CN115824994A - 一种基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法 - Google Patents

一种基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法 Download PDF

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CN115824994A CN202211504068.4A CN202211504068A CN115824994A CN 115824994 A CN115824994 A CN 115824994A CN 202211504068 A CN202211504068 A CN 202211504068A CN 115824994 A CN115824994 A CN 115824994A
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耿晔
高素莲
闫学军
杜天君
王鹏
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Abstract

本发明涉及环境监测技术领域，具体涉及一种基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法，S1、安装超声波法烟气流速仪监测烟气流速；S2、安装傅里叶红外法温室气体浓度在线监测仪CEMS监测碳排放污染物浓度，S3、计算日、月和年温室气体碳排放量传输至监控平台；S4、监控平台利用增温潜势系数计算CH4、N2O年度碳排放二氧化碳当量与二氧化碳年度排放量相加，得到温室气体年度碳排放二氧化碳当量Gyts；人工监测数据为调节因子，对Gyts修正得到三种温室气体(CO2/CH4/N2O)年度修正碳排放二氧化碳当量Gys。本发明通过利用在线监测实测数据，对废弃物焚烧行业温室气体直接排放碳数据进行总量核算，提高了其核算结果的完整性、准确性和时效性，为温室气体直接排放碳核算提供了一种新的路径。

Description

一种基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，具体涉及一种基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法。
背景技术
当前，能源活动在我国城市温室气体排放中占据主导地位，其中以废弃物焚烧作为能源利用方式的垃圾焚烧发电厂在城市电力能源供应中具有举足轻重的作用，废弃物焚烧过程所产生的温室气体(CO2、CH4和N2O)排放也较为突出。
目前废弃物焚烧行业温室气体碳排放量核算主要采用排放因子法进行人工核算，核算项目也仅为CO2，无CH4、N2O等其他温室气体核算，同时核算标的并非温室气体总碳排放量，仅为排放的温室气体中的矿物炭排放量。排放因子法核算时需要获取全厂废弃物焚烧量、废弃物中总碳含量和矿物碳占比等一系列关键参数，受人力、成本等方面制约，上述关键参数的获取频次较低，代表性不强，同时由于废弃物焚烧企业焚烧原料的不确定性，每批次焚烧的原料碳含量和矿物碳占比并不固定，因此排放因子法核算结果具有较大的不确定性。
另外，现有废弃物焚烧过程温室气体碳排放量核算方法仅包含了矿物碳的燃烧排放，非矿物碳的燃烧排放并没有纳入温室气体排放总量，因此在某些应用方面存在一定的缺陷，如当前国家层面上正在推进实施的利用高空间分辨率温室气体清单数据、温室气体监测数据等开展同化反演以校核城市温室气体碳排放量，因此亟需丰富和完善废弃物焚烧过程温室气体排放量核算方法体系。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法，通过定期开展的人工监测数据对基于外排烟气中安装的在线监测设备获取的在线监测数据核算的排放量进行校正，来保证温室气体碳排放在线监测数据监测浓度值的准确性，从而通过浓度和流量最大限度的表征废弃物焚烧行业温室气体碳排放量的准确性和真实性。同时本发明核算的废弃物焚烧行业温室气体直接碳排放数据为的温室气体的总碳排放量，不仅包括塑料、纺织物、橡胶、液体溶剂和废油矿物炭等原料焚烧产生的矿物炭，还包含纸张、食品和木材废弃物等原料焚烧产生的生物质碳，为利用高空间分辨率温室气体清单数据、温室气体监测数据等开展同化反演以校核城市温室气体碳排放量等需要核算总碳排放的核算工作提供了数据支持。
本发明是通过如下技术方案实现的：
提供一种基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法，包括以下步骤：
S1、在焚烧炉外排口安装超声波法烟气流速仪，对外排烟气中烟气流速进行实时监测；
S2、在焚烧炉外排口安装傅里叶红外法温室气体浓度在线监测仪CEMS，对外排烟气中和温室气体污染物浓度实时监测，从CEMS系统中获得相关排放参数，包括CO2、CH4和N2O实时监测浓度、烟气温度Ts、大气压力Ba、烟气压力Ps，并动态计量湿排气烟气流量Qsn；
Figure BDA0003968462050000031
其中：Qsn为烟气中的湿排气流量：m3/h；F为测点烟道截面积：m2，
Figure BDA0003968462050000032
为测点断面超声波法测得的湿排气平均流速：m/s；Ba为侧点的大气压力：Pa； Ps为排气的静压：Pa；Ts为排气温度：℃；Xsw为排气中的含湿量：％；
S3、烟气流速和温室气体浓度监测数据通过线路传输至数据传输装置，并通过数据传输装置计算温室气体日排放量Gd、月排放量Gm和年排放量Gy，并将数据传输至温室气体监控平台；
S4、监控平台利用相关全球增温潜势系数分别计算CH4、N2O年度排放二氧化碳当量，再与二氧化碳年度排放量相加，得到温室气体年度碳排放二氧化碳当量Gyts；同时定期分别对焚烧炉外排烟气中的温室气体CO2、CH4和N2O浓度和流量进行人工监测，并将监测结果录入监控平台，利用人工监测数据作为调节因子，对基于在线监测数据核算的温室气体年度碳排放二氧化碳当量Gyts进行修正，得到三种温室气体(CO2/CH4/N2O)年度修正碳排放二氧化碳当量Gys；
Gyts＝Gy(CO2)+(GWP(CH4)×Gy(CH4))+(GWP(N2O)×Gy(N2O))
Figure BDA0003968462050000033
Gys(CO2/CH4/N2O)＝Gyts×Eac(CO2/CH4/N2O)
其中：Gyts为温室气体年度碳排放二氧化碳当量，单位t/a；Gys为某种温室气体(CO2/CH4/N2O)年度修正碳排放量；Eac为温室气体(CO2/CH4/N2O) 偏差调节系数；GWP(CH4)为甲烷全球增温潜势系数，系数值为：21kg/kg； GWP(N2O)为氧化亚氮全球增温潜势系数，系数值为：310kg/kg；
Figure BDA0003968462050000034
为基于人工监测数据核算的温室气体(CO2/CH4/N2O)排放量与同时段基于在线监测数据核算的碳排放量之差的平均值，单位t/h；
Figure BDA0003968462050000041
为同时段基于在线监测数据核算的碳排放量结果的平均值，单位t/h，每个频次人工比对时间为1小时。进一步的，在步骤S1中，流速测量方法为超声波流速仪自动测量，在相对于气流方法在烟道两侧分别斜向安装发射装置和接收装置，对烟道中的线性流速进行实时测量。
进一步的，在步骤S1中，傅里叶红外法在线监测仪CEMS，其采样装置设置于生产设施外排烟气总排口处，污染物分析仪设置于监测站房机柜内，烟气采样装置和污染物分析仪通过带桥架的烟气采样管路连接。
进一步的，在步骤S3中，排放量计算公式：
Gh(CO2)＝Cd×Qsn×10-6；
其中：Gh(CO2)为二氧化碳的小时排放量，单位t/h；Cd为二氧化碳的小时浓度均值，单位为g/m3；Qsn为烟气累计小时流量，单位为m3；
Gh(CH4)＝Cd×Qsn×10-9；
其中：Gh(CH4)为甲烷的小时排放量，单位t/h；Cd为甲烷的小时浓度均值，单位为mg/m3；Qsn为烟气小时流量，单位为m3/h；
Gh(N2O)＝Cd×Qsn×10-9；
其中：Gh(N2O)为氧化亚氮的小时排放量，单位t/h；Cd为甲烷的小时浓度均值，单位为mg/m3；Qsn为烟气小时流量，单位为m3/h；
Figure BDA0003968462050000042
Figure BDA0003968462050000043
Figure BDA0003968462050000044
其中：Gd为某种温室气体(CO2、CH4、N2O)的日碳排放量，单位t/d， Ghi为该天中第i个小时的某种温室气体的碳排放量，单位t/h；Gm为某种温室气体(CO2、CH4、N2O)的月碳排放量，单位t/m，Gdi为该月中第i天的某种温室气体的碳排放量，单位t/d，Dm为该月天数；Gy为某种温室气体(CO2、 CH4、N2O)的年碳排放量，单位t/a，My为该年月数；
进一步的，在步骤S4中，人工监测频率为每季度一次，每频次监测数据为9组小时均值，录入监控平台的项目为每组基于人工监测结果核算的排放量值
本发明的有益效果：
本发明适用于废弃物焚烧行业，通过安装在焚烧炉终端的超声波流速仪和傅里叶红外CEMS分别获取烟气流速、其他烟气参数和温室气体排放浓度；并将上述实时数据传输至数据传输装置，通过数据传输装置计算后再传输至监控平台；最后利用定期开展的手工比对数据录入监控平台，对焚烧炉年度温室气体碳排放量数据进行修正。
本发明的核算方法克服了原有的排放因子法人工核算方法的不足，对废弃物焚烧行业温室气体碳排放量核算给出了一种新的核算方法，同时利用超声波流速仪和引入人工比对偏差调节系数两种手段来有效保障烟气流速和自动监测浓度数据两大关键指标的准确度，提高了碳排放核算数据的准确性和完整性；其中：偏差调节系数主要利用基于人工比对监测数据核算的碳排放量对基于在线监测数据核算的碳排放量进行修正，而烟气流速是确定排污企业污染物排放总量的重要参数，其质量保障主要通过利用超声波流速仪这种优选的自动监测测量方法实现。现今烟气流速在线测定的标准方法均采用皮托管法，其适用条件为：流速大于5m/s的较清洁的烟气测量环境，而废弃物焚烧炉外排烟气流速多小于5m/s，且烟气成分较复杂，烟气经过脱硝、湿法脱硫、湿法除尘、酸洗和碱洗喷淋等治污设施后，外排烟气具有温度低、湿度大的特点，同时烟气中多含有氯化氢、一氧化碳、氟化物、二噁英等干扰物质，对测量结果的准确性造成一定的影响；另外，传统的皮托管测量方法仅为单点测量，即对烟气中某个单一测点的流速进行测量，数据代表性不强，不能完全的反映烟道中各测点的流速均值，而超声波法为烟道中的线性流速均值，为测量光路中多测点的平均值，其数据代表性更强。
本发明另一关键点在于：核算结果为温室气体中的总碳排放量，克服了排放因子法对非矿物炭核算的缺失，针对废弃物焚烧处理行业焚烧炉产生的温室气体排放进行全面有效的核算，以解决现有废弃物焚烧处理产生的温室气体碳排放核算不准确、不全面的问题，建立健全温室气体碳统计核算制度和体系。
说明书附图
图1为本发明的整体流程示意图。
图2为本发明中超声波法烟气流速仪的安装示意图。
图3为本发明中A企业全年温室气体污染物碳排放量统计表。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
如图1所示，一种基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法，包括以下步骤：
S1、在焚烧炉外排口安装超声波法烟气流速仪，对外排烟气中烟气流速进行实时监测；超声波流速仪自动测量，在相对于气流方法在烟道两侧分别斜向安装发射装置和接受装置，对烟道中的线性流速进行实时测量，如图2 所示。
S2、在焚烧炉外排口安装傅里叶红外法温室气体浓度在线监测仪CEMS，傅里叶红外法在线监测仪CEMS，其采样装置设置于生产设施外排烟气总排口处，污染物分析仪设置于监测站房机柜内，烟气采样装置和污染物分析仪通过带桥架的烟气采样管路连接。对外排烟气中和温室气体污染物浓度实时监测，从CEMS系统中获得相关排放参数，包括CO2、CH4和N2O实时监测浓度、烟气温度Ts、大气压力Ba、烟气压力Ps，并动态计量烟气流量Qsn；
Figure BDA0003968462050000071
其中：Qsn为烟气中的湿排气流量：m3/h；F为测点烟道截面积：m2，
Figure BDA0003968462050000072
为测点断面超声波法测得的湿排气平均流速：m/s；Ba为侧点的大气压力：Pa； Ps为排气的静压：Pa；Ts为排气温度：℃；Xsw为排气中的含湿量：％；
S3、烟气流速和温室气体浓度监测数据通过线路传输至数据传输装置，并通过数据传输装置计算日、月和年温室气体排放量，并将数据传输至温室气体监控平台。
排放量计算公式：
Gh(CO2)＝Cd×Qsn×10-6；
其中：Gh(CO2)为二氧化碳的小时排放量，单位t/h；Cd为二氧化碳的小时浓度均值，单位为g/m3；Qsn为烟气累计小时流量，单位为m3；
Gh(CH4)＝Cd×Qsn×10-9；
其中：Gh(CH4)为甲烷的小时排放量，单位t/h；Cd为甲烷的小时浓度均值，单位为mg/m3；Qsn为烟气小时流量，单位为m3/h；
Gh(N2O)＝Cd×Qsn×10-9；
其中：Gh(N2O)为氧化亚氮的小时排放量，单位t/h；Cd为甲烷的小时浓度均值，单位为mg/m3；Qsn为烟气小时流量，单位为m3/h；
Figure BDA0003968462050000081
Figure BDA0003968462050000082
Figure BDA0003968462050000083
其中：Gd为某种温室气体(CO2、CH4、N2O)的日碳排放量，单位t/d， Ghi为改天中第i个小时的某种温室气体的碳排放量，单位t/h；Gm为某种温室气体(CO2、CH4、N2O)的月碳排放量，单位t/m，Gdi为该月中第i天的某种温室气体的碳排放量，单位t/d，Dm为该月天数；Gy为某种温室气体(CO2、 CH4、N2O)的年碳排放量，单位t/a，My为该年月数；
S4、定期对焚烧炉外排烟气中的温室气体碳排放浓度和流量进行人工监测，并将监测结果录入监控平台，定期对焚烧炉外排烟气中的CO2、CH4、 N2O浓度和烟气流量进行人工监测。人工监测频率为每季度一次，每频次监测数据为9组小时均值，录入监控平台的项目为每组基于人工监测结果核算的碳排放量值。
利用相关全球增温潜势系数分别计算CH4、N2O年度排放二氧化碳当量，再与二氧化碳年度排放量相加，得到温室气体年度碳排放二氧化碳当量Gyts；定期对焚烧炉外排烟气中的温室气体碳排放浓度和流量进行人工监测，并将监测结果录入监控平台，利用人工监测数据作为调节因子，对基于自动监测数据核算的温室气体碳排放年度排放二氧化碳当量Gyts进行修正，得到三种温室气体(CO2/CH4/N2O)年度修正碳排放二氧化碳当量Gys。
Gyts＝Gy(CO2)+(GWP(CH4)×Gy(CH4))+(GWP(N2O)×Gy(N2O))
Figure BDA0003968462050000091
Gys(CO2/CH4/N2O)＝Gyts×Eac(CO2/CH4/N2O)
其中：Gyts为温室气体年度修正碳排放二氧化碳当量，单位t/a；Gys为三种温室气体(CO2/CH4/N2O)年度修正碳排放量；Eac为温室气体 (CO2/CH4/N2O)偏差调节系数；GWP(CH4)为甲烷全球增温潜势，21kg/kg； GWP(N2O)为氧化亚氮全球增温潜势，310kg/kg；
Figure BDA0003968462050000092
为基于人工监测数据核算的温室气体(CO2/CH4/N2O)碳排放量与同时段基于在线监测数据核算的碳排放量之差的平均值，单位t/h；
Figure BDA0003968462050000093
为同时段基于在线监测数据核算的碳排放量结果的平均值，单位t/h，每个频次人工比对时间为1小时。
使用本发明的核算方法对A企业生活垃圾焚烧炉的碳排放进行数据核算。A企业现有生活垃圾焚烧炉一座，年处理能力1.6万吨，焚烧炉外排口处安装超声波流速仪和傅里叶红外CEMS，相关数据通过数据传输装置计算并传输至监控平台。
2021年3月2日14时-15时CO2、CH4、N2O小时浓度均值分别为： 159.36g/m3、3.2mg/m3、2.14mg/m3，累计小时流量Qsn＝89680m3。
根据公式计算得到：
Gh(CO2)＝Cd×Qsn×10-6＝159.36×89680×10-6＝14.29t/h；
Gh(CH4)＝Cd×Qsn×10-9＝3.2×89680×10-9＝0.29×10-3t/h；
Gh(N2O)＝Cd×Qsn×10-9＝2.14×89680×10-9＝0.19×10-3t/h；
A企业焚烧炉外排口处安装超声波流速仪和傅里叶红外CEMS，相关数据通过数据传输装置计算并传输至监控平台。2021年1月至12月排放温室气体污染物排放量统计如图3所示。
根据公式计算得到：
Figure BDA0003968462050000101
Figure BDA0003968462050000102
Figure BDA0003968462050000103
A企业2021年共开展温室气体CEMS人工比对监测4次，基于人工监测核算的排放量数据与基于自动监测数据核算的排放量之差的均值
Figure BDA0003968462050000104
值为 1.7，同时段基于在线监测数据核算的排放量结果的平均值
Figure BDA0003968462050000105
为15.01。
现将上述人工比对监测结果输入监控平台，对监控平台内该企业温室气体年总碳排放量Gyt结果进行修正。计算偏差调节系数Eac如下：
Figure BDA0003968462050000106
计算A企业2021年温室气体碳排放年度修正排放量Gyts：
Gyts＝Gy(CO2)+(GWP(CH4)×Gy(CH4))+(GWP(N2O)×Gy(N2O))＝130434+(21×20.3)
+(310×12.38)＝130434+426.3+3837.8＝134698.1t/a
最终得到三种温室气体(CO2/CH4/N2O)年度修正碳排放二氧化碳当量 Gys＝Gyts×Eac＝134698.1×1.11＝149514.89t/a。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (5)

1.一种基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、在焚烧炉外排口安装超声波法烟气流速仪，对外排烟气中烟气流速进行实时监测；
S2、在焚烧炉外排口安装傅里叶红外法温室气体浓度在线监测仪CEMS，对外排烟气中和温室气体碳排放污染物浓度实时监测，从CEMS系统中获得相关排放参数，包括CO2、CH4和N2O实时监测浓度、烟气温度Ts、大气压力Ba、烟气压力Ps，并动态计量湿排气烟气流量Qsn；
Figure FDA0003968462040000011
其中：Qsn为烟气中的湿排气流量：m3/h；F为测点烟道截面积：m2，
Figure FDA0003968462040000012
为测点断面超声波法测得的湿排气平均流速：m/s；Ba为侧点的大气压力：Pa；Ps为排气的静压：Pa；Ts为排气温度：℃；Xsw为排气中的含湿量：％；
S3、烟气流速和温室气体浓度监测数据通过线路传输至数据传输装置，并通过数据传输装置计算温室气体日排放量Gd、月排放量Gm和年排放量Gy，并将数据传输至温室气体监控平台；
S4、监控平台利用相关全球增温潜势系数分别计算CH4、N2O年度碳排放二氧化碳当量，再与二氧化碳年度排放量相加，得到温室气体年度碳排放二氧化碳当量Gyts；同时定期分别对焚烧炉外排烟气中的温室气体CO2、CH4和N2O浓度和流量进行人工监测，并将监测结果录入监控平台，利用人工监测数据作为调节因子，对基于在线监测数据核算的温室气体年度碳排放二氧化碳当量Gyts进行修正，得到三种温室气体(CO2/CH4/N2O)年度修正碳排放二氧化碳当量Gys；
Gyts＝Gy(CO2)+(GWP(CH4)×Gy(CH4))+(GWP(N2O)×Gy(N2O))
Figure FDA0003968462040000021
Gys(CO2/CH4/N2O)＝Gyts×Eac(CO2/CH4/N2O)
其中：Gyts为温室气体年度碳排放二氧化碳当量，单位t/a；Gys为某种温室气体(CO2/CH4/N2O)年度修正碳排放量；Eac为温室气体(CO2/CH4/N2O)偏差调节系数；GWP(CH4)为甲烷全球增温潜势系数，系数值为：21kg/kg；GWP(N2O)为氧化亚氮全球增温潜势系数，系数值为：310kg/kg；
Figure FDA0003968462040000022
为基于人工监测数据核算的温室气体(CO2/CH4/N2O)排放量与同时段基于在线监测数据核算的碳排放量之差的平均值，单位t/h；
Figure FDA0003968462040000023
为同时段基于在线监测数据核算的碳排放量结果的平均值，单位t/h，每个频次人工比对时间为1小时。
2.根据权利要求1所述的基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法，其特征在于：在步骤S1中，流速测量方法为超声波流速仪自动测量，在相对于气流方法在烟道两侧分别斜向安装发射装置和接收装置，对烟道中的线性流速进行实时测量。
3.根据权利要求1所述的基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法，其特征在于：在步骤S1中，傅里叶红外法在线监测仪CEMS，其采样装置设置于生产设施外排烟气总排口处，污染物分析仪设置于监测站房机柜内，烟气采样装置和污染物分析仪通过带桥架的烟气采样管路连接。
4.根据权利要求1所述的基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法，其特征在于：在步骤S3中，排放量计算公式：
Gh(CO2)＝Cd×Qsn×10-6；
其中：Gh(CO2)为二氧化碳的小时排放量，单位t/h；Cd为二氧化碳的小时浓度均值，单位为g/m3；Qsn为烟气累计小时流量，单位为m3；
Gh(CH4)＝Cd×Qsn×10-9；
其中：Gh(CH4)为甲烷的小时排放量，单位t/h；Cd为甲烷的小时浓度均值，单位为mg/m3；Qsn为烟气小时流量，单位为m3/h；
Gh(N2O)＝Cd×Qsn×10-9；
其中：Gh(N2O)为氧化亚氮的小时排放量，单位t/h；Cd为甲烷的小时浓度均值，单位为mg/m3；Qsn为烟气小时流量，单位为m3/h；
Figure FDA0003968462040000031
Figure FDA0003968462040000032
Figure FDA0003968462040000033
其中：Gd为某种温室气体(CO2、CH4、N2O)的日碳排放量，单位t/d，Ghi为该天中第i个小时的某种温室气体的碳排放量，单位t/h；Gm为某种温室气体(CO2、CH4、N2O)的月碳排放量，单位t/m，Gdi为该月中第i天的某种温室气体的碳排放量，单位t/d，Dm为该月天数；Gy为某种温室气体(CO2、CH4、N2O)的年碳排放量，单位t/a，My为该年月数。
5.根据权利要求1所述的基于在线实测法的废弃物焚烧行业直接排放碳核算方法，其特征在于：在步骤S4中，人工监测频率为每季度一次，每频次监测数据为9组小时均值，录入监控平台的项目为每组基于人工监测结果核算的排放量值。
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CN117494929A (zh) * 2023-09-04 2024-02-02 北京市生态环境保护科学研究院 一种生活垃圾焚烧企业碳排放量核算方法

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