京津冀地區(qū)重點(diǎn)耗煤行業(yè)大氣污染物排放清單研究

崔立明，趙春麗，周春瑤

（1.國(guó)家能源投資集團(tuán)公司，北京 100011；2.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評(píng)估中心，北京 100122；3.浙江大學(xué)，浙江杭州 310058）

2013年11月發(fā)布的全國(guó)《74個(gè)城市空氣質(zhì)量狀況報(bào)告》顯示：京津冀地區(qū)13個(gè)城市的城市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率平均為39.1%，低于同期全國(guó)達(dá)標(biāo)率（52.3%）13.2個(gè)百分點(diǎn)[1]。京津冀地區(qū)已成為我國(guó)大氣污染最嚴(yán)重的區(qū)域，超標(biāo)天數(shù)中首要污染物均為PM和PM[2-4]。

102.5

我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)[5,6]，占世界煤產(chǎn)量的50%左右；是世界上以煤炭為主要能源的大國(guó)之一，2013年我國(guó)的煤炭消費(fèi)占一次能源消費(fèi)總量66%以上[7]。煤炭消費(fèi)除排放大量的SO2、NOx、PM10和一次PM2.5等污染物外，還會(huì)產(chǎn)生二次PM2.5，造成灰霾污染[8,9]。

重點(diǎn)區(qū)域PM2.5源解析的相關(guān)研究結(jié)果表明，作為煤炭消費(fèi)量首位的火電行業(yè)污染物排放對(duì)區(qū)域PM2.5的貢獻(xiàn)率為16%～20%[10,11]。因此削減重點(diǎn)耗煤行業(yè)大氣污染物排放量是解決灰霾問題的關(guān)鍵，建立大氣污染物排放清單、掌握重點(diǎn)耗煤行業(yè)大氣污染物排放情況，是首要研究工作。

本研究以在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、污染源調(diào)查（現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、環(huán)評(píng)、驗(yàn)收）數(shù)據(jù)、排放因子數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，自下而上建立了2013年京津冀重點(diǎn)耗煤行業(yè)大氣污染物排放清單，分析研究了SO2、NOx和PM10的排放情況。

1 研究方法

本研究通過歷史排放數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)篩選出重點(diǎn)耗煤行業(yè)，調(diào)研京津冀地區(qū)重點(diǎn)耗煤行業(yè)的煤的利用率水平，基于在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、污染源調(diào)查（現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、環(huán)評(píng)、驗(yàn)收）數(shù)據(jù)、排放因子數(shù)據(jù)，自下而上建立了2013年京津冀重點(diǎn)耗煤行業(yè)大氣污染物排放清單，并在此基礎(chǔ)上分析了京津冀地區(qū)重點(diǎn)耗煤行業(yè)煤炭利用情況及大氣污染物排放情況。

1.1 重點(diǎn)耗煤行業(yè)界定

本研究依據(jù)2013—2015年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》等資料中的各行業(yè)煤炭消費(fèi)量數(shù)據(jù)，選取了2011—2013年煤炭消費(fèi)量占全國(guó)煤炭消費(fèi)總量比例穩(wěn)列前三的電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)（占44.76%～49.78%），石油加工、煉焦和核燃料加工業(yè)（占9.94%～11.23%），黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)（占8.14%～8.94%）三大行業(yè)[12-14]，即選取火電行業(yè)、焦化行業(yè)、鋼鐵行業(yè)為重點(diǎn)耗煤行業(yè)。

由本研究可知，2013年京津冀重點(diǎn)耗煤行業(yè)總煤耗達(dá)33 208.69萬(wàn)t，占2013年京津冀煤炭消費(fèi)總量的85.24%，占2013年全國(guó)煤炭消費(fèi)總量的7.83%，占比較大。

1.2 研究范圍與研究對(duì)象

本研究范圍涵蓋兩個(gè)直轄市北京、天津，以及河北省石家莊、邯鄲、唐山、衡水、邢臺(tái)、滄州、張家口、承德、秦皇島、廊坊、保定等11個(gè)地級(jí)市與副地級(jí)市遷安的火電、鋼鐵、焦化行業(yè)工業(yè)點(diǎn)源排放；選取的污染因子為 SO2、NOx和 PM10。

1.3 數(shù)據(jù)來源與編制方法

本研究排放清單以2013年為基準(zhǔn)年，優(yōu)先采用在線監(jiān)測(cè)法，基于重點(diǎn)污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過在線監(jiān)測(cè)法對(duì)排放口進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，獲取重點(diǎn)耗煤行業(yè)企業(yè)的實(shí)時(shí)排放量；結(jié)合污染源調(diào)查法現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、排查，了解京津冀重點(diǎn)耗煤行業(yè)典型企業(yè)的工藝流程、產(chǎn)污環(huán)節(jié)、污染控制措施、耗煤量等基本情況數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，并參考環(huán)保部歷年審批的環(huán)評(píng)、驗(yàn)收數(shù)據(jù)；對(duì)于沒有污染源調(diào)查信息的企業(yè)，采取排放因子法進(jìn)行核算，由此分析重點(diǎn)耗煤行業(yè)企業(yè)（火電、鋼鐵、焦化）的分布情況及污染物排放情況。

（1）在線監(jiān)測(cè)法

根據(jù)地方環(huán)保管理部門污染源監(jiān)督性監(jiān)測(cè)結(jié)果的排放濃度、燃料消耗量、煙氣量、年運(yùn)行小時(shí)數(shù)等參數(shù)進(jìn)行反算，獲得重點(diǎn)耗煤行業(yè)企業(yè)排放源、污染源數(shù)據(jù)，精確度最高。

（2）污染源調(diào)查法（現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、環(huán)評(píng)、衛(wèi)星遙感）

通過對(duì)重點(diǎn)耗煤行業(yè)企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及數(shù)據(jù)收集，綜合考慮環(huán)評(píng)和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，基本建立了主要排放源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)包括企業(yè)主要裝備、規(guī)模、污染控制措施、煙囪數(shù)量、經(jīng)緯度、高度、出口直徑、出口溫度等。環(huán)評(píng)數(shù)據(jù)包括所有重點(diǎn)耗煤行業(yè)企業(yè)環(huán)評(píng)報(bào)告中大氣點(diǎn)源的相關(guān)信息，該數(shù)據(jù)覆蓋較為全面，可反映企業(yè)的真實(shí)排放情景。衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)主要用來對(duì)污染源進(jìn)行精確定位。

（3）排放因子法

對(duì)于沒有污染源調(diào)查信息的企業(yè)，采取排放因子法進(jìn)行核算。根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)水平和行業(yè)平均排污因子，依據(jù)《第一次全國(guó)污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》等排放因子數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，核算后結(jié)合《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011）、火力發(fā)電鍋爐大氣污染物特別排放限值、《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB28662—2012）、《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171—2012）、《煉鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB28663—2012）、《煉鋼工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB28664—2012）等排放標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以及地方環(huán)保部門污染源督查數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

表1及表2給出了本清單核算過程中所選取的火電及鋼鐵焦化行業(yè)根據(jù)不同裝機(jī)、不同工藝過程污染源的煙氣量和主要污染物外排濃度等排放因子信息。

表1 本清單核算選取的火電企業(yè)大氣污染物排放因子

表2 本清單核算選取的鋼鐵焦化企業(yè)大氣污染物排放因子

2 結(jié)果與討論

2.1 京津冀地區(qū)重點(diǎn)耗煤行業(yè)產(chǎn)能/產(chǎn)量與空間分布情況

2.1.1 火電行業(yè)裝機(jī)容量與空間分布

本研究結(jié)果表明，2013年京津冀地區(qū)火電行業(yè)總裝機(jī)臺(tái)數(shù)為338臺(tái)，所涉及的單位為133家，其中裝機(jī)臺(tái)數(shù)和所涉及的企業(yè)居前三位的城市為石家莊市（58臺(tái)、20家）、唐山市（50臺(tái)、22家）和邯鄲市（47臺(tái)、19家）。

2013年京津冀地區(qū)火電總裝機(jī)容量54 801MW，占全國(guó)火電總裝機(jī)容量的6.30%，屬火電裝機(jī)容量較大的區(qū)域。北京市、天津市、河北省的裝機(jī)容量分別為3 233MW、10 787MW、40 781MW，分別占全國(guó)火電裝機(jī)容量的0.37%、1.24%、4.69%。其中，天津市、石家莊市和唐山市的裝機(jī)容量分別為10 787MW、7 926MW和6 077MW，明顯高于其他城市的裝機(jī)容量。

2.1.2 鋼鐵焦化行業(yè)產(chǎn)量與空間分布

本研究結(jié)果表明，2013年京津冀地區(qū)鋼鐵企業(yè)共107家，焦化企業(yè)共80家（其中18家為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煉焦企業(yè)，62家為獨(dú)立煉焦企業(yè)），共有焦?fàn)t設(shè)備105（爐組）套。其中，鋼鐵企業(yè)河北省有100家，天津市有7家；焦炭生產(chǎn)企業(yè)河北省有79家，天津市1家。

2013年京津冀地區(qū)粗鋼、焦炭總產(chǎn)量分別為21 139.16萬(wàn)t、6 656.01萬(wàn)t，分別占全國(guó)粗鋼、焦炭總產(chǎn)量的27.14%、13.97%，屬粗鋼和焦炭產(chǎn)量較大的區(qū)域。其中，北京市無(wú)鋼鐵、焦化企業(yè)，天津市、河北省的粗鋼產(chǎn)量分別為2 289.53萬(wàn)t、18 849.63萬(wàn)t，分別占全國(guó)粗鋼產(chǎn)量的2.94%、24.20%；焦炭產(chǎn)量分別為260.19萬(wàn)t、6 395.82萬(wàn)t，分別占全國(guó)焦炭產(chǎn)量的0.55%、13.43%。

2.2 京津冀地區(qū)重點(diǎn)耗煤行業(yè)大氣污染物排放清單

2.2.1 清單比較情況

與現(xiàn)已有的排放清單進(jìn)行比較，本研究中的重點(diǎn)耗煤行業(yè)清單存在以下改善之處：

（1） 主要使用在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、采用自下而上[15]的方法進(jìn)行重點(diǎn)耗煤行業(yè)清單的建立，在國(guó)內(nèi)尚屬首例，其精度和時(shí)空分辨率大大高于一般使用排放因子法建立的排放清單。

（2） 用環(huán)保部的環(huán)保數(shù)據(jù)、驗(yàn)收數(shù)據(jù)進(jìn)行污染源排放數(shù)據(jù)的校正對(duì)比，在數(shù)據(jù)核對(duì)處理中相互對(duì)照補(bǔ)充，清單更具時(shí)效性和可靠性，數(shù)據(jù)權(quán)威準(zhǔn)確。

將本清單和環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行以下三組對(duì)比，如表3～表5所示。

表3 京津冀火電行業(yè)清單比較情況 單位：萬(wàn)t/a

由火電行業(yè)清單對(duì)比可知，在不同基準(zhǔn)年，京津冀火電行業(yè)SO2及NOx排放量有較大削減，主要是由于2011年開始的京津冀地區(qū)火電行業(yè)減排以及超低排放等政策推行，減排效果顯著。

表4 京津冀鋼鐵焦化行業(yè)清單比較情況 單位：萬(wàn)t/a

由鋼鐵焦化行業(yè)清單對(duì)比可知，本清單和環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)中對(duì)于鋼鐵焦化行業(yè)SO2排放量和煙粉塵排放量的估算較為一致，而對(duì)于NOx排放量的估算有較大差異，主要是由于環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)中的統(tǒng)計(jì)主要是針對(duì)重點(diǎn)調(diào)查企業(yè)自報(bào)數(shù)據(jù)，而本清單則綜合了在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、環(huán)評(píng)數(shù)據(jù)、驗(yàn)收數(shù)據(jù)，較為全面，同時(shí)基準(zhǔn)年相隔一年也是數(shù)據(jù)有差異應(yīng)考慮的原因之一。環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)中對(duì)NOx的統(tǒng)計(jì)存在較明顯的低估。

表5 京津冀重點(diǎn)耗煤行業(yè)清單比較情況 單位：萬(wàn)t/a

由本清單重點(diǎn)耗煤行業(yè)大氣污染物排放量與環(huán)境狀況公報(bào)中全工業(yè)的污染物排放量相比較可知，本清單中三個(gè)行業(yè)的SO2排放量和NOx排放量分別為京津冀地區(qū)工業(yè)總排放量的49.88%和67.01%，京津冀重點(diǎn)耗煤行業(yè)大氣污染物的排放在京津冀總工業(yè)大氣污染物排放中的占比較大，其減排空間也不容小視。

2.2.2 煤耗分析及優(yōu)化措施

2013年，京津冀地區(qū)火電總耗煤量 19 639.14萬(wàn)t標(biāo)煤，其中天津市、石家莊市和唐山市的煤耗分別為3 753.95萬(wàn)t標(biāo)煤、2 787.31萬(wàn)t標(biāo)煤和2 547.23萬(wàn)t標(biāo)煤，明顯高于其他城市耗煤量。2013年，京津冀地區(qū)鋼鐵行業(yè)總耗煤量5 002.99萬(wàn)t標(biāo)煤，其中唐山市和邯鄲市的煤耗明顯高于其他城市，分別為2 417.70萬(wàn)t標(biāo)煤和918.92萬(wàn)t標(biāo)煤。焦化行業(yè)總耗煤量8 566.56萬(wàn)t標(biāo)煤，唐山市和邯鄲市的煤耗同樣很高，分別為4 779.00萬(wàn)t標(biāo)煤和1 553.85萬(wàn)t標(biāo)煤。

實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)耗煤行業(yè)減排可考慮從煤質(zhì)、燃煤機(jī)組改造和清潔生產(chǎn)技術(shù)改造入手。京津冀地區(qū)煤炭若采用煤質(zhì)更好的煤源，如神華煤炭產(chǎn)品，最高可將收到基灰分降至12%、收到基全硫降至0.4%、熱值提升至5 700 kcal/kg，可有較為明顯的節(jié)能減排效果。在燃煤機(jī)組改造方面，以神華國(guó)華電力公司為例，該公司優(yōu)先安排地處京津冀及周邊地區(qū)（京、津、冀、蒙、魯、晉）的燃煤機(jī)組進(jìn)行節(jié)能環(huán)保改造，取得了顯著的節(jié)能和環(huán)保效果[16-19]。在清潔生產(chǎn)技術(shù)改造方面，鋼鐵焦化行業(yè)可在干熄焦技術(shù)、燒結(jié)機(jī)脫硫脫硝技術(shù)、高爐爐頂余壓發(fā)電技術(shù)等清潔生產(chǎn)技術(shù)環(huán)節(jié)依據(jù)實(shí)際情況革新工藝，節(jié)能減排[20-22]。

2.2.3 火電行業(yè)大氣污染物排放清單

2013年京津冀地區(qū)火電行業(yè)共排放SO229.84萬(wàn)t、NOx62.39 萬(wàn) t， PM107.20 萬(wàn) t。

河北省火電行業(yè)對(duì)京津冀地區(qū)火電行業(yè)污染物排放量的貢獻(xiàn)最高，SO2、NOx、PM10的排放量分別為26.53萬(wàn)t、48.58萬(wàn)t、5.96萬(wàn)t，分別占京津冀火電總排放量的88.90%、77.87%、82.78%；北京市火電行業(yè)對(duì)京津冀地區(qū)火電SO2、NOx、PM10排放量的貢獻(xiàn)分別占1.30%、1.48%、3.09%；天津市火電行業(yè)對(duì)京津冀地區(qū)火電SO2、NOx、PM10排放量的貢獻(xiàn)分別占9.80%、20.64%、14.03%。各市火電行業(yè)排放量見圖1。

2013年京津冀火電行業(yè)SO2排放量以石家莊市（6.01萬(wàn)t，20.13%）最高，其次為邯鄲（14.92%）、唐山（14.60%）、天津（9.80%）、張家口、秦皇島、邢臺(tái)、保定、衡水、滄州、承德、廊坊、北京；NOx排放量以天津市（12.88萬(wàn)t，20.64%）最高，其次為石家莊（16.15%）、邯鄲（14.66%）、唐山（13.31%）、張家口、邢臺(tái)、保定、滄州、秦皇島、承德、衡水、北京、廊坊；煙塵排放量以唐山市（PM101.37萬(wàn)t，16.55%）最高，其次為石家莊（15.11%）、天津（14.03%）、邯鄲（11.26%）、張家口、保定、邢臺(tái)、滄州、秦皇島、北京、衡水、承德、廊坊?？芍?，天津市和河北省的石家莊、唐山、邯鄲、張家口等市仍有較大的減排空間。

2.2.4 鋼鐵焦化行業(yè)大氣污染物排放清單

2013年京津冀地區(qū)鋼鐵焦化行業(yè)共排放SO242.51萬(wàn)t、NOx69.61萬(wàn)t、PM1023.16萬(wàn)t。其中，北京市無(wú)鋼鐵焦化行業(yè)；河北省鋼鐵焦化行業(yè)對(duì)京津冀地區(qū)鋼鐵焦化污染物排放量的貢獻(xiàn)最高，SO2、NOx、PM10排放量分別為39.92萬(wàn)t、65.60萬(wàn)t、21.92萬(wàn)t，分別占京津冀鋼鐵焦化總排放量的93.91%、94.25%、94.63%；天津市鋼鐵焦化行業(yè)對(duì)京津冀地區(qū)鋼鐵焦化SO2、NOx、PM10排放量的貢獻(xiàn)分別占6.09%、5.75%、5.37%。各市鋼鐵焦化行業(yè)排放情況見圖2。

圖1 2013年京津冀各市火電行業(yè)排放量

圖2 2013年京津冀各市鋼鐵焦化行業(yè)排放量

2013年京津冀鋼鐵焦化行業(yè)污染物排放涉及天津市及河北省石家莊市、唐山市、秦皇島市、邯鄲市、邢臺(tái)市、保定市、張家口市、承德市、滄州市和廊坊市等10個(gè)城市。唐山市各污染物排放量（SO219.25萬(wàn)t、NOx31.65萬(wàn) t、PM1012.04萬(wàn) t， 占 45.29%、45.47%、51.97%）均居第一。SO2及NOx排放量其次為邯鄲（占20.45%、20.83%）、天津（占6.09%、5.75%）、承德（占5.55%、5.32%）、廊坊、秦皇島、石家莊、張家口、滄州、保定；煙粉塵排放量其次為邯鄲（占17.63%）、天津（占5.37%）、秦皇島（占4.53%）、廊坊、石家莊、承德、張家口、邢臺(tái)、滄州、保定?？芍?，河北省的唐山、邯鄲兩市的減排空間很大。

本研究結(jié)果表明，2013年京津冀火電、鋼鐵焦化行業(yè)共排放SO272.35萬(wàn)t、NOx131.99萬(wàn)t、PM1030.36萬(wàn)t。

3 結(jié)論

（1）2013年京津冀地區(qū)火電行業(yè)總裝機(jī)臺(tái)數(shù)為338臺(tái)，所涉及的單位為133家，在北京、天津、河北三地均有分布；2013年京津冀地區(qū)鋼鐵企業(yè)共107家、焦化企業(yè)80家，共有焦?fàn)t設(shè)備105（爐組）套，在唐山、邯鄲、邢臺(tái)三市分布較為密集。

（2）2013年京津冀地區(qū)重點(diǎn)耗煤行業(yè)共排放SO272.35萬(wàn) t、NOx131.99萬(wàn)t、PM1030.36萬(wàn)t。其中，火電行業(yè)共排放SO229.84萬(wàn)t、NOx62.39萬(wàn)t、PM107.20萬(wàn)t，SO2、NOx、煙塵排放量分別以石家莊、天津、唐山市最高；鋼鐵焦化行業(yè)共排放SO242.51萬(wàn)t、NOx69.61萬(wàn)t、PM1023.16萬(wàn)t，SO2、NOx、煙塵排放量均以唐山市最高，其次為邯鄲、天津市。

（3）通過2013年京津冀地區(qū)重點(diǎn)耗煤行業(yè)排放清單情況可知，京津冀地區(qū)大氣污染物排放地域分布不平衡，唐山、天津、石家莊、邯鄲四市重點(diǎn)耗煤行業(yè)在企業(yè)數(shù)量和污染物排放量上均占前四位。

（4）通過自下而上方式建立的高分辨率排放清單，對(duì)于提高污染物排放量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度、分析重點(diǎn)污染物排放源和分析大氣污染貢獻(xiàn)分布具有較顯著的作用，對(duì)開展有針對(duì)性的污染物減排工作意義重大。

（5）本研究建立的2013年京津冀地區(qū)重點(diǎn)耗煤行業(yè)排放清單，可依據(jù)2013年后推行的一系列重點(diǎn)耗煤行業(yè)產(chǎn)業(yè)調(diào)整方案進(jìn)行調(diào)整和更新，是進(jìn)一步開展空氣質(zhì)量模式模擬研究的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。此外，可作為研究依據(jù)，通過減排情景模擬，與2014—2017年實(shí)際空氣質(zhì)量情況進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估京津冀區(qū)域減排政策和環(huán)境治理政策的實(shí)施情況與效果。

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