固定污染源废气污染物排放总量核算方法探讨

盛文龙，王亮

（中国海洋石油总公司节能减排监测中心，天津 300452）

国务院办公厅于2016年11月10日正式印发《控制污染物排放许可制实施方案》，旨在到2020年，完成覆盖所有固定污染源的排污许可证核发工作，全国排污许可证管理信息平台有效运转，各项环境管理制度精简合理、有机衔接，企事业单位环保主体责任得到落实，基本建立法规体系完备、技术体系科学、管理体系高效的排污许可制，对固定污染源实施全过程管理和多污染物协同控制，实现系统化、科学化、法治化、精细化、信息化的“一证式”管理[1]。随后火电行业、水泥行业、石化行业、钢铁行业相继出台“排污许可证申请与核发技术规范”，其中固定污染源总量控制制度，为排污收费、环境统计、排污权交易等工作提供统一的污染物排放数据。

已建企业在申请排污许可证时，必须核算出固定污染源污染物排放总量，以此数据向环保部门申报总量控制指标。此项工作中，若污染物总量申报较大，无疑给企业增加额外排污费用；若污染物总量申报较少，存在总量超标风险。

针对上述情况，文章选取某炼化企业热媒加热炉、某火电企业透平发电机组、某化工企业高压蒸汽锅炉作为监测对象，分别采用实测法（在线监测＋手工监测）、产排污系数法[2]、物料衡算法等方法对废气中氮氧化物、二氧化硫（大气污染物防治主要消减指标）年排放总量进行核算，以期为企业提供合理的总量核算方法，提供客观、真实的数据支持。

1 监测设备

Testo350加强型烟气分析仪，主要用来监测烟道内的温度、压力、NOx浓度、SO2浓度、烟气流速。HyGroPalm22温湿度仪测量水蒸气浓度。采用克拉伯龙方程求出烟道中水蒸气体积百分比，进而得到干烟气数据。

手工监测方法主要针对热媒炉、透平发电机组、高压蒸汽锅炉烟囱排放废气进行监测，采集烟道温度、压力、NOx浓度、SO2浓度、烟气流速、湿度等数据。

2 监测、数据处理与总量核算方法

2.1 手工监测方法

手工监测依据《固定源废气监测技术规范》（HJT 397－2007）进行，其中污染物总量核算是根据手工监测污染物浓度、烟气流速以及排放烟囱内径等参数计算（详见2.2数据处理）得出。

2.2 数据处理

该次监测高压蒸汽锅炉、热媒炉、透平发电机组执行锅炉大气污染排放标准或火电大气污染物排放标准。手工监测实测法是根据仪器监测出的实际烟气参数，参考相关标准[3-4]，基于对理想气体状态方程自下而上的推导而实现对监测时间段内二氧化硫、氮氧化物排放量的量化。计算步骤如下：

1）将烟气中NOx与SO2体积浓度φ转化为标准状况下NOx与SO2质量浓度ρNOx、ρSO2（mg/m3），见公式（1）。

2）根据环境大气压力P0和监测点处烟气静压力Ps计算烟道处的绝对压力P（Pa），见公式（2）。

3）根据理想气体状态方程，监测烟道中水蒸气质量浓度ρH2O，烟气温度t和烟道处绝对压力P，计算烟气中水蒸气体积浓度φH2O（%），见公式（3）。

式中：R—理想摩尔气体常数8.314 J/（mol·k）；T—热力学温度，K，T（K）＝273.15＋t；MH2O水蒸气摩尔质量18.02 g/mol。

4）根据监测点处烟气动压力Pd和热力学温度平均值，以及皮托管系数Kp和相应的计算系数a（0.076），计算烟气流速v（m/s），见公式（4）。

5）根据人工测量的监测管段截面积S和烟气流速平均值，计算工况下湿烟气流量Qg（m3/s），见公式（5）。

6）对工况下湿烟气流量Qg做折标计算，求出标准状况下干烟气流量Qn（m3/s），见公式（6）。

7）根据求得的标准状况下NOx与SO2质量浓度平均值ρNOx、ρSO2和标准状况下干烟气流量Qn，以及统计的设备运行时间ts，估算监测时间段内NOx与SO2排放量QNOx（t）、QSO2（t），见公式（7、8）。

2.3 总量核算方法

1）实测法

实测法是指根据监测数据测算实际排放量的方法，分为自动监测实测法和手工监测实测法。自动监测实测法是指根据DCS历史存储的CEMS数据中每小时污染物平均排放浓度、平均烟气量、运行时间核算污染物年排放量；手工监测实测法是指根据每次手工监测时段内每小时污染物的平均排放浓度、平均烟气量、运行时间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时，根据《工业污染源产排污系数手册》，以二氧化硫计（kg/万m3天然气）=硫含量（g/m3天然气）×2/1 000×10 000=20×硫含量（g/m3天然气）计算。

3）产排污系数法

系数法①根据《固定源监测质量保证与质量控制技术规范》（试行）（HJ/T373－2007）：“工业燃气氮氧化物排放系数为2 085 kg/106m3燃料气，二氧化硫排放系数为630 kg/106m3燃料气”，结合各装置燃气用量，由此计算得出氮氧化物、二氧化硫年排放量。

系数法②根据胡名操的《环境保护实用数据手册》计算得出标干烟气流量[6]，此数据分别乘手工监测平均浓度，计算得出氮氧化物、二氧化硫年排放量。

4）非正常工况下核算

当装置处于非正常工况下，可采用手工监测方法进行核算，对于未按要求开展手工监测并报送数据的，或未能按要求及时恢复设施正常运行的，采用物料衡算法或产排污系数法按照直排核算该时段实际排放量。

3 监测结果与分析

3.1 污染物数据统计

该次选取热媒炉、透平发电机组、高压蒸汽锅炉作为监测对象，各装置运行负荷均在90%以上，手工连续监测4天。热媒炉、透平发电机组、高压蒸汽锅炉2016年全年用气量及监测结果见表1～3。

表1 2016全年高压蒸汽锅炉、热媒炉、透平发电机组燃气量 m3

表2 2016全年高压蒸汽锅炉、热媒炉、透平发电机组标干烟气量 万 m3

表3 实测法与估算法污染物排放总量统计结果比对 t/a

3.2 污染物排放数据分析

1）三家企业不同装置中实测值1是根据DCS历史存储的CEMS数据中的每小时污染物的平均排放浓度、平均烟气量、运行时间核算污染物年排放量，此数据为企业真实排污量。

2）氮氧化物年排放总量相对偏差：由表3算出实测值1与实测值2相对偏差在0.3%～2.1%之间，实测值1与估算值3相对偏差在7.6%～12%之间，实测值1与估算值4相对偏差在5%～82%之间。由此可知，实测值2最为接近企业真实排污数据，估算值3和估算值4数据失真，不能反映企业污染物排放现状。

3）二氧化硫年排放总量相对偏差：由表3可知实测值1与实测值2相对偏差在1.5%～4%之间，实测值1与估算值3相对偏差在42%～48%之间，实测值1与估算值4相对偏差在91%～94%之间。实测值1与估算值5相对偏差在9%～50%之间。由此可知，实测值2最为接近企业真实排污数据，估算值3、估算值4和估算值5数据失真，不能反映企业污染物排放现状。

综上所述，安装在线监测设备企业可根据DCS历史存储的CEMS数据核算污染物年排放量；若未安装在线监测设备企业，可根据手工监测污染物平均浓度，并统计全年燃料用量，核算出污染物排放量，可按自动或手工监测数据申报排污许可总量。产排污系数法和物料衡算法核算出数据与真实污染物排放数据差别较大，数据失真，无参考意义。

4 结论与建议

选取三家企业热媒炉、透平发电机组和高压蒸汽锅炉作为监测对象，三套装置均安装烟气排放在线监测系统。经过收集存储的CEMS数据、手工监测数据、2016全年天然气用量和固定源烟道内径等，采用实测法（在线监测＋手工监测）、物料衡算法和产排污系数法对热媒炉、透平发电机组和高压蒸汽锅炉污染物排放总量进行核算，由此得出产排污系数法和物料衡算法核算数据与真实污染物排放数据差别较大，数据失真，无参考意义；手工监测核算数值与在线监测数值相对偏差较小，最能真实反映企业污染物排放量。

此外，几乎所有企业都未能对生产装置全部安装烟气排放在线监测系统，建议企业可参照手工监测实测法核算污染物总量，进而全面掌握企业整体污染物排放情况，可将此数据作为排污许可证中固定源废气污染物总量指标。