供客觀、真實的數(shù)據(jù)支持。

1 監(jiān)測設(shè)備

Testo350加強型煙氣分析儀，主要用來監(jiān)測煙道內(nèi)的溫度、壓力、NOx濃度、SO2濃度、煙氣流速。HyGroPalm22溫濕度儀測量水蒸氣濃度。采用克拉伯龍方程求出煙道中水蒸氣體積百分比，進而得到干煙氣數(shù)據(jù)。

手工監(jiān)測方法主要針對熱媒爐、透平發(fā)電機組、高壓蒸汽鍋爐煙囪排放廢氣進行監(jiān)測，采集煙道溫度、壓力、NOx濃度、SO2濃度、煙氣流速、濕度等數(shù)據(jù)。

2 監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理與總量核算方法

2.1 手工監(jiān)測方法

手工監(jiān)測依據(jù)《固定源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJT 397－2007）進行，其中污染物總量核算是根據(jù)手工監(jiān)測污染物濃度、煙氣流速以及排放煙囪內(nèi)徑等參數(shù)計算（詳見2.2數(shù)據(jù)處理）得出。

2.2 數(shù)據(jù)處理

該次監(jiān)測高壓蒸汽鍋爐、熱媒爐、透平發(fā)電機組執(zhí)行鍋爐大氣污染排放標準或火電大氣污染物排放標準。手工監(jiān)測實測法是根據(jù)儀器監(jiān)測出的實際煙氣參數(shù)，參考相關(guān)標準[3-4]，基于對理想氣體狀態(tài)方程自下而上的推導而實現(xiàn)對監(jiān)測時間段內(nèi)二氧化硫、氮氧化物排放量的量化。計算步驟如下：

1）將煙氣中NOx與SO2體積濃度φ轉(zhuǎn)化為標準狀況下NOx與SO2質(zhì)量濃度ρNOx、ρSO2（mg/m3），見公式（1）。

2）根據(jù)環(huán)境大氣壓力P0和監(jiān)測點處煙氣靜壓力Ps計算煙道處的絕對壓力P（Pa），見公式（2）。

3）根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，監(jiān)測煙道中水蒸氣質(zhì)量濃度ρH2O，煙氣溫度t和煙道處絕對壓力P，計算煙氣中水蒸氣體積濃度φH2O（%），見公式（3）。

式中：R—理想摩爾氣體常數(shù)8.314 J/（mol·k）；T—熱力學溫度，K，T（K）＝273.15＋t；MH2O水蒸氣摩爾質(zhì)量18.02 g/mol。

4）根據(jù)監(jiān)測點處煙氣動壓力Pd和熱力學溫度平均值，以及皮托管系數(shù)Kp和相應的計算系數(shù)a（0.076），計算煙氣流速v（m/s），見公式（4）。

5）根據(jù)人工測量的監(jiān)測管段截面積S和煙氣流速平均值，計算工況下濕煙氣流量Qg（m3/s），見公式（5）。

6）對工況下濕煙氣流量Qg做折標計算，求出標準狀況下干煙氣流量Qn（m3/s），見公式（6）。

7）根據(jù)求得的標準狀況下NOx與SO2質(zhì)量濃度平均值ρNOx、ρSO2和標準狀況下干煙氣流量Qn，以及統(tǒng)計的設(shè)備運行時間ts，估算監(jiān)測時間段內(nèi)NOx與SO2排放量QNOx（t）、QSO2（t），見公式（7、8）。

2.3 總量核算方法

1）實測法

實測法是指根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)測算實際排放量的方法，分為自動監(jiān)測實測法和手工監(jiān)測實測法。自動監(jiān)測實測法是指根據(jù)DCS歷史存儲的CEMS數(shù)據(jù)中每小時污染物平均排放濃度、平均煙氣量、運行時間核算污染物年排放量；手工監(jiān)測實測法是指根據(jù)每次手工監(jiān)測時段內(nèi)每小時污染物的平均排放濃度、平均煙氣量、運行時間核算污染物年排放量[5]。

2）物料衡算法

采用物料衡算法核算二氧化硫排放量時，根據(jù)《工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》，以二氧化硫計（kg/萬m3天然氣）=硫含量（g/m3天然氣）×2/1 000×10 000=20×硫含量（g/m3天然氣）計算。

3）產(chǎn)排污系數(shù)法

系數(shù)法①根據(jù)《固定源監(jiān)測質(zhì)量保證與質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)范》（試行）（HJ/T373－2007）：“工業(yè)燃氣氮氧化物排放系數(shù)為2 085 kg/106m3燃料氣，二氧化硫排放系數(shù)為630 kg/106m3燃料氣”，結(jié)合各裝置燃氣用量，由此計算得出氮氧化物、二氧化硫年排放量。

系數(shù)法②根據(jù)胡名操的《環(huán)境保護實用數(shù)據(jù)手冊》計算得出標干煙氣流量[6]，此數(shù)據(jù)分別乘手工監(jiān)測平均濃度，計算得出氮氧化物、二氧化硫年排放量。

4）非正常工況下核算

當裝置處于非正常工況下，可采用手工監(jiān)測方法進行核算，對于未按要求開展手工監(jiān)測并報送數(shù)據(jù)的，或未能按要求及時恢復設(shè)施正常運行的，采用物料衡算法或產(chǎn)排污系數(shù)法按照直排核算該時段實際排放量。

3 監(jiān)測結(jié)果與分析

3.1 污染物數(shù)據(jù)統(tǒng)計

該次選取熱媒爐、透平發(fā)電機組、高壓蒸汽鍋爐作為監(jiān)測對象，各裝置運行負荷均在90%以上，手工連續(xù)監(jiān)測4天。熱媒爐、透平發(fā)電機組、高壓蒸汽鍋爐2016年全年用氣量及監(jiān)測結(jié)果見表1～3。

表1 2016全年高壓蒸汽鍋爐、熱媒爐、透平發(fā)電機組燃氣量 m3

表2 2016全年高壓蒸汽鍋爐、熱媒爐、透平發(fā)電機組標干煙氣量 萬 m3

表3 實測法與估算法污染物排放總量統(tǒng)計結(jié)果比對 t/a

3.2 污染物排放數(shù)據(jù)分析

1）三家企業(yè)不同裝置中實測值1是根據(jù)DCS歷史存儲的CEMS數(shù)據(jù)中的每小時污染物的平均排放濃度、平均煙氣量、運行時間核算污染物年排放量，此數(shù)據(jù)為企業(yè)真實排污量。

2）氮氧化物年排放總量相對偏差：由表3算出實測值1與實測值2相對偏差在0.3%～2.1%之間，實測值1與估算值3相對偏差在7.6%～12%之間，實測值1與估算值4相對偏差在5%～82%之間。由此可知，實測值2最為接近企業(yè)真實排污數(shù)據(jù)，估算值3和估算值4數(shù)據(jù)失真，不能反映企業(yè)污染物排放現(xiàn)狀。

3）二氧化硫年排放總量相對偏差：由表3可知實測值1與實測值2相對偏差在1.5%～4%之間，實測值1與估算值3相對偏差在42%～48%之間，實測值1與估算值4相對偏差在91%～94%之間。實測值1與估算值5相對偏差在9%～50%之間。由此可知，實測值2最為接近企業(yè)真實排污數(shù)據(jù)，估算值3、估算值4和估算值5數(shù)據(jù)失真，不能反映企業(yè)污染物排放現(xiàn)狀。

綜上所述，安裝在線監(jiān)測設(shè)備企業(yè)可根據(jù)DCS歷史存儲的CEMS數(shù)據(jù)核算污染物年排放量；若未安裝在線監(jiān)測設(shè)備企業(yè)，可根據(jù)手工監(jiān)測污染物平均濃度，并統(tǒng)計全年燃料用量，核算出污染物排放量，可按自動或手工監(jiān)測數(shù)據(jù)申報排污許可總量。產(chǎn)排污系數(shù)法和物料衡算法核算出數(shù)據(jù)與真實污染物排放數(shù)據(jù)差別較大，數(shù)據(jù)失真，無參考意義。

4 結(jié)論與建議

選取三家企業(yè)熱媒爐、透平發(fā)電機組和高壓蒸汽鍋爐作為監(jiān)測對象，三套裝置均安裝煙氣排放在線監(jiān)測系統(tǒng)。經(jīng)過收集存儲的CEMS數(shù)據(jù)、手工監(jiān)測數(shù)據(jù)、2016全年天然氣用量和固定源煙道內(nèi)徑等，采用實測法（在線監(jiān)測＋手工監(jiān)測）、物料衡算法和產(chǎn)排污系數(shù)法對熱媒爐、透平發(fā)電機組和高壓蒸汽鍋爐污染物排放總量進行核算，由此得出產(chǎn)排污系數(shù)法和物料衡算法核算數(shù)據(jù)與真實污染物排放數(shù)據(jù)差別較大，數(shù)據(jù)失真，無參考意義；手工監(jiān)測核算數(shù)值與在線監(jiān)測數(shù)值相對偏差較小，最能真實反映企業(yè)污染物排放量。

此外，幾乎所有企業(yè)都未能對生產(chǎn)裝置全部安裝煙氣排放在線監(jiān)測系統(tǒng)，建議企業(yè)可參照手工監(jiān)測實測法核算污染物總量，進而全面掌握企業(yè)整體污染物排放情況，可將此數(shù)據(jù)作為排污許可證中固定源廢氣污染物總量指標。