工业污染物排放统计方法讲义.docx

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工业污染物排放统计方法讲义

工业污染物排放统计方法

一、工业污染物估算常用方法

工业企业环境统计工作中对废气、废水和固体废物及所含污染物产生量、排放量的计算通常采用三种方法，即实测法、物料衡算法和产排污系数法。

1、实测法

实测法是通过监测手段或国家有关部门认定的连续计量设施，测量废气、废水的流速、流量和废气、废水中污染物的浓度，用环保部门认可的测量数据来计算各种污染物的产生量和排放总量的统计计算方法。

G=KC

Q

式中：

G——污染物产生量或排放量；

Q——介质流量；

C

——介质中

污染物浓度；

K——单位换算系数。

浓度和流量的单位不一致时，单位换算系数K取不同的值。

废水中污染物的浓度单位常取mg/L，系数K取10-3；废气中污染物的浓度一般取mg/L，系数K取10-6。

实测法的基础数据主要来自于环境监测站。

监测数据是通过科学、合理地采集样品、分析样品而获得的。

监测采集的样品是对监测的环境要素的总体而言，如采集的样品缺乏代表性，尽管测试分析很准确，不具备代表性的数据也毫无意义。

监测样品的代表性由以下环节来决定：

（1）采样点的布设。

应充分考虑采样点的代表性，满足概率随机性的要求，尽量减少主观误差。

废水污染物的监测要求，一类污染物一律在各车间或车间处理设施排放口取样监测；二类污染物在企业各个废水排放口取样监测。

（2）采样时问和频率。

应根据监测的目的及监测组分的时间变化而定。

污染源的监测频率要求一年监测2～4次，每次间隔时间不得少于1个月；一般监测两次（在正常生产条件下），上半年和下半年各监测一次。

（3）样品的完整性。

数据的完整性取决于采集到的样品的完整性，只有对所有采样点采集到的全套样品进行监测分析，才能得到完整的监测数据。

（4）监测数据的可比性。

要使监测数据具有可比性，常采用的办法是使用标准样品（又称标准物质）和国家认可的环境监测分析方法。

使用国家级标准样品可以使监测结果在很大范围内准确可比，使用国家认可的环境监测分析方法可减少系统误差，增加监测数据之间的可比性。

因受现有监测技术和监测条件的约束，实测法有一定的局限性。

这主要是目前除了重点污染源有比较准确的监测数据外，其他多数非重点污染源不能得到有效的监测；而且很多重点污染源还未实现连续监测，监测结果的代表性有待提高。

例某炼油厂年排废水2万t，废水中废油浓度C油为500mg/L，COD浓度CCOD为300mg/L，水未处理直接排放。

计算该厂废油和COD的年排放量。

解：

G油＝KC油Q＝10-6×500×2×104＝10（t）

GCOD＝KCCODQ＝10-6×300×2×104＝6（t）

例某冶炼厂排气筒截面0.4m2，排气平均流速12.5m/s，实测所排废气中SO2平均浓度12mg/m3，粉尘浓度8mg/L计算该排气筒每小时SO2和粉尘的排放量。

解：

每小时废气流量Q=12.5×0.4×3600=1.8×104（m3/h）

每小时SO2排放量Gso2=10—6×12×1.8×104=0.216（kg/h）

每小时粉尘排放量G粉尘=10—6×8×1.8×104=0.144（（kg/h）

2、物料衡算法

物料衡算法是指根据物质质量守恒原理，对生产过程中使用的物料变化情况进行定量分析的一种方法。

即：

投入物料量总和＝产出物料量总和

＝主副产品和回收及综合利用的物质量总和＋排出系统外的废物质量

这里的排出系统外的废物质量包括可控制与不可控制生产性废物及工艺过程的泄漏等物料流失。

物料衡算的实际计算常采用的主要方法有两种：

一种是采用一个生产周期的各种用料单据，作为投入的物料量，主副产品和回收及综合利用的各种产品量作为总产品量，两者之差是生产过程物料流失量，即污染物产生量或排放量。

如某水泥厂一个班次投入各种原料115t，生产水泥100t，回收各种物料12t，则一个班次排放粉尘3t，每生产1t水泥排放30kg粉尘。

另一种是把生产过程的物料守恒关系，用一个公式表示，即

流失量=投入物料量－回收物料量

这就需要建立各种生产条件下的物料衡算公式，如燃料燃烧废气量公式、SO2产生量公式、烟气量公式、各种治理设施的去除量公式等。

采用物料衡算法计算污染物的产生量和排放量时，关键是确定守恒公式两边的参数，但这些参数的确定有时也是比较困难的。

统计人员只有在对企业进行充分了解的基础上，从物料平衡分析着手，对企业的原料、辅料、能源、水的消耗量、生产工艺过程甚至是管理水平进行综合分析，计算出的污染物产生量和排放量才能够比较真实地反映企业在生产过程中的实际情况。

例某除尘系统每小时进入的烟气量为10000标m3，含尘浓度2200mg/L，每小时收集粉尘18kg，若不计漏气，求净化后废气含尘浓度。

解：

每小时进入除尘系统的烟尘量：

10000×2200×10-6=22（kg）

净化后每小时排出的气体中残留烟尘量：

22－18=4（kg）

净化后废气含尘浓度：

4×l06/10000=400（mg/L）

例某污水治理设施，每小时通过的污水量为Qt，进口COD浓度为C1，排放口COD浓度为C2，求该治理设施的去除率。

解：

对该治理设施而言，每小时COD投入量为KC1Q，每小时COD排放量为KC2Q。

每小时COD去除量为：

KC1Q－KC2Q

COD去除率为：

例某火电厂月耗燃煤Bt，检测燃煤中碳和灰分的含量分别为C和A，若锅炉内碳的未燃烧系数为K，每月炉渣出渣量为G渣，除尘器的除尘率为η。

求：

用物料衡算法计算该电厂每月粉煤灰和烟尘排放量。

解：

该厂燃料燃烧过程中炉渣、粉煤灰、烟尘的产生量为B（A+KC）

烟尘产生量为：

B（A+KC）－G渣

烟尘排放量为：

[B（A+KC）－G渣]（1－η）

烟尘的去除量，即粉煤灰的产生量为：

[B（A+KC）－G渣]η

3、产排污系数法

产排污系数是指在正常技术经济和管理条件下，生产单位产品所产生（或排放）的污染物数量的统计平均值。

产排污系数实质是长期与反复实践的经验积累。

产排污系数包含产污系数和排污系数。

（1）产污系数：

指在某一四同条件下，生产单位产品（使用单位原料）所产生的污染物量。

特定四同条件下，产污系数计算公式为：

G产=O产/P

式中：

G产——产污系数；

O产——污染物产生量；

P——产品（或原料）总量；根据不同行业生产特征或习惯表达方式。

一般按产品，也可按原料；计量单位根据行业特点和习惯用法，可以是长度、质量、体积、面积、台（套）等，但不能是产值。

（2）排污系数：

指在某一四同以及相同（类似）末端治理设施的条件下，生产单位产品（使用单位原料）所排放的污染物量。

特定四同条件下，排污系数计算公式为：

G排=O排/P

式中：

G排——排污系数；

O排——污染物排放量；

P——产品（或原料）总量；根据不同行业生产特征或习惯表达方式。

一般按产品，也可按原料；计量单位根据行业特点和习惯用法，可以是长度、质量、体积、面积、台（套）等，但不能是产值。

（3）四同：

指在某一行业中，产品、原材料、生产工艺和生产规模四种因素的组合。

一个四同组合（条件）代表生产相同（或类同）产品时，使用相同（类同）原材料、采用相同（相近）生产工艺、具有相同（相近）生产规模。

不同行业需要根据本行业污染物产生和排放特点，识别影响污染物产生和排放的主要因素、次要因素、一般因素等进行四同的划分和组合。

对于污染物产生和排放无显著影响的因素，不需要进行类别的划分。

例由产品（碳钢）、原料（生铁水、石灰和铁合金）、生产工艺（转炉法）、以及大规模（≥150万t）四个要素形成一个四同组合。

表1-4-1钢铁行业四同因素组合表

产品名称

原料名称

工艺名称

规模等级

碳钢

生铁水、石灰、铁合金

转炉法

＞150万t

（4）产排污系数法的应用

由上述产排污系数计算公式可以得出：

污染物产生量O产=G产P

污染物排放量O排=G排P

例某大型企业应用转炉生产工艺年产160万t普通碳钢，其转炉生产原料为自制生铁水，废气治理设施是LT干法除尘器，试应用产排污系数法计算废气中烟尘去除量和烟尘排放量。

解：

从《第一次全国污染源普查工业污染源产排污系数手册》中查得：

由产品（碳钢）、原料（生铁水、石灰和铁合金）、生产工艺（转炉法）、以及大规模（≥150万t）四个要素形成的四同组合下，对应有一个产污系数（18.5），同时结合末端治理技术（LT干法除尘）对应该四同条件下排污系数（0.027）。

烟尘产生量O产=G产P=18.5×10-3×160×104=29600（t/a）

烟尘排放量O排=G排P=0.027×10-3×160×104=43.2（t/a）

烟尘去除量O去=O产－O排=29600－43.2=29556.8（t/a）

表1-4-2炼钢行业不同因素组合下产排污系数表

产品名称

原料名称

工艺

名称

规模等级

污染物

单位

产污

系数

末端治理技术名称

排污

系数

碳钢

生铁水、石灰、铁合金

转炉法

＞150万t

烟尘

kg/t-钢

18.5

LT干法除尘

0.027

二、工业废气排放统计估算

随着现代工业生产的发展，包括煤和石油在内的能源和其他自然资源被大规模使用，使大气环境受到严重污染和损害，大气环境保护已经成为世界各国面临的一个主要问题。

工业污染源排放废气主要包括燃料燃烧废气和工艺生产废气。

废气排放统计中通常使用的单位为Nm3，这是指排放的废气在标准状况（一个标准大气压和摄氏零度）下的干气体积。

在用实测法计算废气排放量时，通常要将实测值折算成标干体积。

折算公式为

式中：

P1——操作状态下废气压强，单位取千帕（kPa）；

T1——操作状态下废气温度，单位取开（K）；

e0——混合气体含湿量，kg/Nm3；

Q1——操作状态下废气体积；

P0、T0——标准状况下大气压强（101.33kPa）、温度（273.15K）。

1、燃料的消耗量

（1）燃料的消耗量

我国的大气污染主要是能源型污染。

据资料报道：

2005年我国能源消耗总量为223319万t标准煤，其中消耗煤炭153867万t标准煤，占总消耗量的68.9%，原油占21.0%，水电占7.2%，天然气占2.9%。

燃料消耗量是应用物料衡算法与排污系数法计算燃料燃烧过程中排放的烟尘、SO2、NOx产生量的最基本的参考指标。

正确估算燃料消耗量是准确计算污染物排放量的前提。

常用的燃料有固体燃料（煤、木材、植物秸杆等）、液体燃料（原油、柴油、汽油、渣油等）、气体燃料（天然气、煤气等）。

在燃料燃烧污染统计中，使用量最大、污染最严重的燃料主要是煤，煤的消耗量是生活和工业燃料燃烧废气排放量，尤其是缺乏监测手段的小型企事业单位燃料燃烧废气排放的主要参考指标。

环境统计涉及的有关燃料的指标有：

燃料煤消费量指企业厂区内用作燃料的煤炭消费量（实物量）。

包括企业厂区内生产、生活用燃料煤，也包括砖瓦、石灰、水泥等产品生产用的燃煤，不包括炼焦等行业的原料煤。

原料煤消费量指企业在生产工艺中用作原料并能转换成新的产品实体的煤炭消费量。

如转换成焦炭、煤气、水泥、碳素、活性炭、氨氮等的煤炭都称为原料煤。

燃料油消费量指企业用作燃料的各种燃油的总消费量（不包括车船等的交通用油量）。

洁净燃气消耗量指企业用作燃料的清洁燃气消费量。

清洁燃气要求硫分在5g/m3以下。

（2）煤的几个基本概念：

①煤炭成分含量的表示基准

在煤炭使用过程中，煤炭的性质常用以下基准来表示：

应用基——进入燃烧设备的燃料实际成分为应用基，含一切成分和水分。

分析基——实验室内由应用基去掉水分的煤样品成分为分析基，应用基去除外在水分是分析基。

干燥基——去掉煤样品的外部和内部水分后的煤样成分称为干燥基，灰分的含量常用干燥基来表示。

可燃基——去掉煤样中的水分和灰分，剩余有机质和部分可燃硫成分称为可燃基。

②煤的低位发热值

煤的高位发热值（燃烧值）是指1kg煤完全燃烧放出的热量。

但煤燃烧后自身含水及燃烧生成的水的汽化，要用掉部分热量，这部分热量在锅炉内是无法利用的。

煤的高位发热量减去水的汽化热才是锅炉得到的热量，称为煤的低位发热值，通常用符号Qy表示。

其它燃料的低位发热值也是指高位发热量减去水的汽化热量，均用符号Qy表示。

表1-4-3燃料低位发热值一览表

燃料类型

低位热值Qy

燃料类型

低位热值Qy

燃烧类型

低位热值Qy

石煤和矸石

8374

焦炭

27183

氢

10798

无烟煤

22051

重油

41870

一氧化碳

12636

烟煤

17585

柴油

46057

煤气、高炉气

7500-13000

褐煤

11514

纯碳

31365

焦炉气、沼气

12500-27000

贫煤

18841

硫

9033

天然气

﹥35000

备注：

固体、液体：

kJ/kg，气体：

：

kJ/m3

③标准煤

燃料分为固体、液体和气体燃料。

燃烧后产生的废气量与燃烧值有关，燃料之间的换算一般采用标准煤折算。

标准煤是以一定燃烧值为标准的当量概念。

规定29308kJ（或7000Cal/g）的燃料相当于1kg标准煤。

例某地原煤的平均低位发热值为16728kJ/kg，则该地原煤1kg折算成标准煤为：

16728kJ÷29308kJ﹦0.6kg

燃料折算成标准煤通常通过燃料折标系数来换算。

计算公式为：

燃料折标系数（B标）﹦燃料的应用基低位发热值（Qy）÷标准煤的应用基低位发热值（29308kJ）

各类常用能源的参考折标系数见表1-4-4。

表1-4-4常用能源参考折标系数一览表

能源类型

折标系数B标

能源类型

折标系数B标

能源类型

折标系数B标

原煤

0.7143

液化石油气

1.7143

热力

0.0341kg标煤/×106kJ

洗精煤

0.9000

沼气

0.7140

型煤

0.5000-0.7000

煤焦油

1.1429

电力

0.1229kg标煤/kW.h

焦炭

0.9714

原油

1.4286

大豆杆、棉花杆

0.543

焦炉煤气

0.5714-0.6143

汽油

1.4714

稻杆

0.429

高炉煤气

0.1286

煤油

1.4714

麦秆

0.500

天然气

1.3300

柴油

1.4571

玉米杆

0.529

液化天然气

1.7572

燃料油

1.4286

杂草

0.471

备注：

除标注单位的能源外，其余燃料折标系数为，固体、液体：

kg标准煤/kg；气体：

kg标准煤/m3。

（3）燃料

①固体燃料

煤炭是植物类物质在地热和压力作用下，经过漫长时间逐渐煤化形成的。

煤的生成演化过程为：

植物→泥煤→褐煤→烟煤→无烟煤。

“煤化过程”中氧元素的含量逐渐减少，碳元素含量逐渐增加，煤炭的热值越来越高。

煤炭中的主要成分有碳元素、灰分、硫分、氮元素和氢元素及一定量的水分。

其中碳、氢、硫是可燃成分，其余为不可燃成分。

碳是煤中含量最多的元素，煤中固定碳的含量一般为70％-90％，即便煤化程度很低的煤泥，碳元素的含量也超过55％。

氢为煤中发热量最高的元素，含量一般在1％-6％。

氢极易着火燃烧，氢燃烧值为142940kJ/kg，但氢燃烧生成水蒸发时要吸热，实际完全燃烧放热12036kJ（2878kCal）/kg。

氮、氧为煤中杂质，使煤放热减少。

氮的含量一般在0.5％-3％，但在燃烧时部分会转变为NOx，污染大气。

硫是煤中有害元素，它以三种形态存在：

有机硫、黄铁矿、和硫酸盐。

尽管硫燃烧可以放9033kJ（2160kCal）/kg的热，但生成的SO2会造成大气污染。

煤中硫分一般为0.2％-5％。

灰分为煤中的不可燃物质，其主要成分除粘土外，还包括少量氧化物和一些金属化合物，一般含量在15％-45％，灰分在煤燃烧后进入炉渣、粉煤灰和烟尘中。

煤炭中各种元素成分不同，对煤的性质影响亦不同。

表1-4-5是几种煤的煤质参数。

表1-4-5煤质参数一览表

燃料

热值Q/（kJkg）

碳含量/%

灰分/%

挥发份/%

硫分/%

氮/%

燃烧特点

褐煤

﹤18828

40-70

20-40

﹥40

0.60

1.34

易燃，热值低

烟煤

20920-27196

70-85

8-15

10-40

1.50

1.55

燃烧快，烟多

无烟煤

25104-30124

85-95

3-8

6-10

0.98

0.15

燃烧缓，烟少

焦炭

27196-31380

75-85

10-18

不易燃，少烟

重油

41890

85-90

0.02-0.1

0.5-3.5

0.14

易燃，热值高

由表可知：

褐煤的碳含量最低，热值也最低；无烟煤的碳含量高，热值也高。

②液体燃料

液体燃料主要是原油、重油、轻油等。

重油包括重油和渣油（石油分馏残余物），轻油包括柴油、汽油和煤油。

原油：

黑色或黄褐色、流动或半流动黏稠液体，成分主要含碳83%-87%、含氢11%-14%，含硫0.1%-3%，高位发热值可达9600-12000kJ/kg。

原油含碳氢类物质95%-99%，非烃化合类物质（主要是硫、氮、氧）仅1%-4%。

非烃化合类物质含量高时可达20%，非烃化合物在石油炼制时，大部分集中在重油和渣油中（硫化物主要集中在重油中，氮化物主要集中在渣油中）。

重油：

石油蒸馏后的残油，呈黑褐色，包括直溜渣油和裂化残油，主要用于工业燃料。

成分主要含碳85%-90%、含氢10%-12%，含灰分0.3%、含硫1%-3%、含氮0.3-1%。

燃烧时产生烟尘、SO2、NOx等污染物。

重油和原油中的硫在燃烧时几乎全部转化为SO2，氮在燃烧时有30%-40%转化为NOx。

轻油：

轻油是石油的分馏产物，属有机物链烷、环烷、芳香族等的混合物。

常见的汽油、煤油和柴油等属轻油类，因其杂质少，燃烧充分，一般不易造成空气污染。

③气体燃料

气体燃料的主要成分是一氧化碳、氢、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，气体燃料的点火、燃烧和调节容易，极易完全燃烧，灰分几乎没有，硫、氮成分较少，因此燃烧时基本没有烟尘和SO2等污染物，只有一定量的NOx。

表1-4-6几种常用气体燃料一览表

燃料类型

来源和主要成分

发热值（kJ/m3）

燃料特点

天然气

地下天然产生出来的可燃气体，可燃成分主要是甲烷。

37600-46000

发热值高，不含硫分，不含一氧化碳。

液化石油气

石化厂生产的副产品，主要成分是丙烷和丁烷。

104700

液化性能好，易储运。

性质与天然气相近。

焦炉煤气

煤在高温条件下生产焦炭时回收的副产品。

主要成分为甲烷和少量氢、一氧化碳。

12500-27000

一般混有焦油气、阿莫尼亚、硫分等有害杂质，燃烧时废气需经过净化。

沼气

有机物质在厌氧条件下经过多种细菌的发酵作用而生成的产物。

主要成分甲烷占总体积的60-70％，二氧化碳占25-40％，其余硫化氢、氮、氢和一氧化碳等占5％左右。

20930-25120

完全燃烧后主要生成二氧化碳和水。

硫化氢燃烧后几乎全部转化为SO2。

高炉煤气

钢铁厂冶炼时回收的副产品，主要成分一氧化碳占25-30%，氢气占2%，二氧化碳占11%，氮气占60%。

4200

燃烧废气含有少量NOx和一氧化碳。

2、燃料燃烧废气排放量的计算

在环境统计中的工业废气排放总量是指企业燃料燃烧和生产工艺过程中产生的各种排入大气的含有污染物的废气总量，国家规定以标准状况（273K、101325Pa）下的干气体积计，单位取标m3或万标m3。

燃料燃烧过程中随着废气的排放，会排放出烟尘、SO2、NOx、CO2和CO等污染物。

目前主要统计产生的废气量，烟尘、SO2、NOx的去除量、排放量和达标量。

燃料燃烧过程中废气排放量指燃煤、燃油、燃气锅炉、锻造加热炉、退火炉及其他工业炉窑在燃烧过程中所排废气总量（即燃料和物料不混合的纯加热燃烧过程所产生的废气量）。

理论上燃料中低位热值可相应估算碳、氢、硫的量，碳、氢、硫能和一定量的氧反应，便可计算所需空气量，即为理论空气需要量。

实际上为保证燃料完全燃烧，必须根据燃料的特性和燃烧方式，供应比理论空气量更多的空气量（称过剩空气量），最后计算出废气量。

这样计算出的是标准状态下的废气量。

（1）计算理论空气需要量

理论空气需要量指燃料中的可燃物（CHS）完全燃烧时理论上需要的空气量V0。

（2）产生烟气量的计算

以上公式中如低位热值QY的单位取kCal/kg，则4182改为1000。

其中：

V0—理论空气需要量

α——过剩空气系数α=α0+△α

α0——炉膛过剩系数

△α——各段受热面的漏风系数△α一般为0.2左右

表1-4-7漏风系数△α值表

漏风部位

炉膛

对流管束

过热器

省煤器

空气预热器

除尘器

钢烟道10m

砖烟每10m

△α

0.1

0.15

0.05

0.1

0.1

0.05

0.01

0.05

表1-4-8炉膛过剩空气系数α0值表

燃烧方式

烟煤

无烟煤

重油

煤气

手挠炉及抛煤炉

链条炉

煤粉炉

沸腾炉

1.3-1.5

1.3-1.4

1.2

1.23-1.30

1.3-2

1.3-1.5

1.25

1.15-1.2

1.05-1.10

注：

其它炉窑，α可取1.3—1.7，手挠炉α可取大一些。

（3）烧料燃烧产生烟气总量的计算

式中：

B——燃煤消耗总量

VY——1kg燃料燃烧生产的烟气量

（4）小型锅炉可用烟气量简化计

理论空气需要量的简化计算方法

Nm3/kg

式中：

K——与燃料有关的系数，见下表。

表1-4-9系数K值表

燃料

烟煤

无烟煤

油

褐煤（W≤30%）

褐煤（30%＜W＜40%）

K

1.1

1.11

1.1

1.14

1.18

注：

W—燃料中的含水率，除水分高劣质外，一般取K=1.1。

实际产生烟气总量公式为：

V总=B（α+b）V0

表1-4-10燃料系数b值表

燃料

烟煤

无烟煤

褐煤

油

b

0.08

0.04

0.16

0.08

例大同矿物局产煤的低位热值为为6000千卡/公斤，求吨煤燃烧废气排放系数.。

解：

V系=1000VY=12.380Nm3/kg

3、燃烧产生烟尘量的计算

烟尘主要来源于煤的燃烧。

液体和气体燃料在不完全燃烧时，会产生烟，基本不产生尘。

影响烟尘产生量的主要因素是：

煤的品质不同（与灰份含量有关），排尘浓度也不同；燃烧设备和燃烧方式不同，排尘浓度及分散度也不同；炉排热负荷越大，排尘浓度越高，炉膛负荷越大，燃烧越完全，排尘浓度越小；锅炉负荷越大，燃煤量越大，烟气量也越大。

另外，烟尘浓度和排放量还与是否安装除尘设施及除尘设施运行状态有关。

煤炭燃烧时产生的烟尘中包括黑烟和飞灰两部分，黑烟是未完全燃烧的物质，以游离态碳（即炭黑）和挥发物为主，绝大部分是可燃物质，黑烟的粒径一般在0.01-l微米之间。

飞灰是烟尘中不