北京市燃煤源排放控制措施的污染物减排效益评估

为分析北京市燃煤源排放控制措施的污染物减排效益,基于MEIC（中国多尺度排放清单模型）,采用情景分析法,评估了北京市电厂能源清洁化与末端治理、燃煤锅炉改造和城区平房区居民采暖改造等措施的污染物减排效益.结果表明,相对于无控情景,2013年北京市电厂能源清洁化与末端治理减少PM_2.5、PM₁₀、SO₂和NO_x排放量为1.28×104、2.10×104、5.13×104和4.98×104 t,分别占无控情景的85%、86%、87%、74%;北京市燃煤锅炉改造减少PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO_x排放量为1.09×104、2.68×104、11.64×104和5.81×104 t,分别占无煤改气情景的83%、89%、83%、83%;北京市老旧平房区的居民采暖改造减少PM_2.5、PM₁₀、SO₂和NO_x排放量分别为630、870、2 070和790 t,均占无煤改电情景的8%.研究显示,北京市从1998年开始采取的各种减排措施有效地减少了污染物的排放,对北京市空气质量改善具有重要意义.      

我国水泥工业大气污染物排放量估算

水泥工业是粉尘,SO₂和NO_x等多种大气污染物的重要排放源.根据各地水泥工业的工艺现状、活动水平、除尘器的除尘效率和污染物排放因子,估算了1995—2005年我国水泥工业生产过程中排放的粉尘,PM₁₀,PM_2.5,SO₂,NO_x,氟化物和CO等的排放量,并给出了2005年分省区、分工艺的排放清单.结果表明,污染物排放量与水泥活动水平呈正相关.1995年以来,随着水泥产量增加,污染物排放量增长迅速,2005年我国水泥工业排放排放粉尘520.69×104 t,PM₁₀437.24×104 t,PM_2.5301.06×104 t,SO₂ 86.09×104 t,NO_x286.67×104 t,氟化物57.72×104t,CO1 987.97×104 t;山东、浙江、江苏、河北和广东等水泥生产大省污染物排放量较大,污染物排放总量占全国总排放量的46.6%,新型干法的推广应用有助于大气污染物的减排.      

中国电力行业多污染物控制成本与效果分析

利用情景分析法建立了2010—2030年我国电力行业SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5的排放控制情景,分析了发电技术结构调整、加严及进一步加严末端控制措施(脱硫、脱硝、除尘等)的减排成本和效果. 结果表明:到2030年,相对于趋势照常情景,若加严末端控制设施,将新增336×108元投资,SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5排放量可分别减少121×104、852×104、18×104、10×104 t;若进一步加严末端控制措施,将再新增25×108元投资,NO_x、PM₁₀、PM_2.5可分别进一步减排45×104、23×104、15×104 t;若进行发电技术结构调整,将新增2 383×108元投资,SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5排放量分别减少248×104、420×104、18×104、10×104 t;2020年和2030年发电技术结构调整带来的单位污染物减排成本分别为15 374和34 239元/t,是末端控制措施加严的3倍以上,但其能提供更大的SO₂减排空间并具有降低能耗和减排温室气体等协同效益. 从成本效果角度考虑,建议采用加严末端控制措施方案,同时调整发电技术结构、合理发展清洁发电技术,以为污染物减排提供更大空间.      

京津冀大气污染传输通道城市燃煤大气污染减排潜力

以京津冀大气污染传输通道城市为研究对象,建立了燃煤电厂、燃煤锅炉、农村散煤三大污染源主要大气污染物排放计算方法,以2015年为基准年,梳理现有燃煤污染减排政策措施,对2017年“2+26”城市燃煤污染源SO₂、NOx、PM、PM₁₀、PM_2.5的减排潜力进行了分析.结果表明：实施燃煤电厂超低排放改造、燃煤锅炉淘汰或改造、散煤改电（气）等措施后,“2+26”城市2017年燃煤SO₂、NOx、PM、PM₁₀、PM_2.5排放量分别达到87×10⁴t、56×10⁴t、64×10⁴t、45×10⁴t、32×10⁴t,预计比2015年分别减少44%、48%、33%、32%、30%.燃煤电厂、燃煤锅炉、农村散煤替代各项污染物减排比例分别在55%~70%、31%~38%、18%~21%,未来农村散煤治理的减排潜力还较大.从各城市情况来看,多数城市燃煤SO₂、NO_x减排主要来自燃煤电厂超低排放改造;保定、廊坊等城市燃煤颗粒物减排量较大,得益于散煤治理工作的大力推进.     

燃煤控制对北京市空气质量的改善分析

根据清洁空气行动计划,北京市将继续调整能源结构,新建天然气热电中心替代燃煤发电,并且进行工业锅炉煤改气、居民供暖煤改电、远郊区炊事用气改造等措施,以减少煤炭的使用量. 采用自下而上的排放因子法,估算减少燃煤所产生大气污染物(TSP、PM₁₀、一次PM_2.5、SO₂、NO_x及VOC)的减排量,并利用ADMS-Urban模型模拟其对环境空气质量的改善. 结果表明:①2015年北京市煤炭控制在1500×104t以内,测算的煤炭减量为863.38×104t,TSP、PM₁₀、一次PM_2.5、SO₂、NO_x和VOC的减排量分别为2580.17、2032.94、1183.53、6265.30、7220.90和1058.44t. ②各污染物减排空间分布基本一致,主要集中在城市功能拓展区,包括石景山、朝阳区、海淀区和丰台区等,上述区域对TSP、PM₁₀、一次PM_2.5、SO₂、NO_x和VOC削减贡献分别达到78.3%、81.5%、82.7%、85.2%、83.0%和49.9%. ③ADMS-Urban模型模拟结果表明,减少燃煤可使环境空气中ρ(TSP)、ρ(PM₁₀)、ρ(一次PM_2.5)、ρ(SO₂)、ρ(NO_x)和ρ(VOC)分别降低0.55~12.74、0.44~10.78、0.27~6.77、0.78~17.31、1.67~43.48和0.17~12.07μg/m3.      

散煤采暖清洁化替代方式的生命周期清单分析

从生命周期的角度出发,以1m²房屋每日的供热量为基准,对散煤采暖,电锅炉,低温空气源热泵,燃气壁挂炉,热电联产集中供热,燃气锅炉集中供热,洁净型煤等7种采暖方式的生命周期污染物排放和能源利用效率进行对比分析.结果发现：相比散煤取暖,清洁采暖方式可有效地降低大气污染物排放量,尤其是PM₁₀和PM_2.5.其中,以天然气为热源的燃气锅炉集中供热和燃气壁挂炉最为清洁,可减排SO₂和NO_x 85%左右,减排PM₁₀和PM_2.5 99%左右;洁净型煤和电锅炉的减排效率相对较低.低温空气源热泵和热电联产集中供热对能源利用效率最高,可达到80%以上,而电锅炉仅30%左右.此外,改善建筑围护结构保温性能可有效降低农村地区采暖的大气污染物排放.     

天津市“十三五”期间PM2.5减排效果评估

为了解“十三五”期间天津市PM_2.5减排效果,基于2015～2020年不同大气污染治理措施的减排量核算结果,利用空气质量模型和高时空分辨率PM_2.5监测数据,对“十三五”期间天津市PM_2.减排效果进行分析.结果表明,2015～2020年,天津市SO₂、 NO_x、 VOCs和PM_2.5的排放量分别减少4.77×10⁴、 6.20×10⁴、 5.37×10⁴和3.53×10⁴t,其中工艺过程、散煤和电力治理对SO₂的减排贡献大,工艺过程、电力和钢铁治理对NO_x的减排贡献大,工艺过程对VOCs的减排贡献最大,工艺过程、散煤和钢铁治理对PM_2.5的减排贡献大.“十三五”期间天津市PM_2.5浓度平均值、污染天数和重污染天数明显下降,分别较2015年下降31.4%、 51.2%和60.0%;与前...     

北京市农业大棚冬季燃煤散烧污染排放估算

选取北京农业种植的典型区域,使用高分辨率影像对2013年冬季、2014年夏季及2014年冬季的三期农业大棚进行了精细化提取,分析了污染物空间分布特征.在此基础上,通过现场调查的方式获取了蔬菜、瓜果、水果、花卉以及其他类五种不同种植类别农业大棚的燃煤系数,估算了北京市典型区农业大棚的燃煤散烧量及污染物排放量.结果表明:以面积为衡量指标,北京市农业大棚主要集中在城乡结合部,南部区域量多面广,而北部区域分布集中、规模较大,受城市扩张影响,农业大棚呈现重心向外转移的变化趋势.选取大兴、通州、昌平以及海淀4个区作为典型区,通过实地调查发现其他类农业大棚燃煤系数最大,达到15.0 kg/(m2·a),瓜果、水果、蔬菜及花卉燃煤系数依次为8.2、3.5、3.4及1.7 kg/(m2·a).北京典型区农业大棚燃煤量为3.4×104 t,全市农业大棚的燃煤总量约为5.2×104 t.结合农业大棚活动水平与污染物排放因子估算2014年北京市农业大棚燃煤散烧的PM₁₀、PM_2.5、NO_x及SO₂排放量分别为623.7、516.2、98.3及184.0 t.将2013—2014年冬季持续存在、夏季未被拆除的大棚定义为长期持续性大棚,核算发现,长期持续性大棚PM₁₀、PM_2.5、NO_x及SO₂排放量分别为399.7、482.9、76.1及142.5 t.      

太原市居民生活燃煤大气污染物排放清单研究

为了科学计算居民生活燃煤对大气污染物排放的贡献率,建立了太原市居民生活燃煤的大气污染物排放清单.利用高分辨率遥感卫星影像、DEM（数字高程模型）和GIS（地理信息系统）对太原市平房空间分布及面积进行了解译,得到2016年太原市平原、山区、城乡区域平房面积.对平原农村、山区农村、城中村典型区域进行实地调查,统计不同区域户均平房面积和生活燃煤使用量,估算得到了平原农村、山区农村、城中村的生活燃煤使用量.结合相关文献测算的排放因子,计算太原市居民生活燃煤散烧的PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO_x、VOCs、CO、OC、EC排放总量.结果表明:2016年太原市有22.8×104户燃煤散烧居民,2016年燃煤消耗量为109.6×104 t,平原和城乡居民是主要的生活燃煤用户也是居民生活燃煤大气污染物的主要排放源;太原市居民生活燃煤散烧的PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO_x、VOCs、CO、OC、EC排放总量分别为9 666.7、7 518.6、8 110.4、1 753.6、657.6、153 549.6、3 419.5、2 882.5 t;2016年太原市清徐县和太原市城区居民煤炭消耗量合计达97.9×104 t,占全年燃煤总消耗量的88%.研究显示,太原市应加快煤改气、煤改电和集中供热建设,进一步推广清洁能源以期减小居民生活燃煤大气污染.      

中美贸易间隐含的大气污染物排放估算

随着中国能源消耗和国际贸易的快速增长,中国国际贸易尤其是中美贸易对气候变化的影响受到了广泛关注,但国际贸易对于大气污染的影响却鲜见系统研究. 基于环境投入产出法和结构分解分析法,采用基于技术的、自下而上的大气污染物排放清单,探讨了中美贸易隐含的大气污染物排放问题. 结果表明:由于中国对美国出口贸易顺差较大且商品污染物排放强度较高,造成了中国对美国的出口贸易隐含着较大的污染物排放逆差. 2007年中国对美国出口贸易隐含的SO₂、NO_x和PM_2.5的排放逆差分别为174.26×104、131.15×104和46.88×104t. 有行业针对性的污染物减排措施可以降低中美贸易隐含的污染物排放量;1997—2007年污染物燃烧排放因子和非燃烧直接排放强度的下降就可使出口贸易隐含的SO₂和PM_2.5排放量降低96.41%和226.26%. 占出口份额最高的机械类制造品的SO₂、NO_x和PM_2.5排放强度分别为72.63、58.38和20.74t/108元,低于所有出口商品的污染物排放强度的平均值, 中国应加强这种高附加值、低污染物排放的商品出口.      

我国燃煤电厂颗粒物排放特征

基于我国燃煤电厂(不含港、澳、台数据,下同)的燃烧技术及颗粒物控制技术分类,建立了燃煤电厂颗粒物排放计算方法. 利用该方法,分析了2000─2010年我国燃煤电厂颗粒物排放量及分布特征. 结果表明:我国燃煤电厂颗粒物排放量自2000年起持续增加,于2005年达到最高值(375×104 t),其中PM₁₀、PM_2.5排放量分别为237×104、129×104 t;此后逐年降低,2010年降至166×104 t,其中PM₁₀、PM_2.5排放量分别降至126×104、85×104 t. 随着静电除尘及湿法脱硫的普及,颗粒物中PM_2.5所占比例由2005年的34.3%升至2010年的51.2%. 我国燃煤电厂颗粒物排放地区分布不均衡,2010年内蒙古、山东、河南、江苏、山西和广东六省区的排放量占全国排放总量的44%. PM_2.5排放因子也因各省燃煤电厂颗粒物排放控制技术不同而产生差异,其中煤粉炉、循环流化床锅炉的PM_2.5排放因子分别为0.35~0.75、0.27~0.90 kg/t. 从机组规模影响来看,单台容量在30×104 kW以下的燃煤机组是粗颗粒(PM>10)的主要来源,而在30×104 kW以上的燃煤机组对PM_2.5排放贡献(64.6%)较大,这主要与这类燃煤机组静电除尘和湿法脱硫的安装比例高有关.      

甘肃省冬季颗粒物浓度的数值模拟

颗粒物浓度的数值模拟能够反映颗粒物的空间分布特征,对于防治大气颗粒物污染具有一定意义.利用MEIC清单和第二次全国污染源普查（简称“二污普”）数据统计的甘肃省工业源、电力源、农业源、民用源和交通源五类源的主要污染物排放量,分析了污染源排放的空间分布特征,利用WRF-Chem模式模拟了甘肃省2019年1月PM₁₀和PM_2.5浓度,将模拟结果与甘肃省33个环境空气质量国控监测点颗粒物日均监测数据进行对比,检验WRF-Chem模式模拟的性能,进一步分析了甘肃省颗粒物浓度的空间分布特征.结果表明:①甘肃省SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5、VOCs、NH₃和CO在1月的排放量分别为2.12×104、2.96×104、2.97×104、2.43×104、3.18×104、1.27×104和3.04×105 t,除NH₃外,其他污染物排放高值主要分布在兰州市、嘉峪关市等工业发达地区.②33个环境空气质量国控监测点模拟与监测的PM₁₀和PM_2.5浓度的相关系数分别为0.544和0.597,颗粒物的模拟值与监测值有较好的相关性;WRF-Chem模式模拟结果显示,PM₁₀和PM_2.5浓度高值分布在兰州市,次高值分布在天水市和庆阳市,甘南藏族自治州以及河西地区颗粒物浓度较低,这是甘肃省工业布局、扩散条件和地形条件综合作用的结果.研究显示,WRF-Chem模式可以较好地模拟甘肃省区域颗粒物浓度时空分布特征.      

面向减污降碳的集中供热结构调整路径研究

集中供热是事关国计民生的刚性需求,是能源消费的重要部门,是大气污染物减排的重要着力点.开展面向减污降碳的集中供热结构调整路径分析对我国实现“双碳”目标、建设“美丽中国”具有重要意义.通过构建2020年集中供热碳污耦合排放清单,摸清碳污排放现状;考虑热电联产供热范围以及生物质资源分布,分析拆炉并网、煤改气以及煤改生物质等措施的局限性及碳污减排潜力;结合情景分析,识别碳污减排关键路径,为开展集中供热减污降碳相关工作提供参考.结果表明：(1)热电联产、燃煤工业锅炉分别是集中供热部门CO₂和大气污染物的主要排放源,东北地区及内蒙古自治区是该部门碳污排放的热点区域.燃煤工业锅炉污染控制水平及热效率较低是开展集中供热部门减污降碳的重要切入点.(2)热电联产供热管网难以全面覆盖35 t/h以下燃煤工业锅炉,超40%的小容量燃煤工业锅炉需要采用其他方式进行综合改造.(3)生物质能源利用潜力空间差异较大,制约了供热部门低碳化,如华北及东北地区难以满足本区域燃煤工业锅炉生物质改造的能源需求.(4)加强低碳情景下,2060年集中供热部门SO₂、NO_x     

河谷城市大气环境容量的研究

科学核算大气环境容量,对于合理确定污染物总量控制指标,进而实施大气污染管控措施、治理区域大气污染问题有重要意义.以河谷城市兰州市中心城区为研究区域,利用WRF模式模拟了研究区域的边界层高度及混合层平均风速,并根据地形条件,从污染气象角度给出了扩散单元面积,利用A值法（A为地理区域性总量控制系数）计算兰州市中心城区SO₂、NO_x及VOCs的大气环境容量;同时,将兰州市中心城区2016年SO₂和NO_x的排放总量与SO₂和NO_x的环境容量进行对比,结合区域环境质量监测资料说明大气环境容量设置的合理性.结果表明:①兰州市中心城区的A值具有季节性变化特征,其在春、夏两季较大,在秋、冬两季较小,春、夏两季A值较大的主要原因是边界层高度及边界层内的平均风速较大,而冬季则相反.②兰州市中心城区SO₂、NO_x和VOCs的大气环境容量分别为4.05×104、1.81×104和5.44×104 t/a.③2016年SO₂的实际年排放量（1.62×104 t）未超过大气环境容量限值（4.05×104 t）,尚有余量（2.43×104 t）,这与兰州市2016年4个环境空气质量监测点ρ（SO₂）年均值均达到GB 3095-2012《环境空气质量标准》二级标准的现状一致;NO_x的实际年排放量（3.16×104 t）已超过大气环境容量限值（1.81×104 t）,无环境容量（-1.35×104 t）,这与兰州市2016年4个环境空气质量监测点ρ（NO_x）年均值均超过GB 3095-2012二级标准值的现状一致.研究显示,采用A值法计算的兰州市大气环境容量符合区域污染扩散特征.