主要廢氣污染物排放量核算方法比較研究

方 奕

(上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，上海 200235)

污染物排放量廣泛應(yīng)用于排污許可證、環(huán)境統(tǒng)計(jì)、環(huán)境保護(hù)稅、污染源普查等各項(xiàng)環(huán)保工作中，準(zhǔn)確計(jì)算污染物排放量是落實(shí)企業(yè)生態(tài)環(huán)境治理主體責(zé)任的前提和關(guān)鍵所在。目前對(duì)于污染物排放量的計(jì)算主要有三種方法：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法、物料衡算法和產(chǎn)排污系數(shù)法，同個(gè)污染源采用不同方法核算污染物排放量的計(jì)算結(jié)果存在一定差異。對(duì)上海市的重點(diǎn)行業(yè)廢氣污染物排放量開(kāi)展核算研究，并對(duì)三種不同方法進(jìn)行比較，分析各種方法的適用條件和應(yīng)用場(chǎng)景，為準(zhǔn)確核算污染物排放量及科學(xué)決策提供思路。

上海市火電、鋼鐵和石油煉制行業(yè)是廢氣污染物排放的重點(diǎn)行業(yè)[1-3]，本研究聚焦于上述3個(gè)重點(diǎn)行業(yè)。2017年上海共有火電企業(yè)38家，機(jī)組106臺(tái)，裝機(jī)容量2788萬(wàn)千瓦；鋼鐵企業(yè)32家，其中生產(chǎn)型企業(yè)3家，擁有燒結(jié)機(jī)4臺(tái)；石油煉制企業(yè)2家，擁有3臺(tái)催化裂化爐和3臺(tái)硫磺回收爐。2017年火電、鋼鐵和石油行業(yè)的顆粒物、二氧化硫和氮氧化物排放量分別為9598噸、67383噸和77923噸，占全市重點(diǎn)工業(yè)源排放總量的13.3%、89.1%和93.9%。

1 研究方法

1.1 樣本選取

火電行業(yè)選取12家燃煤火電廠的33臺(tái)機(jī)組，選擇監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法、物料衡算法和產(chǎn)排污系數(shù)法計(jì)算顆粒物、二氧化硫和氮氧化物排放量；鋼鐵行業(yè)選取1臺(tái)燒結(jié)機(jī)，石油行業(yè)由于2家石油煉制企業(yè)催化裂化爐在線監(jiān)測(cè)設(shè)備未完成驗(yàn)收，選擇1臺(tái)硫磺回收裝置。火電機(jī)組基本情況見(jiàn)表1。

表1 火電機(jī)組基本情況

1.2 排放量計(jì)算方法

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法：根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)的廢氣(流)量和污染物濃度，計(jì)算出廢氣污染物的排放量。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一般可采用手工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)兩種，在計(jì)算中優(yōu)先采用通過(guò)有效性審核的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

產(chǎn)排污系數(shù)法：產(chǎn)排污系數(shù)采用《第一次全國(guó)污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》[4](以下簡(jiǎn)稱一污普產(chǎn)排污系數(shù))中煉鐵行業(yè)(3210)、煉鋼行業(yè)(3220)、焦化行業(yè)(2520)及火力發(fā)電行業(yè)(4411)等5個(gè)行業(yè)小類的產(chǎn)排污系數(shù)以及《第二次全國(guó)污染源普查工業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)(試用版)》[5](以下簡(jiǎn)稱二污普產(chǎn)排污系數(shù))中火力發(fā)電行業(yè)(4411)、原油加工及石油制品制造行業(yè)(2511)、煉鐵行業(yè)(3110)等3個(gè)行業(yè)小類的產(chǎn)排污系數(shù)。

物料衡算法：工業(yè)鍋爐、鋼鐵行業(yè)中燒結(jié)工序、煉油中的二氧化硫排放量可以采用物料衡算法進(jìn)行計(jì)算。

火電行業(yè)污染物產(chǎn)排量計(jì)算方法包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法、物料衡算法、產(chǎn)排污系數(shù)法。考慮到所有火電機(jī)組均已裝有煙氣污染物在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法僅為在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，顆粒物和氮氧化物排放量計(jì)算方法包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法和產(chǎn)排污系數(shù)法，二氧化硫排放量計(jì)算方法包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法、物料衡算法和產(chǎn)排污系數(shù)法。

燒結(jié)機(jī)顆粒物、二氧化硫和氮氧化物的排放量使用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法和產(chǎn)排污系數(shù)法進(jìn)行比較。硫磺回收污染物排放量計(jì)算方法包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法和物料衡算法，物料衡算法僅針對(duì)二氧化硫，因此僅對(duì)二氧化硫排放量進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 火電行業(yè)

火電行業(yè)顆粒物排放量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法和產(chǎn)排污系數(shù)法計(jì)算結(jié)果(圖1)差異較大，33臺(tái)機(jī)組的計(jì)算結(jié)果顯示兩種方法計(jì)算結(jié)果差異極顯著(p<0.001)，從圖1可見(jiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法計(jì)算出33臺(tái)機(jī)組2017年顆粒物排放量平均值為17.62噸，最大值為77.84噸；一污普產(chǎn)排污系數(shù)法計(jì)算出的顆粒物平均排放量為214.79噸，最大值為516.25噸；二污普產(chǎn)排污系數(shù)法計(jì)算出的顆粒物平均排放量為106.26噸，最大值為550.71噸。從兩種方法的相對(duì)偏差來(lái)看，一污普產(chǎn)排污系數(shù)法相比于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法平均值的相對(duì)偏差為1119%，二污普產(chǎn)排污系數(shù)法相比于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法平均值的相對(duì)偏差為503%。雖然二污普產(chǎn)排污系數(shù)法在一污普的基礎(chǔ)上增加了處理效率和K值，但系數(shù)的設(shè)置與實(shí)際治理水平還存在一定偏差。從2010年起火電廠顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)從200mg/m3下降至如今的10mg/m3，隨著火電行業(yè)顆粒物標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)，各廠均采用包括安裝布袋除塵器、改造現(xiàn)有電除塵器或超凈排放改造，除塵效率顯著提高，火電行業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)與實(shí)際污染排放量不相匹配。

圖1 火電行業(yè)排放量計(jì)算結(jié)果比較

火電行業(yè)二氧化硫排放量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法和物料衡算法計(jì)算結(jié)果較為接近，從33臺(tái)燃煤機(jī)組的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，兩種方法計(jì)算結(jié)果并無(wú)顯著差異(p>0.05)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法計(jì)算33臺(tái)燃煤機(jī)組2017年二氧化硫排放量平均值為102.6噸，物料衡算法為101.5噸，兩種方法計(jì)算結(jié)果相對(duì)偏差僅為1%，這主要由于物料衡算法計(jì)算二氧化硫排放量的脫硫效率為實(shí)際效率，使用脫硫系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)進(jìn)出口濃度計(jì)算得出，所以計(jì)算結(jié)果差異并不大。二氧化硫排放量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法和一污普產(chǎn)排污系數(shù)法計(jì)算結(jié)果差異較大，從33臺(tái)火電機(jī)組的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，兩種方法計(jì)算結(jié)果差異顯著(p<0.001)；與二污普產(chǎn)排污系數(shù)計(jì)算結(jié)果比較無(wú)顯著差異(p>0.05)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法計(jì)算出35臺(tái)火電機(jī)組2017年二氧化硫排放量平均值為97.1噸，一污普產(chǎn)排污系數(shù)法為587.8噸，相對(duì)偏差為505%；二污普產(chǎn)排污系數(shù)法為90.68噸，相對(duì)偏差為7%，2臺(tái)燃?xì)鈾C(jī)組的相對(duì)偏差為498%和232%。無(wú)論燃煤還是燃?xì)鈾C(jī)組差異都非常顯著，這主要與二氧化硫的一污普產(chǎn)排污系數(shù)較舊有關(guān)。二氧化硫的排放標(biāo)準(zhǔn)從2010年的200mg/m3，下降為如今的35mg/m3，加之如今燃煤火電廠旁路取消，所有煙氣都經(jīng)過(guò)脫硫處理，進(jìn)一步提升了脫硫效率，二污普產(chǎn)排污系數(shù)較好地反映了實(shí)際的脫硫效率，計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法差別不大。

火電行業(yè)氮氧化物排放量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法和產(chǎn)排污系數(shù)計(jì)算結(jié)果差異較大，從33臺(tái)燃煤火電機(jī)組的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，兩種方法計(jì)算結(jié)果差異顯著(p<0.001)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法計(jì)算33臺(tái)火電機(jī)組2017年氮氧化物排放量平均值為191.70噸，一污普產(chǎn)排污系數(shù)法為1315.79噸，相對(duì)偏差為586%；二污普產(chǎn)排污系數(shù)法為581.29噸，相對(duì)偏差為203%。與顆粒物和二氧化硫相似，造成氮氧化物排放量計(jì)算結(jié)果差異的主要原因是一污普產(chǎn)排污系數(shù)滯后，氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)已從2010年的400mg/m3下降至現(xiàn)如今的50mg/m3，為達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)從2013年起，上海市開(kāi)始大規(guī)模的火電行業(yè)脫硝設(shè)施建設(shè)，目前已全部完成。在環(huán)境質(zhì)量改善的同時(shí)，污染排放標(biāo)準(zhǔn)不斷收嚴(yán)，污染治理水平不斷提高，導(dǎo)致產(chǎn)排污系數(shù)比實(shí)際排放量偏高[6]。二污普產(chǎn)排污系數(shù)雖然在一污普基礎(chǔ)上有所更新，但對(duì)于脫硝效率的認(rèn)定上一般不高于80%，與行業(yè)達(dá)標(biāo)仍有差距，與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法的結(jié)果偏差較大。

2.2 鋼鐵行業(yè)

鋼鐵行業(yè)排放量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)顆粒物排放量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法和一污普產(chǎn)排污系數(shù)法差異較大，與二污普產(chǎn)排污系數(shù)差異較小，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法計(jì)算結(jié)果為219噸，一污普產(chǎn)排污系數(shù)法為1689噸，二污普產(chǎn)排污系數(shù)法為436.71噸。二氧化硫排放量?jī)煞N方法計(jì)算結(jié)果差異不大，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法為240噸，一污普產(chǎn)排污系數(shù)法為226噸，二污普產(chǎn)排污系數(shù)法為191.05噸。氮氧化物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法比產(chǎn)排污系數(shù)法計(jì)算結(jié)果稍大，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法為1921噸，一污普產(chǎn)排污系數(shù)法為1578噸，二污普產(chǎn)排污系數(shù)法為511.88噸。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法計(jì)算結(jié)果仍比產(chǎn)排污系數(shù)法大，這可能與燒結(jié)機(jī)脫硝設(shè)施運(yùn)行不正常有關(guān)，綜合脫硝效率未達(dá)到產(chǎn)排污系數(shù)中的設(shè)計(jì)值。由于在線監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝到位，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較產(chǎn)排污系數(shù)法更能反映燒結(jié)機(jī)的污染治理和排放水平。

2.3 石油行業(yè)

硫磺回收污染物排放量計(jì)算方法包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法和物料衡算法，由于硫磺回收裝置無(wú)產(chǎn)排污系數(shù)且物料衡算法僅針對(duì)二氧化硫，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法和物料衡算法計(jì)算出的二氧化硫排放量分別為75.1噸和11.8噸(圖3)。與鋼鐵行業(yè)情況類似，石油行業(yè)部分設(shè)施存在在線監(jiān)測(cè)設(shè)備未完成驗(yàn)收的問(wèn)題，可能存在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，而物料衡算法中采用的脫硫效率未能體現(xiàn)硫磺回收的實(shí)際運(yùn)行效率，導(dǎo)致與設(shè)計(jì)值不符。待在線監(jiān)測(cè)設(shè)備完成驗(yàn)收，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后可開(kāi)展進(jìn)一步比對(duì)研究工作。

3 結(jié)論

(1)產(chǎn)排污系數(shù)法廣泛應(yīng)用于污染源普查、環(huán)境統(tǒng)計(jì)的污染物核算中，能反映相同行業(yè)不同工藝不同治理水平的行業(yè)排污特征，對(duì)于同一個(gè)企業(yè)來(lái)說(shuō)對(duì)環(huán)境治理設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定的要求較高，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完備的情況下，不適宜用于環(huán)境保護(hù)稅中污染物排放量的核算。

(2)火電行業(yè)顆粒物、二氧化硫和氮氧化物排放量產(chǎn)排污系數(shù)法與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法相比均有明顯差異，產(chǎn)排污系數(shù)法計(jì)算結(jié)果偏大，這主要由于產(chǎn)排污系數(shù)較舊以及污染物治理技術(shù)更新所致，二氧化硫排放量產(chǎn)排污系數(shù)法與物料衡算法計(jì)算結(jié)果差異不大。由于火電行業(yè)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量較高，且生產(chǎn)情況較為規(guī)律，用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法核算污染物排放量更能體現(xiàn)實(shí)際排污情況。

(3)鋼鐵行業(yè)顆粒物和氮氧化物排放量產(chǎn)排污系數(shù)法與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法相比有明顯差異，二氧化硫計(jì)算結(jié)果差異不大。石油行業(yè)二氧化硫物料衡算法與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法相比也有明顯差異。鋼鐵和石油行業(yè)目前在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)還不完善，所選代表性樣本較少，待在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完善后可以做進(jìn)一步研究。

(4)相較于一污普產(chǎn)排污系數(shù)，二污普產(chǎn)排污系數(shù)將產(chǎn)生量與去除量?jī)蓚€(gè)變值的差異來(lái)核算排放量[7]，與污染治理水平匹配度更高，在行業(yè)和區(qū)域?qū)用婧怂阄廴疚锱欧帕康膬?yōu)勢(shì)更為明顯。

總的來(lái)說(shuō)，在重點(diǎn)行業(yè)廢氣污染物排放量計(jì)算中各種方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)，在核算區(qū)域或行業(yè)污染物排放總量時(shí)，宜采用產(chǎn)排污系數(shù)法。在核算排污許可量時(shí)，考慮到公平性，宜采用產(chǎn)排污系數(shù)法。在核算單個(gè)企業(yè)的環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或環(huán)境保護(hù)稅污染物時(shí)，宜采用在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或足夠頻次體現(xiàn)污染源實(shí)際工況的手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。