中国钢铁行业大气污染与温室气体协同控制路径研究

随着我国温室气体减排形势的日益严峻,以及大气污染物减排工作的日益深化,寻求能够同时削减温室气体和局地空气污染物的减排措施成为重要的研究方向。过去的减排工作经验教训表明,单一的末端治理措施难以实现多污染物控制目标。文章以我国钢铁行业为例,在协同控制理念指导下,构造大气污染物协同减排当量指标APeq评价某项技术措施对SO2、NOX和CO2的综合减排效果,并针对APeq、SO2、NOX、CO2,基于单位(边际)污染物减排成本和减排潜力估算,讨论协同控制分析方法和技术措施减排路径。结果表明,相比末端控制技术,前端和过程控制技术可实现3种污染物协同减排,因而单位(边际)污染物减排成本较低,优先度排序靠前,而末端治理措施缺乏协同性,单位(边际)污染物减排成本较高,优先度排序靠后。仅靠前端和过程控制措施,NOX减排目标能够实现,而SO2、CO2和APeq减排目标则难以实现,尚须实施部分成本较高的末端控制措施,或借助结构调整和规模控制手段。     

温室气体与大气污染物协同控制效应评估与规划

提出一套完整的温室气体与大气污染物协同控制效应评估与规划方法：首先,采用排放因子法分别计算减排措施（减排主体）对各类温室气体（全球污染物）和局地大气污染物减排量;其次,以《中华人民共和国环境保护税法》规定的污染物当量值、税额,以及碳排放权交易价格、IPCC发布的温室气体全球增温潜势（GWP）值等参数为依据,将全球和局地两类污染物归并为综合大气污染物排放量（Q_IAP）,或将2类污染物减排量归并为综合大气污染物协同减排量（ICER）,二者皆以综合大气污染物当量（IAPeq）计量;最后,采用协同控制效应坐标系、协同控制交叉弹性、单位污染物减排成本等评估指标和方法开展协同控制效应评估,绘制并依据边际减排成本曲线进一步开展协同控制成本-效果优化规划.应用此方法体系开展的钢铁、交通、电力等行业协同控制评估,城市协同控制规划,以及城市协同控制绩效评估的结果表明,该方法体系具有科学性、简明性和可操作性.     

云南省火力发电厂超低排放改造减污降碳协同效应研究

以云南省完成超低排放改造的部分火力发电厂为研究对象,通过协同控制效应坐标系分析方法和污染物减排量交叉弹性分析方法,对超低排放改造措施带来的颗粒物、SO2、NOx和二氧化碳的协同减排效应进行了评价分析,结果显示:3个火力发电厂中有2个厂的超低排放改造措施对大气污染物和二氧化碳不具有协同减排效应,1个厂具有协同减排效应,但...     

北京市“十四五”时期大气污染物与温室气体协同控制效果评估研究

面对国家碳达峰、碳中和战略目标,“十四五”时期,北京市提出推进大气污染物和温室气体排放协同控制,因此,开展协同控制效果评估对于持续改善空气质量和减少碳排放具有重要意义 .本研究在减排措施筛选和减排量测算的基础上,分析了主要大气污染物和 CO₂的减排潜力,采用协同控制效应坐标系法、协同控制交叉弹性分析法和协同评估指数法,对减排措施主要大气污染物 SO₂、NO_x、PM₁₀、VOCs 和温室气体CO₂的协同控制效果进行评估 . 结果表明,减排措施对于 SO₂、NO_x的减排潜力均在 20% 以上,对于 CO₂的减排潜力约为 7%. 各项措施对 NO_x、PM₁₀、VOCs和 CO₂排放具有协同控制效果 .从坐标系法和评估指数法分析结果来看,浅山区煤改清洁能源和压减本地火力发电量对 SO₂和 CO₂的协同控制效果较好...     

城市交通大气污染物与温室气体协同控制效应评价

针对乌鲁木齐城市交通领域12项减排措施开展协同控制效应评估,构建空气污染物与温室气体协同减排当量(APeq)指标进行减排效果归一化,识别措施是否具有协同减排效果,并进一步计算单位APeq减排成本,从成本有效性角度对各项减排措施进行排序.研究结果表明,出租车、私家车油改气以及纯电动轿车替代汽油轿车3项措施不具有协同控制效应;而提高尾气排放标准、天然气公交替代柴油公交、提升小客车燃油经济性、油品升级、淘汰黄标车、发展轨道交通、引入快速公交等措施可以实现局地大气污染物与温室气体的协同减排.费用-效果分析表明,提高小客车燃油经济性的单位APeq减排成本最低,具有良好的成本有效性;而发展轨道交通虽然单位APeq减排成本较高,但总体减排效果较好.     

推广新能源汽车碳减排和大气污染控制的协同效益研究——以上海市为例

随着我国机动车数量的持续增长,交通运输行业已经成为仅次于工业部门的第二大能源消费部门,也是温室气体排放和空气污染物的主要贡献部门.为了支持低碳发展,自2009年起,中国便开始使用新能源汽车取代传统燃油汽车.通过上海市2016年纯电动和插电式混合动力的私家车、出租车和公交车的行驶情况、能源消耗和排放因子等数据,对新能源汽车运行过程以及所需电能生产过程中产生的大气污染物和CO₂的排放量进行了测算,利用协同控制坐标系评价和污染物减排量交叉弹性分析方法探讨了新能源汽车的协同减排能力与效果.基于协同效益潜力分析结果,对推广3类新能源汽车的协同效益进行了排序,结果表明纯电动公交车具有最佳的碳减排和大气污染控制协同效益,纯电动以及插电式混合动力私家车和出租车对CO、NO_x、NMHC、PM₁₀都具有协同效益,而插电式混合动力公交车不具备协同效益.     

交通领域二氧化碳和污染物协同控制效应研究

实现交通领域CO_2和大气污染物协同控制是促进区域可持续发展的重要途径。该研究以广州市为例,在分析交通领域2010-2019年排放特征基础上,采用情景分析的方法,利用减排量弹性系数和协同控制效应坐标,系统分析了交通领域16项减排措施的CO_2和大气污染物协同控制效应。研究结果表明:(1)发展水路货运、高速铁路以及公共交通等运输结构低碳化类措施具有最大的减排潜力和协同控制效应,是交通领域实现减排最重要的选择;(2)能效提升类措施能同时实现CO_2和大气污染物减排,也是实现交通领域减排的重要路径;(3)能源结构清洁化类措施中,提高电动化率措施的减排潜力和协同控制效应最好,是交通领域能源转型的主要方向;推广生物燃油和氢能措施有赖于技术的突破和大规模推广应用;推广天然气使用措施会增加CO和HC排放,不具有协同控制效应,需要配合使用大气污染物末端脱除装置。     

基于情景分析的杭州市机动车尾气排放控制协同效应研究

为了研究杭州市机动车尾气排放控制措施对大气污染物和温室气体的协同减排效应,本文以2015年为基准年,估算2020年杭州市机动车常规大气污染物和温室气体排放量,通过设置8种控制措施情景,测算大气污染物和温室气体的减排量,运用弹性系数法和协同效应坐标系法分析了大气污染物和温室气体的协同效应.结果表明,在各种控制情景下,杭州市机动车大气污染物和温室气体排放量均有削减,且具有正向的协同减排效应.单一控制措施中淘汰高排放老旧车对大气污染物和温室气体排放量的减排效果最明显,协同效应突出,淘汰国Ⅲ柴油货车和推广新能源车的减排效果和协同效应次之,这3种措施是杭州市交通领域减少大气污染物排放和应对气候变化综合管理的关键措施.采取综合性措施或者结构性措施,无疑可以最大幅度削减杭州市机动车大气污染物和温室气体排放,为实现杭州市大气环境质量限期达标和碳排放达峰协同"双达"奠定基础.     

中国电力行业硫、氮、碳协同减排的环境经济路径分析

从电力行业“十一五”期间节能减排工作及其成效来看,现行的以末端治理为主的减排措施很难实现电力行业大气污染物和温室气体的协同减排.本研究构建了大气污染物协同减排当量(APeq)指标,并在此基础上对电力行业技术减排措施和结构减排措施进行成本-效果评价和敏感性分析.结果表明,末端治理措施在削减某一特定污染物的同时,由于耗能增加可导致其它污染物的排放上升;以节能为主的技术减排措施、前端和生产过程控制措施,以及以新发电技术替代为主的结构减排措施可以实现SO2、NOx和CO2的协同减排,且减排潜力较大.此外,本文还在单位(边际)污染减排成本核算与污染减排潜力估算的基础上,绘制出适合中国电力行业的SO2、NOx、CO2和APeq减排路径图,以协助决策者制定适宜的减排规划方案.     

京津冀地区钢铁行业协同减排成本-效益分析

京津冀地区是我国钢铁行业布局最集中的区域,也是大气污染治理的重点区域之一.分析京津冀地区钢铁行业各类治污手段中长期减排的成本-效益,对于选择最经济有效的减排路径、加快推动该地区大气环境质量达标意义重大.基于能源环境、环境分布、人群健康效益评价等模块构建多模型耦合方法,以2015年为基准年,以每5 a为时间节点,设计了京津冀地区钢铁行业规模-结构、规模-技术、规模-末端治理、综合减排4种协同减排情景,计算各情景下2015—2030年京津冀地区钢铁行业主要污染物(SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5、CO₂)的减排成本与效益,比较获取治污减排的最优路径方案.结果表明:①基于减排成本计算,规模-末端治理减排情景成本最低,分别为规模-结构、规模-技术减排情景投入的15.18%、23.94%;综合减排情景下治污减排潜力最大,但综合成本最高.②基于环境税效益评价方法、人群健康效益评价方法计算显示,人群健康效益评价方法计算的减排效益高于环境税效益评价方法,表明污染减排的潜在人群健康效益更高;基于两种减排效益方法,4种协同减排情景中综合减排效益分别为10.78×108、76.14×108元,高于规模-结构、规模-技术、规模-末端治理减排情景效益.③基于环境税效益评价方法,4种协同减排情景的效益-成本比表现为规模-末端治理减排情景(0.46) >规模-技术减排情景(0.24) >综合减排情景(0.15) >规模-结构减排情景(0.10);基于人群健康效益评价方法4种协同减排情景的效益-成本比依次为规模-末端治理减排情景(8.35) >综合减排情景(1.07) >规模-结构减排情景(0.57) >规模-技术减排情景(0.65),表明规模-末端治理减排情景的减排路径最优.研究显示,京津冀地区钢铁行业应基于环境质量底线目标要求,综合考虑减排潜力、减排成本与收益,以规模-末端治理为主要途径,选取协同减排的最优路径.      

基于LEAP模型的京津冀地区钢铁行业中长期减排潜力分析

京津冀地区是我国钢铁行业集中布局的地区,也是大气污染最突出的地区.分析京津冀地区钢铁行业各类治污工具的中长期减排影响,对于选择最优减排措施、加快推动该地区大气污染治理意义重大.构建基于LEAP模型的京津冀地区钢铁行业模型,以2015年为基准年,以每5 a为一个时间节点,结合规模减排、结构减排、技术减排、末端治理4种减排措施,模拟计算了4种单一政策情景及4种组合政策情景下2015-2030年京津冀地区钢铁行业主要污染物（SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5、CO₂）排放量及相应的减排影响.结果表明:在单一政策情景下,规模减排情景对5种污染物减排效果均十分显著.在组合政策情景下,4种减排措施叠加的综合减排情景效果最好,在该情景下京津冀地区钢铁行业到2030年SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5、CO₂排放量将分别削减27.73×104、17.85×104、42.94×104、27.35×104、23.15×107 t;在规模-末端治理情景下,除CO₂外其余污染物减排效果仅次于综合减排情景;规模-结构减排情景对PM₁₀和PM_2.5的减排效果相对明显;规模-技术减排情景对CO₂、SO₂、NO_x的减排效果相对明显.研究显示,京津冀地区钢铁行业需要在大力淘汰落后过剩产能、缩减产量等源头治理措施的基础上,持续加强末端治理、提高废钢比例、提升节能减排技术水平等协同治理能力,以提高治污减排效果.      

Multi-process and multi-pollutant control technology for ultra-low emissions in the iron and steel industry

The iron and steel industry is not only an important foundation of the national economy, but also the largest source of industrial air pollution. Due to the current status of emissions in the iron and steel industry, ultra-low pollutant emission control technology has been researched and developed. Liquid-phase proportion control technology has been developed for magnesian fluxed pellets, and a blast furnace smelting demonstration project has been established to use a high proportion of fluxed pellets (80%) for the first time in China to realize source emission reduction of SO₂ and NO_x. Based on the characteristics of high NO_x concentrations and the coexistence of multiple pollutants in coke oven flue gas, low-NO_x combustion coupled with multi-pollutant cooperative control technology with activated carbon was developed to achieve efficient removal of multiple pollutants and resource utilization of sulfur. Based on the characteristics of co-existing multiple pollutants in pellet flue gas, selective non-catalytic reduction (SNCR) coupled with ozone oxidation and spray drying adsorption (SDA) was developed, which significantly reduces the operating cost of the system. In the light of the high humidity and high alkalinity in flue gas, filter materials with high humidity resistance and corrosion resistance were manufactured, and an integrated pre-charged bag dust collector device was developed, which realized ultra-low emission of fine particles and reduced filtration resistance and energy consumption in the system. Through source emission reduction, process control and end-treatment technologies, five demonstration projects were built, providing a full set of technical solutions for ultra-low emissions of dust, SO₂, NO_x, SO₃, mercury and other pollutants, and offering technical support for the green development of the iron and steel industry.     

太原市“十四五”规划大气污染防治政策的CO2协同效益评估

为量化评估太原市“十四五”大气污染防治政策的减污降碳协同效益,使用京津冀温室气体-空气污染相互作用与协同模型（GAINS-JJJ）,模拟评估13项大气污染防治措施的减排潜力,CO₂的协同减排效益.2025年政策情景下一次PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO_x、VOCs和NH₃分别减排1.8（5%,相对于基准情景减排比例,下同）、2.5（2%）、3.7（16%）、20.0（27%）、13.6（15%）和0.0 kt（0%）,CO₂减排9.0 Mt（13%）,CH₄排放增加203.3 kt（相对于基准情景增加25%）.SO₂、NO_x与VOCs减排主要发生在电力、工业燃烧与溶剂使用部门,CO₂减排主要发生在工业燃烧部门,CH₄排放量增加是由于煤矿开采活动水平升高.限制“双高”行业的能源消耗,严禁新增产能以及可再生能源发电比例提升措施的CO₂协同减排效益最高.VOCs具有优异协同减碳效益.建议太原市进一步推进终端电气化政策,同时需加大提升电力行业清洁能源比重和可再生能源发电的消纳能力.     

京津冀地区钢铁行业污染物排放清单及对PM2.5影响

以京津冀地区为研究区域,采取自下而上的方法,建立京津冀地区钢铁行业细化至焦化、烧结和球团、炼铁、炼钢、轧钢等工序的多污染物排放清单.清单估算结果显示,2015年京津冀地区钢铁行业SO₂、NO_x、TSP、PM₁₀、PM_2.5、CO、VOC的排放量分别为38.82、27.23、79.19、53.15、38.68、823.38、26.53万t,其中烧结和球团工序是最主要的污染物排放工序（17.0%~72.0%）,其次为炼铁工序（4.6%~42.4%）和轧钢工序（3.5%~35.7%）.采用具有污染物来源示踪功能的双层嵌套气象-空气质量模型系统（WRF-CAMx）耦合模型模拟京津冀地区钢铁行业污染物排放对区域大气PM_2.5浓度的影响.模拟结果显示：钢铁行业在春夏秋冬这4个季节对京津冀地区PM_2.5浓度贡献率分别达到14.0%、15.9%、12.3%、8.7%.各地市中,钢铁行业对唐山市PM_2.5影响最大,年均PM_2.5浓度贡献率高达41.2%,其次为秦皇岛市、石家庄市、邯郸市,年均PM_2.5浓度贡献率分别达到19.3%、15.3%、15.1%.     

京津冀地区主要排放源减排对PM2.5污染改善贡献评估

研究选取2012年1月和7月作为冬夏两季代表时段,利用CMAQ/2D-VBS模型分析了冬夏两季京津冀地区主要排放源减排30%对改善区域PM_(2.5)污染的效果.结果表明,工业源对PM_(2.5)污染的贡献最大,其次是民用源,但工业源单位减排量贡献低于民用源,交通源和电厂源的整体贡献和单位减排量贡献均较小.工业部门内贡献最大的为钢铁冶金行业,其次是水泥、工业锅炉、炼焦、石灰砖瓦和化工行业.与各部门各物种排放量的比较反映出各排放源贡献大小与其一次PM_(2.5)排放水平高度相关.因京津冀地区冬季NO_x减排对PM_(2.5)形成的促进作用,以及冬季较弱的大气垂直扩散作用,各排放源夏季减排比冬季普遍更有效,交通源、电厂源以及工业源中的水泥、工业锅炉和石灰砖瓦行业夏季减排效果相比冬季优势明显.民用源由于采暖季排放较高而冬季贡献更明显,农业源因秸秆开放燃烧量大,冬季单位减排量贡献十分显著.从同等幅度减排考虑,应将工业源作为控制重点,优先控制其一次PM_(2.5)排放,在部门内进一步重点控制钢铁冶金行业的NO_x和SO_2排放、水泥行业的夏季NO_x排放以及炼焦行业的SO_2和NMVOC排放.民用源排放应着重在冬季采暖期控制.     

关中盆地NO2和SO2对颗粒物污染的协同效应

基于WRF-Chem模式模拟了关中盆地2019年1月2—14日一次颗粒物污染事件,评估了NO_x和SO₂减排及其在颗粒物污染中的协同作用对PM_2.5污染的影响。敏感性实验结果表明：NO_x减排可使PM_2.5中硝酸盐含量下降,但大气中O₃浓度上升,大气氧化能力增强,其他二次组分上升,导致PM_2.5下降不明显;SO₂人为源减排可使硫酸盐质量浓度下降,但由于硫酸盐在PM_2.5中占比较低,当SO₂减排75%时,PM_2.5仅下降1.74%;当减排比例较高时,NO_x和SO₂同时减排更有利于颗粒物污染防治。PM_2.5质量浓度在NO_x和SO₂同时减排75%时比分开减排75%时多下降0.75%,主要是硫酸盐下降所致;对气溶胶含水量进行分析,发现NO_x对气溶胶含水量影响较大,当NO_x减排75%时,气溶胶含水量可下降15.51%;此外,NO_x和SO₂同时减排比分开减排时气溶胶含水量更低,更不利于二次颗粒物生成。     

Significant concurrent decrease in PM2.5 and NO2 concentrations in China during COVID-19 epidemic

The strict control measures and social lockdowns initiated to combat COVID-19 epidemic have had a notable impact on air pollutant concentrations. According to observation data obtained from the China National Environmental Monitoring Center, compared to levels in 2019, the average concentration of NO₂ in early 2020 during COVID-19 epidemic has decreased by 53%, 50%, and 30% in Wuhan city, Hubei Province (Wuhan excluded), and China (Hubei excluded), respectively. Simultaneously, PM_2.5 concentration has decreased by 35%, 29%, and 19% in Wuhan, Hubei (Wuhan excluded), and China (Hubei excluded), respectively. Less significant declines have also been found for SO₂ and CO concentrations. We also analyzed the temporal variation and spatial distribution of air pollutant concentrations in China during COVID-19 epidemic. The decreases in PM_2.5 and NO₂ concentrations showed relatively consistent temporal variation and spatial distribution. These results support control of NO_x to further reduce PM_2.5 pollution in China. The concurrent decrease in NO_x and PM_2.5 concentrations resulted in an increase of O₃ concentrations across China during COVID-19 epidemic, indicating that coordinated control of other pollutants is needed.     

NOx和/或NH3气氛下SO2在高岭土表面非均相转化的实验研究

利用自制气溶胶反应器研究了NO_x和/或NH_3气氛下SO_2在高岭土表面的非均相转化过程,应用扫描电镜(SEM)对高岭土颗粒物形貌进行了表征.结果表明:高岭土颗粒表面的SO_2非均相转化致使其成分和形貌产生了较大变化.相同实验条件下,SO_2转化的协同作用程度由高到低依次为NH_3、NO_x/NH_3和NO_x气氛,相对湿度40%、有光照条件下,SO_2转化量增幅最高可分别达125%、75%和50%.所有气氛下,协同作用在无光照时在高相对湿度(40%~70%)区间更为突出,有光照时其显著性则体现在低相对湿度(20%~40%)区间.SO_2、NO_x、NH_3三者共存时,在高岭土颗粒表面发生的非均相反应过程既有协同作用又存在竞争反应.