北京市燃煤源排放控制措施的污染物減排效益評(píng)估

宗亞楠, 張 強(qiáng), 洪朝鵬, 賀克斌*

1.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院， 北京 100084 2.清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系， 北京 100084

北京市燃煤源排放控制措施的污染物減排效益評(píng)估

宗亞楠1, 張 強(qiáng)2, 洪朝鵬2, 賀克斌1*

1.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院， 北京 100084 2.清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系， 北京 100084

為分析北京市燃煤源排放控制措施的污染物減排效益，基于MEIC(中國(guó)多尺度排放清單模型)，采用情景分析法，評(píng)估了北京市電廠能源清潔化與末端治理、燃煤鍋爐改造和城區(qū)平房區(qū)居民采暖改造等措施的污染物減排效益. 結(jié)果表明，相對(duì)于無控情景，2013年北京市電廠能源清潔化與末端治理減少PM2.5、PM10、SO2和NOx排放量為1.28×104、2.10×104、5.13×104和4.98×104t，分別占無控情景的85%、86%、87%、74%；北京市燃煤鍋爐改造減少PM2.5、PM10、SO2、NOx排放量為1.09×104、2.68×104、11.64×104和5.81×104t，分別占無煤改氣情景的83%、89%、83%、83%；北京市老舊平房區(qū)的居民采暖改造減少PM2.5、PM10、SO2和NOx排放量分別為630、870、2 070和790 t，均占無煤改電情景的8%. 研究顯示，北京市從1998年開始采取的各種減排措施有效地減少了污染物的排放，對(duì)北京市空氣質(zhì)量改善具有重要意義.

燃煤源； 能源結(jié)構(gòu)； 末端治理； 減排效益

Abstract： To analyze the benefits of emission reductions from coal-fired source emission control measures, this work employed scenario analysis to quantify emission reductions from replacing coal-fired power with clean energy and application of end-of-pipe control technologies in power plants, comprehensive control on coal-fired boilers and residential heating renovation based on the model of Multi-resolution Emission Inventory for China (MEIC). The results showed that the emissions of PM2.5, PM10, SO2and NOxfrom power plants in Beijing were estimated to have been reduced 1.28×104, 2.10×104, 5.13×104and 4.98×104t in 2013, representing reductions of 85%, 86%, 87% and 74%, respectively. 1.09×104, 2.68×104, 11.64×104and 5.81×104t of PM2.5, PM10, SO2and NOxemissions were mitigated due to the comprehensive control measures for coal-fired boilers in 2013, representing reductions of 83%, 89%, 83% and 83%, respectively. Residential heating renovation projects by replacing coal with electricity in Beijing′s conventional old house areas contributed to emission reductions of 630, 870, 2070 and 790 t for PM2.5, PM10, SO2and NOx, representing reductions of 8%. The study showed that the emission reduction measures have reduced pollutant emissions effectively since 1998 and have significance for improving air quality in Beijing.

Keywords： coal-fired source; energy structure; end-of-pipe control; emission reduction benefits

近年來，我國(guó)霧霾天氣頻發(fā)，空氣污染給人們的生活和健康帶來了嚴(yán)重危害[1- 3]，引起了社會(huì)公眾的廣泛關(guān)注和各級(jí)政府的高度重視. 煤炭長(zhǎng)期以來都是北京市能源消費(fèi)的重要部分，主要用于供熱、發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)和居民炊事取暖等與居民生產(chǎn)生活息息相關(guān)的行業(yè)，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)是造成大氣污染的重要原因[4- 6].

燃煤源的污染控制一直以來都是我國(guó)大氣污染控制政策的重點(diǎn)[7- 10]. SO2、NOx、PM等大氣污染物的末端控制技術(shù)能夠有效減少污染物的排放，如靜電除塵器對(duì)顆粒物的去除效率能達(dá)到99.5%[11- 12]. 對(duì)燃煤源控制措施的研究可分為定性和定量?jī)煞N，前者通過分析能源消費(fèi)趨勢(shì)及空氣質(zhì)量趨勢(shì)等歷史數(shù)據(jù)，揭示燃煤源控制與空氣質(zhì)量改善的相關(guān)性[13- 15]. LIU等[16]通過對(duì)歷史文獻(xiàn)的分析，探討了京津冀地區(qū)為改善空氣質(zhì)量的相關(guān)措施. 對(duì)燃煤源控制措施的定量研究可分為兩種：①對(duì)過去已實(shí)施的減排措施的評(píng)估，②對(duì)未來可能實(shí)施的措施的減排效果預(yù)測(cè). Corvalan等[17]基于排放因子法，對(duì)智利圣地亞哥地區(qū)實(shí)施天然氣替代煤的減排效果的評(píng)估結(jié)果顯示，可減少61%的PM、91%的SO2、40%的NOx和10%的VOCs. 龐軍等[18]利用等熱值替代方法計(jì)算2010年在我國(guó)15個(gè)重點(diǎn)城市以天然氣替代煤炭的污染物減排效果，PM、SO2、NOx排放量分別可減少734.24×104、40.21×104、22.56×104t. Fujii等[19]應(yīng)用分解分析法研究了1998—2009年中國(guó)工業(yè)部門末端控制措施對(duì)減少污染物排放的作用，結(jié)果顯示，PM排放減少了近65%. Kadian等[20]應(yīng)用LEAP模型預(yù)測(cè)分析印度德里地區(qū)能源替代政策在民用部門可減少36%的NOx、49%的SO2、57%的TSP. 馮悅怡等[21]通過構(gòu)建LEAP模型預(yù)測(cè)北京市2007—2030年的碳排放趨勢(shì)，低碳情景碳排放總量比基準(zhǔn)情景低62.22%. 薛亦峰等[22]采用排放因子法估算北京市能源結(jié)構(gòu)調(diào)整可使PM10、PM2.5、SO2和NOx的排放量分別減少 2 032.94、1 183.53、6 265.30 和 7 220.90 t；并利用ADMS-Urban模型模擬該措施對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的改善，ρ(PM2.5)下降0.27～6.77 μg/m3. 陳瀟君等[23]采用WRF-CAMx空氣質(zhì)量模型研究了空氣質(zhì)量改善需求對(duì)地區(qū)大氣污染物排放總量與煤炭消費(fèi)總量的約束作用，為實(shí)現(xiàn)2030年空氣質(zhì)量改善階段性目標(biāo)，全國(guó)煤炭消費(fèi)總量應(yīng)控制在37.7×108t左右. MAO等[24]分析了天然氣替代措施的成本效益，并提出了發(fā)展天然氣行業(yè)的政策建議.

1998年以來，北京市為改善城市空氣質(zhì)量，針對(duì)不同階段的污染特征開展了大規(guī)模防治工作，分16個(gè)階段密集采取了包括改善能源結(jié)構(gòu)、綜合治理機(jī)動(dòng)車污染、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)與公眾環(huán)境教育等在內(nèi)一系列的具體措施. 在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整與燃煤源排放控制方面，北京市一方面持續(xù)加嚴(yán)燃煤鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)，通過低硫煤供應(yīng)保障、末端治理設(shè)施改造和污染物在線排放監(jiān)管，使得燃煤電廠排放控制水平走在世界前列；另一方面利用天然氣和電力等清潔能源，分階段、分區(qū)域推進(jìn)燃煤鍋爐的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型. 在居民采暖污染治理上，北京市針對(duì)城市中心老舊平房區(qū)和城郊居民區(qū)的建筑特點(diǎn)，分別進(jìn)行“煤改電”和“煤改氣”(集中供熱)的治理措施. 2013年，國(guó)務(wù)院發(fā)布的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》[25]明確規(guī)定，到2017年，煤炭占能源消費(fèi)總量比重降到65%以下，而京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等區(qū)域則力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)煤炭消費(fèi)總量負(fù)增長(zhǎng). 《北京市2013—2017年清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃》[26]提出，到2017年，北京市煤炭占能源消費(fèi)比重降至10%以下，優(yōu)質(zhì)能源消費(fèi)比重提高到90%以上.

該研究基于中國(guó)多尺度排放清單模型(MEIC, multi-resolution emission inventory for China)，采用情景分析法，評(píng)估了1998—2013年北京市燃煤源排放控制措施的減排效益，主要包括電廠能源清潔化與末端治理、燃煤鍋爐改造和城區(qū)平房區(qū)居民采暖改造三部分，以期為燃煤源污染治理提供定量依據(jù).

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 情景設(shè)定

該研究涉及評(píng)估的燃煤源排放控制措施主要包括電廠能源清潔化與末端治理、燃煤鍋爐改造和城區(qū)平房區(qū)居民采暖改造三部分，為了分析各部門的大氣污染減排效益，對(duì)這三部分分別進(jìn)行情景設(shè)定.

作為煤炭的消費(fèi)大戶，北京市燃煤電廠從2005年起開始實(shí)施“煤改氣”，并逐步加大天然氣使用量，在全市發(fā)電總量上升情況下，實(shí)現(xiàn)了電力行業(yè)煤炭消費(fèi)負(fù)增長(zhǎng). 除了能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，北京市還對(duì)燃煤電廠同步采取了嚴(yán)格的末端治理措施，包括除塵升級(jí)改造、煙氣脫硫工程的實(shí)施和煙氣脫硝治理. 此外，北京市進(jìn)一步實(shí)施了世界上最嚴(yán)格的燃煤電廠排放標(biāo)準(zhǔn)，北京市新建電廠鍋爐煙塵排放限值為10 mg/m3，NOx排放限值為100 mg/m3, SO2排放限值為20 mg/m3，均嚴(yán)于當(dāng)前歐美新建電廠的煙塵排放限值要求[27]. 為了分析燃煤電廠末端治理和“煤改氣”的大氣污染減排效益，設(shè)置無控情景、末端治理情景與實(shí)際情景3個(gè)情景. 無控情景是指在1998年基礎(chǔ)上，假設(shè)已有的天然氣發(fā)電機(jī)組采用燃煤發(fā)電，并且不實(shí)施任何末端治理措施；末端治理情景是指在無控情景的基礎(chǔ)上，實(shí)施末端治理措施；實(shí)際情景是指電廠的實(shí)際排放狀況，即實(shí)施了“末端治理+煤改氣”.

從1998年起，北京市積極開展無煤區(qū)建設(shè)，決定無煤區(qū)內(nèi)不再批準(zhǔn)建設(shè)燃煤爐灶. 隨后，北京市逐步改造了不同地區(qū)所有餐飲業(yè)的爐灶和各單位的茶爐、大灶，凡是燃煤的均被要求逐步改用清潔燃料，并不準(zhǔn)再建新的燃煤設(shè)施. 燃煤鍋爐多數(shù)改造為天然氣，少數(shù)采用改電、改燃油、并入市政熱力管網(wǎng)等方式. 對(duì)于順義、平谷等10個(gè)郊區(qū)縣，北京市于2006—2009年實(shí)施了集中供熱工程，主要是新建裝機(jī)容量較大、燃燒效率較高和后處理設(shè)施完善的大型鍋爐，拆除分散型燃煤鍋爐. 如在2007年通州區(qū)運(yùn)河以西實(shí)施的供熱中心工程，新建9臺(tái)58 MW、5臺(tái)46 MW和1臺(tái)29 MW(共781 MW)燃煤鍋爐，拆除區(qū)域內(nèi)303臺(tái)(共計(jì) 1 216 MW)小型燃煤鍋爐. 北京市10個(gè)郊區(qū)縣集中供熱中心現(xiàn)狀及拆除鍋爐情況見表1. 為評(píng)估燃煤鍋爐改造的減排效益，設(shè)置了無煤改氣情景和實(shí)際情景，無煤改氣情景是指已經(jīng)完成天然氣替代改造的鍋爐繼續(xù)以煤為能源，實(shí)際情景是指鍋爐的實(shí)際排放狀況，即實(shí)施了“煤改氣”. 此外，對(duì)部分區(qū)縣郊區(qū)集中供熱工程的減排效益進(jìn)行了評(píng)估.

表1 2006—2009年北京市郊區(qū)縣集中供熱工程實(shí)施情況

Table 1 Centralized heating projects in Beijing suburban districtscounties, 2006- 2009

表1 2006—2009年北京市郊區(qū)縣集中供熱工程實(shí)施情況

年份改造地區(qū)拆除鍋爐數(shù)∕臺(tái)新建鍋爐數(shù)∕臺(tái)2006順義、懷柔、密云110322007平谷、密云、房山、昌平、通州640532008順義、懷柔、延慶、大興249202009順義、房山、門頭溝21225

自1998年起，北京市開始針對(duì)核心區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施比較落后、道路狹窄的平房區(qū)進(jìn)行居民采暖改造. 由于這些平房區(qū)不具備集中采暖或天然氣采暖管線建設(shè)條件，最終確定主要以電采暖方式進(jìn)行燃煤替代. 為評(píng)估城區(qū)平房區(qū)居民采暖改造的減排效益，設(shè)置了無煤改電情景和實(shí)際情景，無煤改電情景是指已經(jīng)完成采暖改造的平房繼續(xù)以煤采暖，實(shí)際情景是指民用部門的實(shí)際排放狀況，即實(shí)施了“煤改電”.

1.2 數(shù)據(jù)來源

各部門的污染物排放量基于排放因子法計(jì)算：

E=A×EF×(1-η)

式中：E為污染物排放量，t；A為排放源的活動(dòng)水平，即能源消費(fèi)量，t；EF為污染物排放系數(shù)，g/kg；η為污染控制措施對(duì)污染物的去除效率，%.

所需參數(shù)主要來自MEIC模型，MEIC模型是基于動(dòng)態(tài)清單技術(shù)和統(tǒng)一數(shù)據(jù)來源建立的中國(guó)排放清單模型，各主要排放源排放因子基于國(guó)內(nèi)大量實(shí)測(cè)結(jié)果的調(diào)研選取[28- 29]. 對(duì)于電廠，活動(dòng)水平、排放因子等參數(shù)數(shù)據(jù)來自MEIC模型，去除效率參數(shù)采用北京市環(huán)境保護(hù)局調(diào)研數(shù)據(jù)，對(duì)MEIC模型進(jìn)行本地化處理；對(duì)于燃煤鍋爐、城區(qū)平房區(qū)居民采暖，活動(dòng)水平、排放因子、去除效率等參數(shù)來自MEIC模型，改造完成情況來自北京市十六階段大氣污染治理措施實(shí)施情況統(tǒng)計(jì)資料[30]. 污染物減排量評(píng)估的不確定性主要來自活動(dòng)水平、去除效率的不確定性，電廠的去除效率取決于末端控制設(shè)施的投運(yùn)率，而末端控制設(shè)施的歷年投運(yùn)率基于線性推測(cè)，燃煤鍋爐、居民采暖改造減少的煤炭消費(fèi)量基于鍋爐、居民采暖燃煤的平均水平.

2 結(jié)果與分析

1998—2013年，北京市電廠能源清潔化與末端治理、燃煤鍋爐改造和城區(qū)平房區(qū)居民采暖改造等能源結(jié)構(gòu)調(diào)整措施累計(jì)減少的PM2.5、PM10、SO2、NOx排放量為27.14×104、43.19×104、168.99×104和87.13×104t.

2.1 電廠能源清潔化與末端治理

北京市電力部門年煤炭消費(fèi)總量從高峰時(shí)期的900×104t削減到2013年的644×104t；用于發(fā)電的天然氣消費(fèi)量則攀升到2013年的18.5×108m3[31]，天然氣可替代365×104t煤. 2013年，天然氣消費(fèi)已占電力部門一次化石能源消費(fèi)總量的35%. 在無控情景和末端控制情景中，2013年電廠煤炭消費(fèi)量比實(shí)際情景增加了365×104t. 除了能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，北京還對(duì)燃煤電廠同步采取了嚴(yán)格的末端治理措施，包括除塵升級(jí)改造、煙氣脫硫工程的實(shí)施和煙氣脫硝治理. 從1998年起，北京市各大電廠陸續(xù)開始除塵升級(jí)改造，主要采用靜電除塵器、布袋除塵工藝、電除塵器、電袋復(fù)合式除塵器等多種除塵技術(shù)；電廠的煙氣脫硫治理是從2000年開始進(jìn)行的，均采用了石灰石/石膏濕法脫硫技術(shù)(FGD)；而電廠的煙氣脫硝治理是最晚開展的，2007年開始進(jìn)行了脫硝設(shè)施的建設(shè)，采用了SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝、SCR脫硝工藝.

圖1 1998—2013年北京市電廠主要大氣污染物減排效益Fig.1 Emission reduction benefits of major air pollutants on power plants in Beijing, 1998- 2013

盡管電力需求持續(xù)增長(zhǎng)，但由于電廠實(shí)施嚴(yán)格的末端治理和“煤改氣”措施，1998—2013年，北京市電廠PM2.5和PM10排放總量持續(xù)下降，而SO2和NOx排放量出現(xiàn)先升后降趨勢(shì)(見圖1). 與1998年相比，2013年北京市電廠PM2.5、PM10、SO2和NOx排放量分別下降了1.45×104、2.37×104、4.50×104和3.09×104t，削減比例分別為86%、87%、85%和64%. 1998—2013年，末端治理+煤改氣措施PM2.5、PM10、SO2、NOx的排放量分別累計(jì)減少14.77×104、23.97×104、39.11×104和30.49×104t，其中末端控制措施累計(jì)減少PM2.5、PM10、SO2、NOx的排放量分別為14.03×104、22.85×104、36.03×104和26.38×104t，“煤改氣”措施累計(jì)減少PM2.5、PM10、SO2、NOx的排放量分別為0.75×104、1.12×104、3.07×104和4.11×104t. 由于針對(duì)PM2.5和SO2的排放控制歷史相對(duì)NOx較長(zhǎng)，因此PM2.5和SO2控制效益也相對(duì)更加突出. 包括電除塵/布袋除塵、石灰石濕法脫硫和選擇性催化還原等末端治理設(shè)施的投運(yùn)，對(duì)電廠污染物的減排發(fā)揮了關(guān)鍵作用.

在2013年，末端治理+煤改氣措施共減少PM2.5、PM10、SO2、NOx排放量為1.28×104、2.10×104、5.13×104和4.98×104t，分別削減了85%、86%、87%、74%；其中末端控制措施減少PM2.5、

PM10、SO2、NOx的排放量分別為1.15×104、1.91×104、4.67×104和4.49×104t，占削減總量的90%、91%、91%、90%. 電廠“煤改氣”對(duì)進(jìn)一步削減污染物起著不可忽視的作用. 在2013年，“煤改氣”措施減少PM2.5、PM10、SO2、NOx的排放量分別為0.13×104、0.19×104、0.45×104和0.49×104t，占當(dāng)年末端控制情景排放的36%、36%、36%和22%.

2.2 燃煤鍋爐改造

1998—2013年北京市共改造燃煤鍋爐 17 149 臺(tái)，總計(jì) 53 746 蒸噸(燃煤鍋爐功率單位，1蒸噸=0.7 MW). 北京市城六區(qū)的燃煤鍋爐改造主要分三個(gè)階段分區(qū)域、分重點(diǎn)推進(jìn)，各階段燃煤鍋爐改造的完成情況如表2所示. 1998—2002年為第一階段，主要改造核心區(qū)1蒸噸以下小鍋爐及茶爐大灶；2003—2008年為第二階段，主要改造核心區(qū)20蒸噸以下燃煤鍋爐；2009—2013年為第三階段，主要改造城六區(qū)20蒸噸及以上燃煤鍋爐.

表2 北京市三個(gè)階段的燃煤鍋爐改造的實(shí)施情況

注：1)核心區(qū)指現(xiàn)東城區(qū)與西城區(qū)；2)城六區(qū)包括朝陽(yáng)、海淀、豐臺(tái)、石景山、東城和西城.

如圖2所示，與1998年相比，2013年北京市燃煤鍋爐PM2.5、PM10、SO2和NOx排放量分別下降了0.45×104、1.02×104、2.07×104和0.98×104t，削減比例分別為66%、76%、46%和45%. 16 a間，燃煤鍋爐“煤改氣”措施共減少PM2.5、PM10、SO2和NOx排放量12.09×104、30.92×104、128.96×104、56.27×104t.

圖2 1998—2013年北京市燃煤鍋爐改造主要大氣污染物減排效益Fig.2 Emission reduction benefits of major air pollutants on the renovation of coal-fired boilers in Beijing, 1998- 2013

在2013年，北京市燃煤鍋爐“煤改氣”措施減少PM2.5、PM10、SO2、NOx排放量分別為1.09×104、2.68×104、11.64×104和5.81×104t，占無煤改氣情景的83%、89%、83%、83%. 其中各階段燃煤鍋爐改造污染物減排量貢獻(xiàn)如圖3所示，第一階段減少PM2.5、PM10、SO2、NOx排放量為0.51×104、1.34×104、4.42×104和2.38×104t，分別占2013年燃煤鍋爐減排量的47%、50%、38%、41%；第二階段減少PM2.5、PM10、SO2、NOx排放量為0.44×104、1.04×104、5.47×104和2.38×104t，分別占40%、39%、47%、41%；第三階段減少PM2.5、PM10、SO2、NOx排放量為0.14×104、0.29×104、1.75×104和1.05×104t，分別占13%、11%、15%、17%. 與電廠的大氣污染物排放治理工作相比，燃煤鍋爐的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整所取得的PM2.5和PM10減排效益與電廠控制措施取得的效益相當(dāng)，而SO2和NOx的減排效益則更高. 主要是由于燃煤鍋爐的末端控制去除效率低，燃煤時(shí)排放的污染物多，因此燃煤鍋爐改造的減排效益較為顯著.

圖3 北京市燃煤鍋爐改造各階段的污染物減排貢獻(xiàn)Fig.3 Emission reduction contribution of all phases on the renovation of coal-fired boilers in Beijing

2006—2010年，北京市郊區(qū)縣建設(shè)的集中供熱中心也對(duì)污染物減排起到了重要作用. 然而，由于北京城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，特別是在五環(huán)外新建了不少大型住宅小區(qū)，導(dǎo)致部分區(qū)縣(如昌平)用煤需求持續(xù)上升，改造后集中供熱中心容量遠(yuǎn)高于改造前的分散式燃煤鍋爐總和，導(dǎo)致這些區(qū)縣SO2和NOx排放削減效益不明顯，因此該研究?jī)H對(duì)順義區(qū)的集中供熱工程的減排效益進(jìn)行了評(píng)估. 2006—2010年順義區(qū)共拆除分散式燃煤小鍋爐約1 950蒸噸，新建集中供熱中心燃煤鍋爐近1 600蒸噸. 上述改造共減少PM2.5、PM10、SO2和NOx排放量分別為18、88、925和895 t.

2.3 平房區(qū)居民采暖改造

按照鍋爐改造劃分階段，將北京市城區(qū)老舊平房區(qū)采暖改造分為三個(gè)階段. 1998—2002年為第一階段，在核心區(qū)試點(diǎn)改造老舊平房256戶；2003—2008年為第二階段，主要改造核心區(qū)部分街道老舊平房9.35×104戶；2009—2013年為第三階段，改造核心區(qū)老舊平房15×104戶. 其中核心區(qū)是指現(xiàn)東城區(qū)與西城區(qū)，包括原崇文區(qū)和宣武區(qū). 三個(gè)階段共改造老舊住宅超過24×104戶.

與1998年相比，2013年北京市城鎮(zhèn)民用部門PM2.5、PM10排放量分別下降了0.47×104、0.66×104t(見圖4)，削減比例均為44%；而SO2、NOx則分別上升了0.23×104和0.30×104t，增加比例分別為12%和50%，這主要是由于民用爐型的變化，導(dǎo)致PM2.5、PM10的排放因子大幅下降，對(duì)SO2、NOx的改善效果不明顯. 16 a間，居民采暖“煤改電”措施累計(jì)減少PM2.5、PM10、SO2和NOx排放量分別為0.28×104、0.39×104、0.92×104、0.37×104t.

圖4 1998—2013年北京市城區(qū)老舊平房區(qū)居民采暖改造主要大氣污染物減排效益評(píng)估Fig.4 Emission reduction benefits of major air pollutants from residential heating renovation in Beijing′s conventional old house areas, 1998- 2013

在2013年，北京市城區(qū)老舊平房區(qū)的居民采暖“煤改電”措施減少PM2.5、PM10、SO2和NOx排放量分別為630、870、2 070 和790 t，均占無煤改電情景的8%. 居民采暖改造實(shí)質(zhì)性的工作主要集中于2003—2008年和2009—2013年兩個(gè)階段，各階段減排貢獻(xiàn)如圖5所示. 2003—2008年減少PM2.5、PM10、SO2、NOx排放量為261、361、892和292 t，分別占2013年居民采暖改造減排量的42%、41%、43%、37%；2009—2013年減少PM2.5、PM10、SO2、NOx排放量為364、509、1176和495 t，分別占58%、59%、57%、63%.

圖5 北京市城區(qū)老舊平房區(qū)居民采暖“煤改電”各階段污染物減排貢獻(xiàn)Fig.5 Emission reduction contribution of all phases from residential heating renovation by replacing coal with electricity in Beijing′s conventional old house areas, from 1998 to 2013

與電廠污染排放治理和燃煤鍋爐改造相比，城區(qū)老舊平房區(qū)居民采暖“煤改電”的效益相對(duì)較小. 但是，由于老舊平房區(qū)建筑密集、居民眾多，“煤改電”工作能夠顯著改善老舊平房區(qū)在采暖季的小區(qū)空氣質(zhì)量，降低室內(nèi)污染物的暴露水平，提高了老舊平房區(qū)的居住水平和安全水平. 因此，城區(qū)老舊平房區(qū)居民采暖改造這一項(xiàng)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整措施所帶來的環(huán)境與健康效益是不容忽視的.

3 結(jié)論

a) 2013年，北京市電廠能源清潔化與末端治理減少PM2.5、PM10、SO2、NOx的排放量分別為1.28×104、2.10×104、5.13×104和4.98×104t，削減了85%、86%、87%、74%. 北京市燃煤鍋爐“煤改氣”減少PM2.5、PM10、SO2、NOx排放量為1.09×104、2.68×104、11.64×104和5.81×104t，分別占無煤改氣情景的83%、89%、83%、83%. 北京市老舊平房區(qū)的居民采暖“煤改電”減少PM2.5、PM10、SO2和NOx排放量為630、870、2 070和790 t，均占無煤改電情景的8%.

b) 16 a間，北京市電廠能源清潔化與末端治理累計(jì)減少PM2.5、PM10、SO2、NOx的排放量分別為14.77×104、23.97×104、39.11×104和30.49×104t，燃煤鍋爐“煤改氣”累計(jì)減少PM2.5、PM10、SO2和NOx排放量分別為12.09×104、30.92×104、128.96×104、56.27×104t，北京市老舊平房區(qū)的居民采暖“煤改電” 減少PM2.5、PM10、SO2和NOx排放量分別為0.28×104、0.39×104、0.92×104、0.37×104t.

c) 北京市電廠能源清潔化與末端治理、燃煤鍋爐改造和城區(qū)老舊平房區(qū)居民采暖改造等措施均能有效減少污染物排放. 燃煤鍋爐“煤改氣”措施所取得的PM2.5和PM10減排效益與電廠控制措施取得的效益相當(dāng)，而SO2和NOx的減排效益則更高，主要是由于燃煤鍋爐的末端控制去除效率低，燃煤時(shí)排放的污染物多，因此燃煤鍋爐改造的減排效益較為顯著. 與電廠污染排放治理和燃煤鍋爐改造相比，城區(qū)老舊平房區(qū)居民采暖“煤改電”的效益相對(duì)較小. 但老舊平房“煤改電”能夠顯著改善老舊平房區(qū)在采暖季的小區(qū)空氣質(zhì)量，降低室內(nèi)污染物的暴露水平，因此，城區(qū)老舊平房區(qū)居民采暖改造這一項(xiàng)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整措施所帶來的減排效益不容忽視.

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Assessment of the Benefits of Emission Reductions from Coal-Fired Source Emission Control Measures in Beijing

ZONG Ya′nan1, ZHANG Qiang2, HONG Chaopeng2, HE Kebin1*

1.School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China 2.Department of Earth System Science, Tsinghua University, Beijing 100084, China

X51

1001- 6929(2017)10- 1645- 08

A

10.13198/j.issn.1001- 6929.2017.02.67

2017-03-31

2017-05-15

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21521064)

宗亞楠(1990-)，女，河北張家口人，zongyn14@mails.tsinghua.edu.cn.

*責(zé)任作者，賀克斌(1962-)，男，四川成都人，教授，博士，博導(dǎo)，主要從事大氣污染與控制研究，hekb@tsinghua.edu.cn

宗亞楠,張強(qiáng),洪朝鵬,等.北京市燃煤源排放控制措施的污染物減排效益評(píng)估[J].環(huán)境科學(xué)研究,2017,30(10):1645- 1652.

ZONG Ya′nan,ZHANG Qiang,HONG Chaopeng,etal.Assessment of the benefits of emission reductions from coal-fired source emission control measures in Beijing[J].Research of Environmental Sciences,2017,30(10):1645- 1652.