基于CEMS的小规模工业碳排放与污染物动态监测研究——以烟草烘烤行业为例

针对小规模工业炉窑排放不稳定、缺乏连续监测数据的难题，研究人员以烟草烘烤业为案例，结合CEMS（连续排放监测系统）与实地测试，系统分析了CO2、SO2、NOX和CO的动态排放特征。结果显示CEMS数据与实测误差仅0.13-7.8%，并证实生物质燃料可降低50%以上污染物排放，为小工业排放管控提供了关键方法学支撑。

　　

烟草烘烤作为中国重要的农业生产环节，每年贡献超200万吨烟草产量，但其燃烧排放的污染物长期缺乏精准监测。传统研究多依赖间歇性采样，难以捕捉动态排放特征。更棘手的是，小规模工业炉窑因燃烧不稳定、缺乏理论烟气量参考值，导致连续排放监测系统(CEMS)的应用面临挑战。云南作为中国最大烟草产区，其烘烤过程使用煤、生物质等多种燃料，排放差异可达1-2个数量级，亟需系统性研究厘清排放规律。

云南省烟草科学研究院团队在2023年烘烤季（7-9月），选取巍山县和弥渡县典型烘烤工坊，首次将CEMS技术应用于烟草烘烤行业。通过同步开展CEMS连续监测与实地测试，对比分析了煤、生物质、醇基燃料和天然气四种能源的CO₂、SO₂、NO_X和CO排放特征。研究创新性地结合燃料消耗量与烟叶干重，构建了动态排放因子数据库。

关键技术包括：1) CEMS实时监测（数据分辨率达分钟级）；2) 多燃料烘烤工坊的并行对照实验；3) 基于质量平衡法的排放因子计算；4) 三阶段（变黄期、定色期、干筋期）排放动态分析。所有数据均通过双盲法验证，确保准确性。

研究结果
验证CEMS数据
以生物质燃料为例，CEMS与实测的CO₂、SO₂、CO浓度差异分别为62.4 vs 64.1、241 vs 226、524 vs 498 mg/m³，相对偏差<7.8%。NO_X监测误差更低于0.13%，证实CEMS在小工业场景的适用性。

排放动态特征
不同烘烤阶段呈现显著差异：变黄期CO₂排放占比达总量51%，而干筋期SO₂骤升2-3倍。煤燃料的SO₂瞬时峰值达2875 mg/m³，超燃煤电厂限值11倍，凸显小工业排放的突发性风险。

燃料替代效益
生物质燃料展现突出优势：无需改造燃烧设备即实现SO₂减排56%、CO减排62%。其排放因子（kg/吨烟叶）为：CO₂ 1.02×10³、SO₂ 0.83，显著低于煤燃料的2.14×10³和1.89。

结论与意义
该研究首次建立烟草烘烤行业分钟级排放数据库，证实CEMS技术可有效捕捉小工业的动态排放特征。提出的"燃料-工艺-排放"关联模型，为编制精准排放清单提供了方法论范式。特别指出，生物质燃料的规模化应用可兼顾经济效益与环境效益，这对中国实施"双碳"战略下的农业减排具有指导价值。成果发表于《Environmental Pollution》，为全球小规模工业污染治理提供了中国案例。