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摘 要： 摘要: 燃煤工業和生活鍋爐( 下稱燃煤鍋爐) 是京津冀地區大氣污染控制的重點，分析其污染物排放特征對燃煤鍋爐的污染控制具有重要意義. 對京津冀地區燃煤鍋爐的容量、鍋爐種類、除塵方式、實際除塵效率等技術分布信息進行了統計，在此基礎上建立了基于技術分布信息的 20
摘要: 燃煤工業和生活鍋爐( 下稱燃煤鍋爐) 是京津冀地區大氣污染控制的重點，分析其污染物排放特征對燃煤鍋爐的污染控制具有重要意義. 對京津冀地區燃煤鍋爐的容量、鍋爐種類、除塵方式、實際除塵效率等技術分布信息進行了統計，在此基礎上建立了基于技術分布信息的 2012 年京津冀地區燃煤鍋爐大氣污染物排放清單，并分析了技術特征對燃煤鍋爐大氣污染物排放的影響. 結果表明: 京津冀地區燃煤鍋爐以 10 th 及以下的小容量鍋爐為主，主要爐型為層燃爐，除塵方式以濕式除塵及多管旋風除塵為主; 2012 年京津冀地區燃煤鍋爐的 SO2、NOx、顆粒物、PM10和 PM2. 5排放量分別為 90. 81 × 104 、30. 88 × 104 、31. 46 × 104 、 14. 64 × 104 和 8. 07 × 104 t，排放主要集中于 10 th 及以下和 35 th 以上的鍋爐; 天津、石家莊、保定、唐山是鍋爐污染物排放量最大的城市; 供熱、食品、化工、造紙是燃煤鍋爐排放最集中的行業. 京津冀地區不同城市鍋爐的容量及行業分布差異明顯，各城市對燃煤鍋爐應因地制宜采取天然氣替代、集中供熱等措施，以控制燃煤鍋爐的污染物排放.
關鍵詞: 燃煤鍋爐; 京津冀; 大氣污染物; 排放清單
燃煤工業和生活鍋爐( 下稱燃煤鍋爐) 是我國重要的熱能動力設備. 截至 2011 年，我國燃煤工業鍋爐年煤耗量達到 7. 2 × 108 t，燃煤工業鍋爐排放的煙塵、SO2 和 NOx 排放量分別達到 160. 1 × 104 、718. 5 × 104 和 271 × 104 t [1]，是影響空氣質量、對人體健康造成危害的重要污染源[2-5]. 燃煤鍋爐的大量使用是京津冀地區空氣質量的重要影響因素[6-7]，冬季燃煤鍋爐在供熱過程中的排放更是加劇了大氣污染[8-11].王躍思等[12]于 2013 年對京津冀地區的 PM2. 5來源解析表明，燃煤源對京津冀 PM2. 5的貢獻率在 34%左右.
對量大、面廣的燃煤鍋爐排放的控制是改善城市空氣質量的關鍵措施. 我國已有的排放清單[13-17]大多是采用自上而下的方法對燃煤鍋爐大氣污染物排放量進行了估算; 然而，由于高精度燃煤鍋爐技術信息的缺失，我國至今仍缺乏在城市尺度上的燃煤鍋爐大氣污染物排放特征分析，無法為各地制訂有針對性的排放控制措施提供有效支持. 該研究建立了一套自下而上的信息篩選、修正和統計方法，通過對污染源普查、能源統計等資料的收集和整理，對京津冀地區 13 個城市的燃煤鍋爐的容量、鍋爐類型、除塵方式、實際除塵效率等技術信息進行了梳理和統計分析，在此基礎上建立了基于技術分布信息的 2012 年京津冀地區 13 個城市燃煤鍋爐的大氣污染物排放清單，分析了技術特征對燃煤鍋爐大氣污染物排放分布的影響，以期為京津冀地區燃煤鍋爐控制提供決策依據.
1 研究方法
1. 1 研究對象
以2012 年為對象年，研究區域包括京津冀( 北京市、天津市以及河北省) 地區的 13 個城市. 污染源包括以煤為燃料、為工業生產供熱和建筑物取暖的蒸汽鍋爐〔容量在 65 th( 45. 5 MW) 及以下〕及各種容量的熱水鍋爐，鍋爐的燃燒方式主要為層燃爐、煤粉爐及循環流化床鍋爐; 排放的大氣污染物包括 SO2、NOx 及 PM( 包括 TSP、PM10及 PM2. 5 ) .
1. 2 技術特征
1. 2. 1 技術信息提取和統計
燃煤鍋爐的技術類型對其 NOx 和 PM 產生量有直接影響; 鍋爐的技術類型、除塵和脫硫設備類型分布與鍋爐的容量密切關聯. 該研究以鍋爐技術信息較全的“2010 年全國污染源普查動態更新”( 下稱污普) 的信息為基礎，從北京市、天津市、河北省填報的《G106-鍋爐及廢氣治理設施普查表》中，篩選了信息填報完整的 6 435 臺燃煤鍋爐，對以上關鍵技術信息以及鍋爐使用的燃料信息進行了提取.
針對提取的技術信息，根據鍋爐容量，分成≤10、> 10 ～ 20、> 20 ～ 35、> 35 th 4 個區間，并參考國民經濟行業分類，依據行業標準的代碼，將相近的行業進行了合并，將燃煤鍋爐的使用范圍分為食品、造紙、建材、化工、供熱等行業. 在鍋爐容量區間和鍋爐所屬地級市 2 個維度上，對鍋爐燃煤量、技術類型、除塵和脫硫設備類型等技術的分布進行了統計分析.
1. 2. 2 污染物去除效率修正
在提取的 6 435 臺燃煤鍋爐信息中，既包括其使用的除塵和脫硫設備類型信息，也包括企業填報的這些設備的除塵或脫硫效率. 由于污普中各企業直接填報的污染物去除效率分布區間遠超出其對應除塵或脫硫設施的理論除塵效率區間( 見圖 1) ，該研究將結合目前信息較全的、以部分實測數據為基礎的《第一次全國污染源普查工業污染源產排污系數手冊》中確定的燃煤鍋爐污染物效率的典型值和合理取值區間[18]( 如表 1、2 所示) ，根據企業填報的除塵或脫硫設施的類型，將企業填報除塵效率或脫硫效率在合理取值區間范圍之外的，修正為默認值.
1. 3. 3 NOx 排放因子
影響 NOx 產生的因素眾多，其中燃煤鍋爐燃燒方式是影響 NOx 產生的最重要因素，由于國外燃煤鍋爐的應用已經非常少，該研究主要調研了國內已有的排放清單研究結果，主要考慮不同燃燒方式的燃煤鍋爐對NOx 產生的影響，結合部分燃煤鍋爐的實測結果，選取了文獻中引用次數最高及國內應用率較高的污普查系數，對 NOx 排放因子進行了取值，其中層燃爐、循環流化床鍋爐、煤粉爐和其他燃燒方式的鍋爐的排 放 因 子 分 別 取 4. 00 [24]、2. 70 [25]、4. 75 [25] 和 4. 00 [24] kgt.
1. 3. 4 顆粒物粒徑分布
不同燃燒方式的燃煤鍋爐產生的顆粒物中粒徑分布有很大區別. 通過對我國和歐美排放清單研究進行調 研，參考了不同容量和不同時期的測試結果[20，26-29]，對不同燃燒方式燃煤鍋爐的顆粒物粒徑分布參數進行了取值，結果如表 4 所示. 不同除塵器對顆粒物中各粒徑的分級去除效率如表 5 所示.
2 結果與討論
2. 1 京津冀地區燃煤鍋爐的技術分布
2. 1. 1 燃煤鍋爐容量、耗煤量與燃燒方式的技術分布
京津冀地區燃煤鍋爐的技術分布如圖 2 所示.從數量上來看，10 th 及以下的小容量鍋爐是主力設備，占區域鍋爐總數的 73% ; 35 th 以上的大鍋爐雖然只占鍋爐總數的 9% ，但其容量和煤耗量分別占各自區域總量的 42% 和 36% . 這 2 類鍋爐合占到區域鍋爐總數的 82% ，二者的耗煤量之和占區域總量的 68% .
從燃燒方式來看，京津冀地區的燃煤鍋爐以層燃爐為主，其次是以循環流化床鍋爐為代表的沸騰燃燒爐和以煤粉爐為代表的室燃爐( 見圖 3) . 層燃爐的容量約占區域鍋爐總容量的 89% ，耗煤量占區域總量的 78% ; 循環流化床鍋爐的容量約占區域鍋爐總容量的 9% ，耗煤量占區域總量的 19% ; 煤粉爐的容量和煤耗量分別各占區域總量的 1% 和 2% ，其中煤粉爐和循環流化床鍋爐以大容量的鍋爐為主.
2. 1. 2 除塵技術分布
京津冀燃煤鍋爐的除塵器以濕式除塵器、多管旋風除塵器及靜電除塵器為主. 除塵方式的應用比例如圖 4 所示，20 th 及以下的鍋爐主要以濕式除塵器為主，約占 82% ，多管旋風除塵器約占 13% ; 在 20 th 以上的鍋爐中，應用靜電除塵器和過濾式除塵器等高效除塵設施的比例明顯升高，但遠低于電站鍋爐 100% 的高效除塵設施應用比例[30]. 低效除塵設施的大量使用是造成燃煤鍋爐顆粒物排放量大的主要原因.
2. 2 京津冀燃煤鍋爐排放清單
2. 2. 1 排放總量
2012 年京津冀燃煤鍋爐 SO2、NOx、PM 的排放量分別為 90. 81 × 104 、30. 88 × 104 、31. 46 × 104 t，其中 PM10和 PM2. 5的排放量分別為 14. 64 × 104 和 8. 07 × 104 t，分別占顆粒物排放量的 47% 和 26% .
從鍋爐的容量分布來看，10 th 及以下的小鍋爐和 35 th 以上的大鍋爐污染物排放量最大( 見圖 5) ，其 SO2、NOx、PM、PM10、PM2. 5的分擔率約為全部燃煤鍋爐的 70% . 10 th 及以下小鍋爐的 SO2、PM 排放量最大，主要原因是 10 th 及以下的鍋爐耗煤量大且基本沒有脫硫設施，其除塵設施的效率與大鍋爐相比也較低.
2. 2. 2 不同城市的排放量
京津冀地區 13 個城市的燃煤鍋爐污染物排放量如表 6 所示. 由表 6 可見，天津、石家莊、保定、唐山 4 個城市的燃煤鍋爐污染物排放量最大，其 SO2、NOx 和顆粒物排放量之和超過了區域排放總量的 50% .由于燃煤 w( S) 較高和煤耗量較大，石家莊是燃煤鍋爐 SO2 排放量最大的城市，其排放量占區域排放總量的 17% ; 由于巨大的耗煤量，天津成為 NOx、顆粒物、 PM10、PM2. 5排放量最大的城市，其排放量分別占各自區域排放總量的 19% 、17% 、20% 和 20% . 雖然各城市的污染控制設施之間存在的一定的差異，但是耗煤量大仍然是決定其排放量大的主要因素.
雖然對整個京津冀地區而言，10 th 及以下的小鍋爐和 35 th 以上的大鍋爐是主要的排放源，但是對于不同的城市，不同容量鍋爐的排放貢獻不同. 以 SO2 為例( 見圖 6) ，10 th 及以下的小鍋爐排放對保定、邯鄲的貢獻率分別達到了 80% 和 75% ; 滄州、唐山、衡水的小鍋爐排放貢獻率分別為 41% 、45% 、 37% ，也相對較大. 與之相比，承德、石家莊、邢臺的 35 th 以上的鍋爐排放量貢獻較大. 因此，每個城市需要根據具體的排放分布，有針對性地選取燃煤鍋爐控制重點措施.
2. 3 燃煤鍋爐污染物排放的行業分布
京津冀地區各行業燃煤鍋爐排放 PM2. 5的所占比例如圖 7 所示. 由圖 7 可見，建筑供暖燃煤鍋爐排放量所占比例最高，其次是化工、食品、造紙等行業的工業供熱鍋爐. 分析發現，用于建筑供暖的鍋爐以 10 th以上的中型和大型鍋爐為主，小型鍋爐的 SO2、 NOx、顆粒物、PM10、PM2. 5排放量僅占區域供熱排放量的 13% 、11% 、13% 、13% 和 14% ，而 35 th 以上大型鍋爐的排放量則分別占區域供熱總量的 52% 、52% 、 53% 、51% 和 52% . 與之相反，在工業供熱鍋爐中，化工、食品、造紙行業的 10 th 及以下鍋爐是主要的污染排放源. 各地區不同用途燃煤鍋爐的污染物排放貢獻率也不同，冬季建筑供暖的鍋爐是北京市、天津市的主要排放源，河北省的冬季供暖鍋爐和造紙、食品、化工等 3 個行業的燃煤鍋爐排放則分別貢獻了 20% 左右的污染物排放量. 供暖鍋爐集中在采暖季的 4 個月中排放，使得京津冀地區采暖季燃煤鍋爐的污染物單位時間排放強度比非采暖季高出 1 倍左右.
2. 4 排放清單的不確定性
排放源信息的缺失和數據代表性不足不可避免地給排放量估算帶來了不確定性[31]. 該研究的不確定性主要來源: ①自上而下進行的耗煤量估算及其向城市的分配使得各城市的活動水平存在一定的不確定性，如邯鄲等城市，由于其在污普數據庫中的鍋爐數量遠少于其他城市，基于污普數據的分配方法使得用于計算的該市的耗煤量較低. ②污染物排放量的估算方法帶來的不確定性，包括對于參與計算的相關鍋爐技術系數的選取及除塵效率的修訂. 由于可參考的實測數據缺乏，在 SO2 排放量的計算中，僅根據燃燒方式的不同考慮了硫的轉化率，并未按照燃煤鍋爐用途( 工業鍋爐和采暖鍋爐) 來確定硫的轉化率; 在 NOx 的 計 算 中，未考慮不同容量的燃煤鍋爐對 NOx 排放因子的影響，只是根據燃燒方式的不同考慮了不同爐型鍋爐的排放因子. 此外，在對顆粒物的排放量計算中，如果考慮煙塵里的飛灰中未燃盡碳的比例來計算顆粒物的排放量，通過《燃料燃燒排放大氣污染物物料衡算辦法( 2003 暫行) 》中的計算方法，估算的 PM 排放量為 35. 55 × 104 t，比該研究的計算結果高出 13% 左右.
此外，該研究采用修正后的效率計算污普中6 435臺鍋爐的 SO2 和顆粒物的排放量分別為 27. 43 × 104 和 9. 62 × 104 t，而根據污普中直接填報的效率計算 6 435 臺 鍋 爐 的 SO2、顆 粒 物 的 排 放 量 分 別 為 23. 22 × 104 和 8. 40 × 104 t，采用修正后的效率計算的污染物排放量較大. 究其原因，主要是因為在環境統計中各企業填報的去除效率偏高，該研究在計算過程中使用修正后的污染物去除效率，該效率相對較低，可能使得對部分鍋爐的 SO2 和顆粒物的排放估算造成一定誤差.
3 結論
a) 京津冀區域的燃煤鍋爐以小容量的鍋爐為主，10 th 及以下的鍋爐占區域鍋爐總數的 73% ; 爐型以層燃爐為主，約占區域總容量的 89% ; 除塵方式主要以濕式除塵器和多管旋風除塵器等低效除塵器為主.
b) 2012 年京津冀區域燃煤鍋爐的 SO2、NOx、 PM、PM10、PM2. 5 排放量分別為 90. 81 × 104 、30. 88 × 104 、31. 46 × 104 、14. 64 × 104 和 8. 07 × 104 t.
c) 天津、石家莊、唐山、保定等 4 個城市的燃煤鍋爐 SO2、NOx 及顆粒物量排放之和均超過了區域各自排放總量的 50% ; 10 th 及以下鍋爐及 35 th 以上鍋爐的 SO2、NOx 及顆粒物的排放量之和約占區域各自排放總量的 70% ; 用于建筑供暖的鍋爐排放的 PM2. 5占區域排放總量的 35% 左右，是最主要的排放行業，其次是化工、食品、造紙等行業.
d) SO2 排放量的不確定性主要是由硫的轉化率、脫硫效率所致; NOx 的排放因子取值是造成其排放量不確定性的主要原因; 顆粒物排放量的不確定性則來自除塵效率及未考慮飛灰中的未燃盡碳的比例.——論文作者：王慧麗1，2 ，雷 宇1* ，陳瀟君1 ，賀晉瑜1 ，高麗華2
參考文獻( References) :
[1] 《鍋爐大氣污染物排放標準》編制組.《鍋爐大氣污染物排放標準》( 征求意見稿) 編制說明[R]. 北京: 環境保護部，2013: 1- 2.
[2] WANG Hailin，ZHUANG Yahui，WANG Ying，et al. Long-term monitoring and source apportionment of PM2. 5 PM10 in Beijing， China [J]. Journal of Environment Science，2008，20 ( 11) : 1323- 1327.
[3] ZHANG Qiang，STREETS D G，CARMICHEAL G R，et al. Asian emissions in 2006 for the NASA INTEX-B mission [J]. Atmospheric Chemistry and Physics，2009，9: 5131-5153.
[4] FANN N，LAMSON A D，ANENBERG S C，et al. Estimating the national public health burden associated with exposure to ambient PM2. 5 and ozone [J]. Risk Analysis，2012，32( 1) : 81-95.
[5] DAVID Y H P，CHEN S C，ZUO Zhili. PM2. 5 in China: measurements，sources，visibity and health effects，and mitigation [J]. Particuology，2014，13: 1-26.
[6] 環境保護部. 2013 年重點區域和 74 個城市空氣質量狀況[EB OL]. 北京: 環境保護部，2014[2014-10-26]. http: www. zhb. gov. cngkmlhbbqt201403t20140325_269648. htm.
[7] 王躍思，張軍科，王莉莉，等. 京津冀區域大氣霾污染研究意義現狀及展望[J]. 地球科學進展，2014，29( 3) : 388-396. WANG Yuesi，ZHANG Junke，WANG Lili，et al. Researching significance，status and expectation of haze in Beijing-Tianjin-Hebei region[J]. Advances in Earth Science，2014，29( 3) : 388-396.
[8] 朱先磊，張遠航，曾立民，等. 北京市大氣細顆粒物 PM2. 5 的來源研究[J]. 環境科學研究，2005，18( 5) : 1-5. ZHU Xianlei，ZHANG Yuanhang，ZENG Limin，et al. Source identification of ambient PM2. 5 in Beijing [J]. Research of Environmental Sciences，2005，18( 5) : 1-5.
[9] YU Lingda， WANG Guanfu， ZHANG Renjian， et al. Characterization and source apportionment of PM2. 5 in an urban environment in Beijing[J]. Aerosol and Air Quality Research， 2013，13( 2) : 574-583.
[10] 肖致美，畢曉輝，馮銀廠，等. 天津市大氣顆粒物污染特征與來源構成變化[J]. 環境科學研究，2014，27( 3) : 246-252. XIAO Zhimei，BI Xiaohui，FENG Yinchang，et al. Variations of characteristics and sources of ambient particulate matter pollution in Tianjin City[J]. Research of Environmental Sciences，2014，27 ( 3) : 246-252.
[11] ZHAO Pusheng，DONG Fan，YANG Yadong，et al. Characteristics of carbonaceous aerosol in the region of Beijing，Tianjin and Hebei， China[J]. Atmospheric Environment，2013，71: 389-398.
[12] 王躍思，姚利. 京津冀大氣污染控制策略思考[J]. 中國科學院院刊，2013，28( 3) : 353-362.
