基于发热量的中国煤炭碳含量研究

煤炭基于发热量的碳含量数据,是计算煤炭的二氧化碳排放因子的基础。本研究对全国范围内采集的煤炭样品进行工业分析、元素分析及发热量分析,统计分析得出我国基于发热量的煤炭碳含量。对所得结果按地区分煤种分别阐述,并与国外煤炭碳含量数据进行了对比。结果表明,我国褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤的碳含量平均值分别为27.21±0.35 kg/GJ、26.57±0.14 kg/GJ、25.50±0.03 kg/GJ、26.77±0.13 kg/GJ。我国无烟煤的碳含量与IPCC缺省值相当,烟煤、褐煤的碳含量比IPCC缺省碳含量分别低1.16%和1.41%,次烟煤碳含量比IPCC缺省碳含量高1.41%。     

火力发电行业温室气体排放因子测算

为了解我国火力发电行业温室气体排放状况及排放因子,利用U23多组分红外气体分析仪及TH880F烟尘分析仪对全国30台具有代表性的火力发电机组排放的CO₂和N₂O进行了在线监测;监测及后续的数据处理阶段均遵循了联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)关于温室气体排放计算的质量保证和质量控制原则.利用统计学方法对数据进行处理,给出了CO₂和N₂O 3种表达方式的排放因子. 结果表明:CO₂排放因子主要受装机容量、燃料及机组使用年限与维护质量的影响;常规煤粉机组的N₂O排放因子随装机容量的增加逐渐变小,循环流化床机组N₂O排放因子最大;与IPCC缺省排放因子的比较表明,烟煤、褐煤的CO₂和N₂O排放因子均在IPCC缺省因子95%置信区间内,贫煤CO₂和N₂O的排放因子均大于IPCC缺省因子;天然气CO₂和N₂O排放因子与IPCC缺省因子相差不大.      

不同地质成熟度家用燃煤燃烧颗粒物及多环芳烃的排放特征

选取了7种不同成熟度的原煤,模拟煤炭家用取暖燃烧过程,基于稀释通道采样方法,测定了PM_2.5、有机碳（OC）、元素碳（EC）和多环芳烃（PAHs）的排放因子（Emission factors,EFs）,分析了原煤自身特征参数与污染物排放因子的关系,并计算了原煤排放PAHs的特征比值.结果表明,地质成熟度高的无烟煤燃烧PM_2.5、OC、EC和PAHs的排放因子最低,分别为（0.28±0.07）、（0.07±0.04）、（0.003±0）g·kg^-1和（1.15±0.84）mg·kg^-1.随着地质成熟度的降低,PM_2.5、OC、EC和PAHs的排放因子呈波动上升的趋势,具有中等地质成熟度（挥发分为28.08%）的烟煤PM_2.5、OC和PAHs的排放因子最高,分别为（5.17±0.33）、（2.50±0.93）g·kg^-1、（240.39±180.55）mg·kg^-1,比地质成熟度高的无烟煤高出1～2个数量级.相关关系...     

北京市燃气工业锅炉CO2排放因子及不确定性分析

降低碳排放评估的不确定性对于减排政策选择和成本效益分析十分重要,基于北京市227个天然气锅炉样本检测数据,分析影响CO₂排放因子的关键参数特征,评估北京市天然气锅炉本地化CO₂排放因子,采用蒙特卡洛模型对排放因子的不确定性进行分析,并将其与IPCC、国家清单、城市清单等同类排放因子进行了比较.结果表明:北京市天然气锅炉CO₂排放因子为2.052 kg/m3,90%概率分布范围为1.982~2.086 kg/m3;基于热值的CO₂排放因子推荐值为55.829 kg/GJ,90%概率分布范围为55.788~55.908 kg/GJ,排放因子的不确定范围为-3.59%~1.57%.北京市天然气锅炉CO₂排放因子稍低于IPCC2006国家温室气体清单指南推荐缺省值（0.5%）.天然气低位热值对排放因子的影响最大,其方差贡献率达94%,而单位热值含碳量和氧化率二者的方差贡献率仅占6%.通过北京市本地实测数据和蒙特卡洛模型模拟,给出了天然气锅炉排放因子及概率分布的范围,提高了评估精度,有助于改进北京市温室气体排放清单活动水平的数据收集工作,指导并降低天然气工业锅炉CO₂排放因子不确定性.      

民用煤排放PM2.5中碳组分与水溶性离子特征

研究4种典型民用煤燃烧排放PM_2.5中的碳组分以及水溶性离子含量特点,并通过PAM-OFR(潜在气溶胶质量-氧化流动反应器)模拟了大气老化过程(2d)对煤球与烟煤燃烧PM_2.5中碳组分与水溶性离子含量的变化影响。结果表明,烟煤燃放PM_2.5中碳组分含量最高,达到57.96%,其EC含量是其他煤种的4.3~9.6倍。民用煤燃烧产生PM_2.5中水溶性离子以Na⁺与SO₄^2-为主,其在总水溶性离子中占比合计约47%~76%。经历了大气老化试验后,煤球与烟煤燃烧排放PM_2.5中NH₄⁺和NO₃^-离子含量大幅增加,与之相比,TC占PM_2.5比例分别下降了12.03%与19.99%。     

褐煤与烟煤燃烧排放可吸入颗粒物的特性

分别对燃烧褐煤与烟煤两个电厂排放可吸入颗粒物的粒度分布、显微结构及重金属和多环芳烃在可吸入颗粒物中分布特征进行研究。研究表明:不同煤种燃烧排放可吸入颗粒物的形态都以球形颗粒为主,表面比较光滑,同原状飞灰相比,可吸入颗粒物以实心结构为主,多孔和空心结构较少;随着可吸入颗粒物粒径的减小,重金属和多环芳烃含量呈现逐渐增加的趋势;褐煤燃烧排放可吸入颗粒物中重金属总量要高于烟煤燃烧排放重金属总量,尤其是褐煤燃烧排放As含量明显高于烟煤燃烧排放As含量,原因是由于褐煤中As含量大于烟煤中As含量;褐煤燃烧排放可吸入颗粒物中多环芳烃总量要高于烟煤燃烧排放多环芳烃总量与煤种的挥发份有很大的关系。研究旨在为大气颗粒物的源识别、可吸入颗粒物的污染控制与资源综合等方面提供科学的依据。     

民用低阶烟煤的半焦化洁净利用

为了降低民用劣质煤散烧造成的大气污染,采用低阶烟煤热解半焦为原料,再黏结制成半焦质民用洁净型煤。型煤性质检测结果显示:型煤收到基热值达到26.8 MJ/kg,干基全硫含量≤0.22%。半焦质民用洁净型煤在普通炉具和节能炉具测试结果显示,SO_2、NO_x和烟尘排放分别达到和接近重点地区的新建燃气锅炉排放标准。与普通烟煤在节能炉具中对比测试结果表明,烟尘浓度降低了88.14%,排放量减少86.21%;SO_2浓度降低了70.91%,排放量减少70.83%;NO_x浓度降低了83.08%,排放量减少86.08%。与其他无烟煤型煤在相同条件下的测试对比结果表明:半焦质民用洁净型煤的烟尘排放浓度与其他无烟煤相当,排放烟气成分中SO_2和NO_x的浓度远低于其他无烟煤型煤的排放浓度。     

基于模糊评价方法的燃煤电厂氮氧化物控制技术评价

为定量地综合评价燃煤电厂氮氧化物控制技术,建立了包括环境、技术、经济3个方面共11项指标的多因素多级评价指标体系.采用模糊评价方法,选择低氮燃烧器(LNB)、燃尽风(OFA)、再燃(Reburning)、选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)和SCR/SNCR联合6种典型的氮氧化物控制技术,定量评估其技术、经济和环境性能,以筛选出燃煤电厂最佳适用控制技术组合.案例分析结果表明,对于燃烧贫煤或无烟煤的墙式锅炉,要求脱硝效率70%,SCR与LNB联用技术是最优选择;对于使用烟煤或褐煤的W火焰和切圆燃烧锅炉,脱硝效率30%即可达标排放,LNB和再燃等燃烧中脱硝技术是最佳选择.因此,在经济较发达、生态环境脆弱的重点地区,建议燃用无烟煤和贫煤的大型机组安装LNB和SCR,燃用烟煤和褐煤的机组或者100MW机组可考虑LNB和SNCR联用来减少NOx排放;在其它尚有环境容量的地区,建议燃无烟煤和贫煤的机组安装LNB和SNCR,其它机组通过安装LNB减少NOx排放.     

陕西省民用散煤燃烧气态污染物排放因子研究

为深入了解陕西省民用散煤燃烧烟气中气态污染物(CO、NOx、SO_2)的排放因子,选取陕西省居民家庭使用频率较高的块煤及蜂窝煤,利用自行设计的采样系统对燃烧烟气中的CO、NOx、SO_2排放因子进行实测研究。结果表明,在充分燃烧条件下,烟煤、无烟煤、蜂窝煤气态污染物CO排放因子分别为:64.1、38.4、35.1g/kg;NOx排放因子分别为:1.49、1.21、0.50g/kg;SO_2排放因子分别为:3.48、1.35、1.23g/kg。NOx排放因子大小顺序为:烟煤蜂窝煤无烟煤,CO、SO_2排放因子大小顺序为:烟煤无烟煤蜂窝煤。获得了2016年陕西省民用散煤的气态污染物排放清单;块煤CO、NOx、SO_2的排放量分别为13.13、0.346、0.61万t,贡献率均超过了85%;农村生活领域散煤三种气态污染物的排放量占陕西省生活领域散煤排放总量近80%。因此,农村地区散煤的治理是陕西省改善空气质量、加强大气污染治理工作的关键。     

民用固体燃料及烹调油烟杂环胺排放及健康风险评价

模拟了典型固体燃料的民用燃烧及家庭烹饪食用油过程,分别采用烟尘罩稀释采样系统和小型烟尘罩采集烟气.利用高效液相色谱-紫外检测法测定了5种典型致癌杂环胺的排放特征.估算了2012年杂环胺排放量及不同情景下妇女炊事吸入杂环胺的致癌风险.结果表明,秸秆、薪柴、烟煤、无烟煤燃烧2-氨基-3-甲基-9H-吡啶[2,3-b]吲哚（MeAaC）排放因子均值为5.2~142.9μg/kg、2-氨基-9H-吡啶[2,3-b]吲哚（AaC）排放因子为0.6~37.8μg/kg,2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5-b]吡啶（PhIP）排放因子为1.5~25.9μg/kg.植物油烹调MeAaC和2-氨基-3-甲基咪唑并（4,5-f）喹啉（IQ）排放因子均值分别为6.8μg/kg和1.5μg/kg.动物油烹调MeAaC、2-氨基-3,4-二甲基-3H-咪唑并喹啉（MeIQ）和AaC排放因子均值分别为6.2μg/kg、2.0μg/kg和1.1μg/kg.秸秆使用分别占PhIP、MeAaC和AaC 排放的93.0%、76.2%和76.2%.薪柴使用占AaC、MeAaC和PhIP排放的22.1%、7.7%和4.0%.烟煤使用占MeAaC、 PhIP和AaC排放的15.9%、2.8%和1.8%.健康风险评价表明,在缺乏有效排烟的情况下,使用烟煤（哈尔滨）或秸秆炊事的家庭妇女暴露于杂环胺总致癌风险分别为4.60×10^-5和1.84×10^-5,超过EPA建议值.使用薪柴或烟煤（包头）炊事的家庭妇女暴露于杂环胺总致癌风险分别为4.50×10^-6和4.31×10^-6,略高于EPA建议值.使用无烟煤及电能炊事妇女暴露于杂环胺总致癌风险为可忽略水平.     

火电厂粉煤灰中重金属元素的分布和富集特性

将取自火电厂的2种燃煤燃烧后不同电场捕获到的粉煤灰依次过筛,分选为不同粒径组份,并检测分析各粒径组分中重金属元素含量,研究了火电厂褐煤和烟煤粉煤灰中As、Hg、Cu、Pb、Zn、Cd 6种元素在不同粒径组分中的分布与富集特性。烟煤和褐煤燃烧产生的粉煤灰粒径组份有差异。As、Cu、Pb、Zn、Cd随粉煤灰粒径的增大而含量降低。Hg元素由于挥发性较高,其分布与粒径大小无相关性。褐煤粉煤灰中各重金属元素富集程度从大到小依次为CdPbZnAsCu;烟煤粉煤灰中各重金属元素富集程度从大到小依次为AsCdZnPbCu。静电除尘器对褐煤燃烧产生的粉煤灰中Cd元素有较好的去除率,对于烟煤粉煤灰中的As和Cd元素排放有较好的去除率。相对于褐煤,燃烧烟煤可以更好的控制As排放,建议火电厂优先使用烟煤。     

民用燃煤烟气中甲基多环芳烃的排放特征

利用全流稀释烟气采样系统,对20个煤/炉组合方式(涉及4种烟煤和1种无烟煤、块煤和蜂窝煤2种燃烧方式、3种北方地区常用的炉灶类型)的燃烧烟气进行了采样和分析,获取了多环芳烃的排放因子数据.针对具有更强“三致”作用的甲基多环芳烃(A-PAHs)的排放特征进行讨论,并与原煤的有机溶剂抽提物进行对比.结果表明,不同煤种和燃烧方式的8种A-PAHs排放因子(EFA-PAHs)差别显著,其中,烟煤在块煤与蜂窝煤两种燃烧方式下的变化范围分别为0.5~1.6mg/kg和63.9~100.1mg/kg,无烟煤以块煤与蜂窝煤燃烧的EFA-PAHs分别为0.1mg/kg和67.3mg/kg;蜂窝煤的平均EFA-PAHs比块煤高约2个数量级,说明作为洁净煤技术被推广使用的蜂窝煤燃烧方式存在“不洁净”的方面,应引起重视.对比原煤抽提物中A-PAHs的变化特征,可知燃煤烟气中的A-PAHs部分来自于煤的受热挥发,具有原煤的一些特征,但是更多的A-PAHs来自于燃烧过程中的高温裂解反应.     

秸秆压块与燃煤供热系统生命周期环境排放对比研究

为证明采用秸秆压块燃料替代煤炭进行供热的可持续性,对秸秆压块和燃煤供热系统的生命周期环境排放进行了对比分析.基于我国2012年投入产出表,构建了投入产出生命周期评价(IO-LCA)和过程生命周期评价(PLCA)相结合的混合生命周期评价(Hybrid-LCA)模型,核算了玉米秸秆压块和燃煤供热系统供应1 GJ热的生命周期CO2、SO2、NOx和PM2.5排放.结果显示,秸秆压块供热系统的生命周期CO2排放量为7 kg·GJ-1热,比燃煤供热排放减少121 kg.此外,秸秆压块供热系统比燃煤供热系统可以分别减少SO2排放98%、NOx排放76%和PM2.5排放58%.控制原料水分,通过减少原料收集和能源转化过程中的耗损,减少能源转化过程的电力消耗以及控制原料收集半径等可以有效改进秸秆压块供热系统环境表现.     

市政污水厂典型A2O工艺低碳运行的系统性评估

在“碳达峰、碳中和”的目标下，系统评估典型A²O工艺运行的碳排放当量及其组成，对我国市政污水厂的低碳运行具有重要的指导意义.以焦作市第一污水厂2020年的运行资料为研究案例，基于相关指南，引入水温因素构建阿伦尼乌斯公式模型用于核算直接碳排放过程，从电能消耗、药剂投加和污泥运输这3个方面核算间接碳排放过程.结果表明，CH₄和N₂O日排放强度为(115±56)kg·d^-1和(30±18)kg·d^-1;生化处理工段的能耗和药剂间接碳排放占比分别达到48.4%和51.3%; 2020年污水厂总计碳排放当量(以CO₂eq计)为2.17×10⁴t,单位污水碳排放当量(0.63±0.07)kg·m^-3;不同碳排放占比的大小顺序为：污水能耗(36.5%)>污水药剂(26.6%)>N₂O直接(15.4%)>污泥药剂(9.6%)>污泥能耗(6.7%)>CH₄直...     

生物炭对农田土壤-植物系统有机碳储量的影响

为探究生物炭对农田土壤有机碳储量以及作物固碳量的作用效应,在长江中下游地区地带性土壤黄棕壤上设置田间小区试验,采用玉米-小麦轮作方式,在不同生物炭用量[0.0 kg/(m~2·a)-(CK)、0.5 kg/(m~2·a)-(BC1)、4.5 kg/(m~2·a)-(BC2)]条件下,对土壤有机碳含量、作物生物量、作物光合固碳量等指标进行了测定分析,并估算了试验条件下农田土壤-植物系统有机碳储量。结果表明:(1)在0~20cm土层,BC2处理两季玉米收获时的土壤有机碳储量(3.72和3.77 kg/m~2)分别比CK处理增加18.93%和19.23%。小麦季BC2的土壤有机碳储量达3.43 kg/m~2,也比CK增加了12.83%。BC1处理比CK虽有增加,但未形成显著差异。土壤有机碳含量是土壤有机碳储量增加的基础。(2)两季玉米收获时其BC1处理的单株固碳量未显著高于对照,BC2处理的玉米单株固碳量(80.06和80.69 g/株)则分别比对照提高6.46%和7.16%。在小麦季,2个生物炭处理的植株单株固碳量均高于对照,尤以BC2处理较为突出,其单株固碳量达到3.06 g/株,比对照显著提高16.17%。作物生物量对植株单株固碳量有显著贡献。(3)就土壤-植物系统有机碳储量而言,BC2处理下,在两季玉米收获时该值分别为4.42和4.50 kg/m~2,显著高于CK处理,增幅达16.75%和17.09%。小麦季BC2处理的土壤-植物系统有机碳储量也达到了3.70 kg/m~2,比CK显著提高13.07%。在三季作物中,土壤有机碳储量占整个土壤-植物系统有机碳储量的80%~93%,土壤是农田生态系统碳增汇的主要来源,减少土壤碳排放可以使整个农田生态系统固定更多的碳。     

烟煤中多环芳烃分布特征的初步研究

选取中国各地的7个烟煤煤样经过索氏抽提、浓缩、纯化等步骤,对其中含有的17种多环芳烃进行了GC测定,研究烟煤中多环芳烃的分布特征.分析发现,干燥无灰基碳质量分数在75%~88%之间,多环芳烃总量最大点发生在80%~83%.随煤化程度提高,高环芳烃含量呈增加趋势,且烟煤中碳含量、挥发分含量、氧碳摩尔比、氢碳摩尔比等参数与17种多环芳烃的总量存在一定关系.      

动力工业废物处理与综合利用

X773.05200601657燃煤飞灰中铁质微珠的显微结构及其组成研究/孙俊民…(清华大学热能工程系热能动力工程与热科学重点实验室)∥燃料化学学报/中科院山西煤炭化学研究所.-2005,33(3).-263～266环图TQ-12选用我国三个典型燃煤煤种的电厂飞灰中铁质微珠,进行显微结构与物相组成等方面的研究。揭示出铁质微珠中存在空心微珠、子母珠和实心微珠三种显微颗粒类型,在这些显微颗粒表面可识别出以微粒状和八面体自形晶两种方式存在的赤铁矿和磁铁矿析晶;元素分析表明,燃烧褐煤电厂铁质微珠主要由Fe、Ca、Al和Si元素组成,燃烧烟煤和无烟煤的电厂铁…     

■矸石的应用

煤矸石是在煤炭自然形成的过程中伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬、呈黑色的部分。由于煤田类型不同,形成的煤矸石也不同。就是同一煤系,不同层位的煤矸石性质也有差别。煤矸石的重量比纯矸石轻,含有一定的碳量,可以燃烧,发热量一般可达到500～2000大卡/公斤。此外还含有氧化铝、二氧化硅和少量的金属氧化物以及其他稀有金属。我国煤矿生产中的排矸量,约占原煤的10～20%。据全国重点煤矿的不完全统计,每年排出4000～5000万吨煤矸石,其中发热量     

民用固体燃料源的IVOCs排放特征及燃烧温度的影响

中等挥发性有机物(intermediate-volatility organic compounds,IVOCs)是近年备受关注的二次有机气溶胶的重要前体物,但目前急需包括民用固体燃料燃烧在内的源排放数据.本文选择两种成熟度不同的烟煤(灵武煤和徐州煤)和两种生物质(稻秆和松木)为研究对象,结合石英管式炉和稀释通道开展7个温度点(300～900℃,以100℃为间隔)的燃烧实验,采集和分析烟气中的IVOCs,探讨煤和生物质燃烧的IVOCs排放因子、组成以及燃烧温度的影响.结果表明,生物质燃烧的IVOCs平均排放因子[(483±182) mg·kg-1]比烟煤[(190±108) mg·kg-1]高2. 5倍;组成方面,生物质和煤的IVOCs均以剩余UCM占主导[分别为(81±11)%和(68±6)%],而生物质排放的正构及支链烷烃占比明显低于烟煤,但芳香烃略高;燃烧温度对两类燃料的影响存在显著区别:烟煤(以灵武煤为例)的IVOCs在500℃[(340±113) mg·kg-1]比900℃[(63±15)mg·kg-1]高5. 4倍,而生物质在400～500℃和800～900℃时呈现两个含量相当的峰值;随着燃烧温度提升,松木IVOCs中芳香烃的占比从1%增加到29%,剩余UCM则从92%降低到61%,烟煤的变化幅度则很小.进一步结合校正燃烧效率对两类燃料和燃烧温度影响IVOCs排放的机理进行了解释.     

三峡库区马尾松林土壤铁、铝对有机碳的影响

为了解不同形态铁、铝矿物对土壤有机碳稳定的影响,以三峡库区典型土壤质地类型的马尾松林为研究对象,采用选择性溶解提取法测定晶质矿物(DH)、短程有序矿物(HH)和有机金属络合物(PP)中的铁、铝矿物及其结合有机碳的含量,并通过相关性分析和多元回归模型探讨了不同形态铁、铝矿物及其结合有机碳与土壤有机碳的相互关系.结果表明:不同形态铁、铝矿物含量分布为DH>PP>HH,且随土壤黏粒组分增加有明显的上升趋势.DH、PP和HH提取碳含量分别为(6.11±0.35)mg/g,(6.25±0.46)mg/g和(1.14±0.06)mg/g,分别占土壤有机碳的(32.06%±1.95%),(32.61%±2.33%)和(5.95%±0.33%).提取碳与金属物质的量比值(C:Fe+Al)表现为PP>DH≈HH,表明铁、铝矿物随结晶度的增加,与有机碳的结合方式从共沉淀和络合向吸附作用转变.提取碳含量与对应提取金属(Fe+Al)含量呈显著正相关(P<0.05),且提取铁、铝矿物是土壤有机碳变异性的第一解释变量(74.65%).总体而言,铁、铝矿物与有机碳的相互作用驱动了三峡库区马尾...