高天明，周鳳英，閆 強(qiáng)，張 艷

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100037；2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037；4.國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037)

煤炭不同利用方式主要大氣污染物排放比較

高天明1，2，3，4，周鳳英1，3，4，閆 強(qiáng)1，3，4，張 艷1，3，4

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100037；2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037；4.國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037)

煤炭利用是中國(guó)大氣污染物的主要來(lái)源。煤炭在民用燃煤、工業(yè)鍋爐、火電領(lǐng)域作為燃料，在煤化工領(lǐng)域的利用則作為原料。根據(jù)學(xué)者對(duì)中國(guó)以上領(lǐng)域煤炭利用污染物排放的研究，比較了不同產(chǎn)品的污染物排放強(qiáng)度，我們得到：降低民用散煤利用，改用型煤或低污染物排放燃料以減低污染物的排放；加強(qiáng)工業(yè)鍋爐除塵和電力脫硝以降低顆粒物和NOX的排放；在煤焦化行業(yè)，全面推廣脫硫除塵技術(shù)；現(xiàn)代煤化工CO2排放強(qiáng)度大，應(yīng)關(guān)注其捕獲利用，但其污染物排放均優(yōu)于其他利用領(lǐng)域。根據(jù)不同產(chǎn)品的污染排放系數(shù)和煤耗，我們比較了不同應(yīng)用領(lǐng)域的煤炭污染物排放強(qiáng)度：煤炭作為燃料，其碳幾乎完全轉(zhuǎn)化為CO2，但作為原料部分碳轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中，同時(shí)，作為原料時(shí)其他污染物排放也遠(yuǎn)低于作為燃料的排放。煤NOX、SO2和顆粒物排放因子分別在火電、工業(yè)鍋爐和民用燃煤和焦化行業(yè)最高，我們應(yīng)相應(yīng)地在這些領(lǐng)域加強(qiáng)其脫硝、脫硫和除塵工程。

煤炭；利用方式；大氣污染物；排放

中國(guó)大氣污染物排放量大，2015年CO2、SO2和NOx排放量分別為102.9億t[1]、1859.1萬(wàn)t，1851.8萬(wàn)t[2]，位居全球各國(guó)首位。煤炭消費(fèi)產(chǎn)生的CO2、SO2和NOx、煙塵等，成為大氣污染物的主要來(lái)源。全國(guó)煙粉塵排放的70%，SO2排放的85%，NOx排放的67%都源于以煤炭為主的化石能源燃燒[3]。2015年中國(guó)煤炭消費(fèi)量27.52億t標(biāo)煤，其中發(fā)電用煤占總消費(fèi)量的45.17%，煉焦用煤占15.28%，建材行業(yè)用煤占7.86%，化工行業(yè)用煤占7.55%，民用燃煤占2.35%。直接燃煤占中國(guó)煤炭消費(fèi)量的80%以上，直接燃燒能源利用率低下，同時(shí)生成硫化物，氮化物以及碳化物等排放強(qiáng)度較高，CO2占到全國(guó)總排放量71%左右，燃煤排放的大量CO2形成巨大的溫室效應(yīng)[4]。中國(guó)以煤炭主要的能源結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期難以改變，其清潔高效發(fā)展更為迫切，加快煤炭清潔開(kāi)發(fā)利用，是提高資源利用效率、減少和避免污染物的產(chǎn)生，改善環(huán)境現(xiàn)狀的重要舉措。

1 煤炭利用方式

煤是主要含有碳、氫、氧、氮、硫等元素的固體可燃礦物，其利用方式主要有兩種：燃料和原料。煤作為燃料，將其化學(xué)能轉(zhuǎn)化熱能/電能加以直接利用，如民用散煤取暖、燃煤爐窯和火力發(fā)電提供工業(yè)熱動(dòng)力等；也可將煤作為原料，將其碳、氫、氧部分氧化，利用煤中的C和元素生成CO、H2為主的混合氣體或化學(xué)品(圖1)，如煉焦、煤制天然氣、煤制烯烴等煤化工。

圖1 煤炭作為原料和燃料的區(qū)別(注：根據(jù)文獻(xiàn)[5]修改)

煤炭利用過(guò)程產(chǎn)生的污染物是長(zhǎng)期影響中國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量的重要來(lái)源，其所排放的顆粒物(PM)、SO2、NOX和CO2對(duì)人體健康、空氣質(zhì)量和氣候變化產(chǎn)生非常重要的影響，已經(jīng)成為中國(guó)環(huán)境的主要污染物，同時(shí)也是未來(lái)中國(guó)減排控制的重點(diǎn)[6]。中小燃煤鍋爐是中國(guó)工業(yè)和民用部門最主要的供熱方式，其煤炭用量占全國(guó)煤炭消費(fèi)總量的25%[7]。燃煤工業(yè)鍋爐數(shù)量多，但單機(jī)容量仍然較小，整體系統(tǒng)的效率較低，設(shè)備污染物排放超標(biāo)嚴(yán)重，燃煤工業(yè)鍋爐的節(jié)能減排工作任重道遠(yuǎn)。民用煤以粗放和低能效的方式利用，燃燒條件差，無(wú)有效的排放控制措施，單位質(zhì)量煤炭在家庭爐灶燃燒的排放污染物高于工業(yè)活動(dòng)[8]。采暖季民用燃煤的SO2、NOx、PM10、PM2.5日排放強(qiáng)度約為電力行業(yè)的7倍、1.2倍、8倍和5倍[9]。電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)仍舊是主要大氣污染物排放的主要來(lái)源，其SO2和NOx排放量分別占到了工業(yè)源兩項(xiàng)主要大氣污染物排放量的39.21%和54.2%[10]，是形成區(qū)域性復(fù)合型大氣污染的主要行業(yè)[11]。

火電行業(yè)是總量減排的重點(diǎn)行業(yè)，也是主要大氣污染物削減量的首要貢獻(xiàn)者。電力行業(yè)不僅需加快加裝煙氣脫硝裝置，而且需對(duì)現(xiàn)有的煙氣脫硫設(shè)施及除塵設(shè)施進(jìn)行全面改造。

煤化工是以煤為原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料及化學(xué)品，生產(chǎn)出各種化工產(chǎn)品的工業(yè)。其中煤焦化、煤合成氨等屬于傳統(tǒng)煤化工，現(xiàn)代煤化工主要是指煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制乙二醇等。中國(guó)傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)能過(guò)剩，污染排放嚴(yán)重是國(guó)家限制發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。如焦化行業(yè)不僅能耗高，而且污染物排放水平也較高，對(duì)廠區(qū)和周圍環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，煉焦?fàn)t周邊、荒煤氣凈化車間、焦油和粗苯加工車間都是焦化廠污染最嚴(yán)重的區(qū)域[12]?，F(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，可以對(duì)煤炭中主要化學(xué)元素，如碳、氫、硫、氧等予以充分利用或回收，其氣體污染物的排放，優(yōu)于超低排放的火電項(xiàng)目。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了硫、氮等資源的有效利用，是煤炭清潔高效利用的有效途徑之一[13]。

中國(guó)正在推進(jìn)煤炭的節(jié)能減排工作，在鋼鐵、建材、電力、冶金行業(yè)淘汰落后產(chǎn)能和工業(yè)爐窯，推進(jìn)超超臨界，IGCC發(fā)電和脫硫脫硝除塵工程，開(kāi)展煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴和煤炭多聯(lián)產(chǎn)等示范項(xiàng)目。但中國(guó)煤炭作為原料的比重仍很低，仍然以煤炭直接燃燒為主，實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用的戰(zhàn)略目標(biāo)(表1)任務(wù)十分艱巨?；谥袊?guó)煤炭利用結(jié)構(gòu)和節(jié)能減排態(tài)勢(shì)，本文主要從煤炭不同利用方面來(lái)比較煤炭燃燒(民用燃煤、工業(yè)爐窯、燃煤發(fā)電)和加工轉(zhuǎn)化(煉焦、煤化工)的污染物情況，推進(jìn)利用方式轉(zhuǎn)變，以實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效可持續(xù)利用。

2 行業(yè)/產(chǎn)品污染物排強(qiáng)度

2.1 民用煤污染物排放強(qiáng)度

居民采暖、炊事等分散使用的煤多為原煤，其占比90%以上[15]，且以煙煤為主。由于煤質(zhì)不同、燃燒方式等方面的差異，學(xué)者給出民用煤的相應(yīng)排放因子有較大的差異，SO2的排放因子取值范圍為0.18～15.89 kg/t，NOX的取值范圍為0.2～2.20 kg/t[16]。民用燃煤因燃燒效率不高，燃料的不完全燃燒會(huì)產(chǎn)生大量CO，造成CO排放量過(guò)高，這也將影響CO2的排放，故民用煤CO2的排放系數(shù)(EFCO2)應(yīng)扣除轉(zhuǎn)化為CO的碳含量(式(1))。民用燃煤SO2排放因子與煤質(zhì)含硫率呈正相關(guān)，與灰渣中含硫率呈負(fù)相關(guān)，排放因子中應(yīng)考慮煤中的全硫含量(St，d)(表2)。燃燒相同質(zhì)量的民用煤，煙煤NOx和CO排放因子均高于其他類型煤，這是由于燃燒時(shí)各煤種的結(jié)構(gòu)、組分含量、密度和燃燒工況差異導(dǎo)致。

表1 中國(guó)煤炭清潔高效可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用戰(zhàn)略目標(biāo)[14]

表2 民用煤大氣污染物排放系數(shù)

數(shù)據(jù)來(lái)源：文獻(xiàn)[19]。

民用煤燃燒排放的顆粒物以細(xì)顆粒為主，PM2.5占PM10的70%～94%[17]，其顆粒物排放因子的變化非常大。劉源等獲取了6種不同成熟度的散煤和蜂窩煤燃燒排放PM2.5的排放因子，散煤為0.78～11.06 g/kg，蜂窩煤為3.78～7.28 g/kg[18]。鑒于導(dǎo)致民用煤排放因子的差異的不確定性，本文依據(jù)《民用煤大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南(試行)》中的推薦值作為民用煤的大氣污染物排放系數(shù)(表2)。由此可知，在同等煤質(zhì)下，民用煤污染物排放量差異較大，以二氧化硫?yàn)槔m炭最低，無(wú)煙煤、型煤、煙煤依次增大。煙煤是民用的主體，也是主要污染排放系數(shù)最大的民用煤，特別是顆粒物排放，是其他民用煤的6倍以上。

(1)

式中：C為煤中碳的質(zhì)量比重，%；CO為民用煤的CO排放因子，kg/t。

2.2 工業(yè)鍋爐污染物排放強(qiáng)度

中小燃煤鍋爐是工業(yè)鍋爐的主體，多地調(diào)查表明，10 t/h以下的層燃爐為主[20]。這些鍋爐，燃燒效率相對(duì)較低，且主要以濕法脫硫除塵技術(shù)為主，長(zhǎng)期得不到有效的維護(hù)和保養(yǎng)，對(duì)近地面大氣環(huán)境和污染累積形成了重要貢獻(xiàn)。學(xué)者們[20-22]多采自上而下的方法對(duì)區(qū)域工業(yè)鍋爐的大氣污染排放情況進(jìn)行了研究，進(jìn)而推導(dǎo)出來(lái)不同污染物的排放量及所占產(chǎn)出比重。而對(duì)中小燃煤鍋爐實(shí)際排放的測(cè)量和分析仍然較少。本文工業(yè)鍋爐的主要污染物排放因子(圖2)基于陳磊[23]對(duì)7臺(tái)典型中小燃煤鍋的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，顆粒物數(shù)據(jù)取李超等[24]研究中工業(yè)鍋爐處理前后數(shù)據(jù)的均值。

圖2 工業(yè)鍋爐處理前后污染物排放情況(數(shù)據(jù)來(lái)源：文獻(xiàn)[23]和文獻(xiàn)24])

從全國(guó)來(lái)看，工業(yè)鍋爐NOX、SO2排放水平高，各鍋爐均未體現(xiàn)出顯著的脫硫脫硝治理效果，脫硫脫硝效率十分低。雖然多數(shù)工業(yè)鍋爐都安裝了除塵設(shè)施，但實(shí)際運(yùn)行除塵率低，除塵治理和設(shè)施運(yùn)行狀況仍有提升空間。

2.3 火電污染物排放強(qiáng)度

中國(guó)豐富的煤炭資源使得發(fā)電機(jī)組中絕大多數(shù)是煤電機(jī)組，每年消耗的煤炭中約有50%用于火力發(fā)電。影響CO2排放因子的主要因素有機(jī)組裝機(jī)容量、燃料類型。隨著裝機(jī)容量增大，機(jī)組發(fā)電熱效率提高，CO2排放因子越低[25]。相同的裝機(jī)容量，不同類型的煤種，其CO2排放因子也有差異，基于此本文均采用標(biāo)煤排放因子以便于比較。SO2排放系數(shù)因燃煤含硫量的不同而有所差異，也與機(jī)組規(guī)模及其污染控制水平有關(guān)：煤折算硫分越大，SO2產(chǎn)污系數(shù)越高；機(jī)組規(guī)模越大，SO2產(chǎn)污系數(shù)越小[26]?；痣姀S是中國(guó)SO2和NOx的主要排放源之一，目前火電行業(yè)NOx和SO2排放量分別占全國(guó)排放總量的40%以上[27]。脫硫脫硝是控制火力發(fā)電廠SO2、NOx排放的主要途徑。截至2014年底，全國(guó)脫硫裝機(jī)容量達(dá)8.2億kW，占煤電裝機(jī)容量的94.72%；燃煤機(jī)組脫硝裝機(jī)容量已達(dá)到7.1億kW，脫硝機(jī)組裝機(jī)容量占火電裝機(jī)容量的比重約為83%，平均脫硝效率64%[10]。

綜合學(xué)者[28-29]對(duì)中國(guó)不同裝機(jī)容量機(jī)組的污染物排放研究，我們得到了中國(guó)電力的污染物排放系數(shù)(表3)。由表3可知：NO2排放因子主要受機(jī)組燃燒時(shí)爐膛內(nèi)溫度的影響，小機(jī)組燃燒時(shí)爐膛內(nèi)溫度低于大機(jī)組，因此其NO2排放因子也高于大機(jī)組；大機(jī)組的脫硫效果也優(yōu)于小機(jī)組。在顆粒物排放方面，大型機(jī)組除塵裝置對(duì)顆粒物的去除效率總體高于小型機(jī)組除塵裝置的去除效率。2015年中國(guó)火電電廠平均煤耗為315 gce/kW·h[30]，以此可得出電力CO2排放因子為831.6 g/kW·h。

2.4 傳統(tǒng)煤化工污染物排放強(qiáng)度

煉焦煤中約80%碳元素轉(zhuǎn)移至焦炭，剩余的碳元素轉(zhuǎn)移到其他產(chǎn)物中，副產(chǎn)品回收利用影響直接CO2排放。劉澤淼等[31]根據(jù)物料衡算法計(jì)算出了焦化工序噸焦炭CO2排放量為592.44 kg/t。焦化煤料中有20%～45%的硫以硫化物形式轉(zhuǎn)到焦?fàn)t煤氣中[32]，這些硫化物如不能有效去除將形成嚴(yán)重的空氣污染。國(guó)家已對(duì)焦化行業(yè)的SO2排放實(shí)行了總量控制，焦?fàn)t煤氣燃燒后的SO2作為嚴(yán)格控制的約束性指標(biāo)。通過(guò)淘汰落后產(chǎn)能和技術(shù)、干法熄焦技術(shù)和煤氣脫硫技術(shù)控制焦化行業(yè)SO2排放，2015年中國(guó)焦化工序SO2排放系數(shù)平均為0.20 kg/t焦炭[32]，煉焦工序排放的PM10占總顆粒物排放的比例較小，但以PM2.5為主[33]，其排放系數(shù)分別為1.45 kg/t，1.20 kg/t[34]。

合成氨生產(chǎn)需要消耗大量的能量，加上原料氣制備中也要釋放大量CO2，是被公認(rèn)為CO2排放強(qiáng)度最大的行業(yè)之一。煤氣化是合成氨和現(xiàn)代煤化工過(guò)程中的關(guān)鍵工序，氣化過(guò)程是煤炭在高溫高壓下將其碳?xì)湓夭糠洲D(zhuǎn)化為可燃性氣體的工藝過(guò)程，此過(guò)程中產(chǎn)生的CO2通凈化后排出。因工藝、技術(shù)管理水平的差異，CO2排放強(qiáng)度也不同。中國(guó)煤制合成氨工業(yè)CO2排放因子為4.58 t/t[35]，高于中國(guó)煤炭深加工示范項(xiàng)目排放限值4.2 t/t[36]。以煤為原料的合成氣中還含有多種硫化物，CO2和硫化物都會(huì)造成氨合成催化劑中毒。因此在合成氣進(jìn)入氨合成塔之前，需將CO2和硫化物脫除，中國(guó)合成氨的硫化物排放限值為0.33 kg/t；合成氨NOx的排放以火炬系統(tǒng)排放為主，合成氨工藝NOx的排放系數(shù)為0.21～0.32 kg/t，其平均排放量為0.22 kg/t[37]低于NOX排放限定標(biāo)準(zhǔn)0.29 kg/t[36]。合成氨和現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)工藝過(guò)程基本沒(méi)有粉塵排放，顆粒物僅有備煤干燥過(guò)程的低空除塵器排放，大部分粉塵均被液相撲集[38]。

2.5 現(xiàn)代煤化工污染物排放強(qiáng)度

現(xiàn)代煤化工CO2和主要污染物排放強(qiáng)度受到項(xiàng)目能效、煤耗的影響，也與工藝技術(shù)、熱電方案及末端治理措施密切相關(guān)，其排放分為原料加工和燃料燃燒兩部分(圖4)。用于現(xiàn)代煤化工時(shí)，原料煤中的碳元素一部分被轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中，另一部分轉(zhuǎn)化為CO2排放。由于產(chǎn)品方案和工藝路線不同，現(xiàn)代煤化工的CO2排放強(qiáng)度(表3)與煤炭燃燒排放相比要低30%以上[39]。燃料煤中的硫燃燒后，經(jīng)過(guò)脫硫后以廢氣排出；原料煤中的硫，多數(shù)經(jīng)合成氣凈化后以硫磺固化下來(lái)，或通過(guò)廢渣排出，僅有小部分通過(guò)凈化后的廢氣排出。以煤制烯烴為例，廢氣中含硫量?jī)H為0.83%[40]?，F(xiàn)代化煤化工中的氮元素主要來(lái)自于煤，關(guān)于現(xiàn)代煤化工行業(yè)NOx排放系數(shù)的研究不多?，F(xiàn)代煤化工SO2，NOX的排放濃度執(zhí)行GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。

表3 煤化工主要污染物排放系數(shù)[31，24，36，41]

數(shù)據(jù)來(lái)源：文獻(xiàn)[24]、文獻(xiàn)[31]、文獻(xiàn)[36]、文獻(xiàn)[41]。

3 燃料/原料污染物排放系數(shù)比較

3.1 CO2排放比較

根據(jù)不同產(chǎn)品的CO2排放因子及其煤耗，我們得到了不同產(chǎn)品的煤炭CO2排放強(qiáng)度(表4)。煤炭作為燃料，其碳幾乎全部轉(zhuǎn)化成CO2排入大氣。民用燃煤因燃燒效率不高，燃料的不完全燃燒會(huì)產(chǎn)生大量CO，導(dǎo)致CO2排放減少，民用燃煤的CO2排放系數(shù)為2.45 t/tce。在工業(yè)鍋爐和發(fā)電行業(yè)煤炭燃燒充分，CO2的排放系數(shù)接近于標(biāo)煤排放系數(shù)。而煤作為原料時(shí)，煤一部分碳以CO2形式排出，另一部分存在于產(chǎn)品中。根據(jù)原料消耗及其CO2排放量，我們得到了不同煤化工產(chǎn)品的碳轉(zhuǎn)移比重(圖5)。

圖3 不同類型煤電機(jī)組發(fā)電污染物排放系數(shù)比較(數(shù)據(jù)來(lái)源：文獻(xiàn)[28]、文獻(xiàn)[29])

圖4 現(xiàn)代煤化工及合成氨主要污染物排放點(diǎn)(數(shù)據(jù)來(lái)源：文獻(xiàn)[36])

民用型煤工業(yè)鍋爐火電煤焦化煤合成氨煤制天然氣煤直接制油煤間接制油煤制烯烴煤制乙二醇CO2(t/tce)2.452.632.640.572.102.041.611.882.051.85SO2(kg/tce)10.1311.901.550.810.170.180.220.230.110.39NOx(kg/tce)1.192.506.181.090.150.170.200.210.090.36

圖5 原料煤中碳轉(zhuǎn)移煤化工產(chǎn)品的比重

從不同產(chǎn)品廢氣中CO2排放的比重來(lái)看，作為燃料及焦化時(shí)，廢氣中CO2含量較低，收集捕獲成本高；而現(xiàn)代煤化工煤轉(zhuǎn)化后經(jīng)低溫甲醇洗后的CO2純度較高，排放集中，適于碳捕集、利用和封存，為后續(xù)利用提供了經(jīng)濟(jì)可能性。

3.2 SO2/NOX排放比較

SO2的排放取決于燃煤中的硫含量及脫硫裝置。煤作為原料各產(chǎn)品的SO2排放強(qiáng)度相差不大，但作為燃料時(shí)的排放系數(shù)時(shí)表現(xiàn)出巨大的差異。民用燃煤和工業(yè)鍋爐無(wú)脫硫設(shè)備或SO2去除率低，表現(xiàn)出了高的SO2排放系數(shù)約為11 kg/tce(表4)，而在電力行業(yè)煙氣脫硫是降低電廠SO2排放的主要途徑之一。石灰石-石膏濕法脫硫效果可達(dá)87%，是火電行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的脫硫技術(shù)。燃煤電廠噸燃料煤燃燒的SO2排放量為1.55 kg/tce。煤作為原料時(shí)，SO2排放量為0.2 kg/tce左右(表4)。原料煤中的硫在工藝過(guò)程中得到了轉(zhuǎn)化回收，硫回收率達(dá)到99.8%以上，和直接燃煤相比，SO2排放可下降99.8%，和燃煤發(fā)電(帶脫硫脫硝，脫硫效率約90%)相比，SO2排放可進(jìn)一步降低80%[42]。某60萬(wàn)t煤制烯烴項(xiàng)目，裝置異常排放和回收尾氣排硫量占總硫量的2.26%[43]。

NOx排放作為中國(guó)“十二五”大氣污染控制約束性指標(biāo)，已引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。燃燒過(guò)程中NOx的形成主要有燃料型、熱力型[44]。中小鍋爐燃煤的NOx生成以燃料型為主[45]，主要取決于燃煤中的氮含量和燃燒的完全程度，工業(yè)鍋爐采用“低溫低氮燃燒技術(shù)”，可顯著減少NOx的產(chǎn)生。而火電行業(yè)NOx排放量不僅與燃料中的氮有關(guān)，還受到燃燒溫度的影響，且后者的影響更大?；痣姞t膛溫度在1 400 ℃以上，空氣中的氮與氧氣化合，這使得NOx大量產(chǎn)生，排放濃度較高。故火電行業(yè)燃料的NOX排放因子高于民用燃煤和工業(yè)鍋爐的排放(表4)。中國(guó)在有力推進(jìn)NOx減排工作的，由于本文電力排放數(shù)據(jù)多來(lái)源于“十二五”前期，NOX的排放系數(shù)并未表現(xiàn)出脫硝的減排效果?，F(xiàn)代煤化工中使用純氧氣助燃，沒(méi)有外來(lái)的氮?dú)?，僅煤中的氮元素轉(zhuǎn)化為氨氮化合物[39]。煤作為原料利用時(shí)其NOX的排放系數(shù)遠(yuǎn)小于燃燒過(guò)程，煤化工NOX排放系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于火力發(fā)電(表4)。

3.3 PM排放比較

高強(qiáng)度的PM排放是造成當(dāng)前中國(guó)霧霾頻發(fā)的主因，其中工業(yè)和燃煤是重要的貢獻(xiàn)者[46]，現(xiàn)代煤化工采用密閉形式生產(chǎn)，顆粒物排放僅在煤堆場(chǎng)等少數(shù)幾處，基本沒(méi)有粉塵排放。因此本文主要研究煤作為燃料的顆粒物排放情況。民用燃煤以散煤為燃料，在缺少除塵設(shè)施的情況下，民用燃煤的顆粒物排放將是型煤的10倍以上，因此，我們要嚴(yán)格限制散煤應(yīng)用于民用爐灶燃燒。散煙煤做成型后，其燃燒的PM10和PM2.5的排放強(qiáng)度為1.64 kg/tce和1.16 kg/t(圖6)。本文引用工業(yè)鍋爐的排放因子較低，主要是這些工業(yè)鍋爐采用型煤作為燃料，同時(shí)采用了多管旋風(fēng)除塵器和水膜除塵器，除塵效率達(dá)為60%以上?；痣娡ㄟ^(guò)除塵設(shè)施和關(guān)小上大發(fā)展大裝機(jī)容量機(jī)組等降低顆粒物的排放，中國(guó)火電PM10和PM2.5的排放強(qiáng)度為0.53 kg/tce和0.37 kg/tce。煉焦生產(chǎn)過(guò)程的顆粒物主要排放源是裝煤、出焦、熄焦過(guò)程，出焦排放的PM10和PM2.5濃度最高，現(xiàn)有布袋除塵技術(shù)已經(jīng)不能有效解決PM2.5的問(wèn)題，因此導(dǎo)致了煉焦生產(chǎn)過(guò)程高PM10和PM2.5排放(圖6)。

圖6 不同產(chǎn)品煤顆粒物排放系數(shù)

4 結(jié)論與建議

對(duì)煤炭不同利用方式產(chǎn)品的排放比較，我們得到：①民用煙煤各種污染物排放系數(shù)均高于其他使用方法，因此民用燃煤應(yīng)減少散煤的使用，通過(guò)集中供熱或改用型煤和低污染物的燃料以降低污染物的排放；②雖然學(xué)者研究得出工業(yè)鍋爐主要污染物均低于火電，但我們注意到中國(guó)工業(yè)鍋爐的脫硫脫硝除塵設(shè)備普及率不高，加強(qiáng)對(duì)工業(yè)和民用鍋爐廢氣的處置可降低中國(guó)SO2和NOX污染物的排放量；③火電隨著新工藝和單機(jī)容量的增加，各種污染物的排放因子均呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，中國(guó)應(yīng)逐步淘汰落后產(chǎn)能，關(guān)小上大、加強(qiáng)機(jī)組脫硫脫硝，提高脫硫脫硝設(shè)施的去除率；④中國(guó)焦化產(chǎn)品因其排污點(diǎn)多，污染物排放系數(shù)高，焦化行業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)落后產(chǎn)能、煉焦技術(shù)的淘汰和更新，全面推廣脫硫除塵技術(shù)；⑤現(xiàn)代煤化工產(chǎn)品煤耗大，CO2排放強(qiáng)度高，應(yīng)關(guān)注其回收利用問(wèn)題，而其硫等有害物質(zhì)回收利用率高，硫化物、NOX及PM排放系數(shù)均優(yōu)于其他利用方式。

依據(jù)不同產(chǎn)品的污染物排放系數(shù)和煤耗，我們比較了不同利用方式煤的污染物排放系數(shù)。①煤作為燃料其碳幾乎全部轉(zhuǎn)化為CO2，而用作原料部分碳將轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中，因此煤作為原料時(shí)其CO2排放系數(shù)小，多數(shù)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)品原料煤的排放系數(shù)為2左右。煤炭作為原料時(shí)的大氣污染物排放量要小于煤的燃燒過(guò)程，屬于煤的清潔利用技術(shù)。②燃煤SO2排放系數(shù)民用和工業(yè)鍋爐顯著地高于其他利用方式，其幾乎無(wú)脫硫設(shè)施，脫硫率低。③因窯爐中氮和氧發(fā)生反應(yīng)，NOx的排放系數(shù)電力行業(yè)顯著地高于原料中的氮氧化物排放，NOX排放系數(shù)工業(yè)鍋爐和煤焦化的也較高，應(yīng)加強(qiáng)其脫硝率。④對(duì)比其他使用方式煤的顆粒物排放，我們應(yīng)加強(qiáng)民用燃煤和焦化的粉塵排。

煤炭利用是中國(guó)主要大氣污染的主要源頭，只有不斷加強(qiáng)煤炭的清潔高效綜合利用技術(shù)開(kāi)發(fā)，加大推進(jìn)潔凈煤技術(shù)發(fā)展，最大限度地控制煤炭污染物的排放，以達(dá)到清潔發(fā)展的目標(biāo)。

[1] Center CDIA.Fossil-Fuel CO2Emissions[EB/OL].http：//cdiac.ornl.gov/trends/emis/meth_reg.html.

[2] 環(huán)境保護(hù)部.2015中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)[EB/OL].http：//www.zhb.gov.cn/hjzl/zghjzkgb/lnzghjzkgb/201606/P020160602333160471955.pdf.

[3] 工業(yè)和信息化部，財(cái)政部.工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效利用行動(dòng)計(jì)劃(工信部聯(lián)節(jié)[2015]45號(hào))[EB/OL].http：//www.miit.gov.cn/n1146285/n352/n3054355/n7542/n7544/c607954/part/607955.pdf.

[4] 趙劍峰.低碳經(jīng)濟(jì)視角下煤炭工業(yè)清潔利用分析及政策建議[J].煤炭學(xué)報(bào)，2011，36(3)：514-518.

[5] 王輔臣，代正華.煤氣化-煤炭高效清潔利用的核心技術(shù)[J].化學(xué)世界，2015，56(1)：51-55.

[6] 姚芝茂，李俊，滕云，等.沸騰爐大氣污染物初始排放因子的研究[J].環(huán)境污染與防治，2010，32(4)：48-52.

[7] 樓晟榮.中小燃煤鍋爐PM2.5排放特征實(shí)測(cè)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34(12)：3119-3125.

[8] Shen GF，Yang YF，Wang W，et al.Emission factors of particulate matter and elemental carbon for crop residues and coals burned in typical household stoves in China [J].Environmental Science&Technology，2010，44 (18)：7157-7162.

[9] 潘濤，薛亦峰，鐘連紅，等.民用燃煤大氣污染物排放清單的建立方法及應(yīng)用[J].環(huán)境保護(hù)，2016(6)：20-24.

[10] 鐘悅之，蔣春來(lái)，宋曉暉，等.火電行業(yè)“十三五”主要大氣污染物減排潛力情景分析研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2016，41(12)：58-62.

[11] 朱文波，李楠，黃志炯，等.廣東省火電污染物排放特征及其對(duì)大氣環(huán)境的影響[J].環(huán)境科學(xué)研究，2016，29(6)：810-818.

[12] 王培俊，劉俐，李發(fā)生，等.煉焦過(guò)程產(chǎn)生的污染物分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，38(12)：114-118.

[13] 王強(qiáng)，步學(xué)朋，王明華.現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)環(huán)保問(wèn)題分析[J].神華科技，2016，14(5)：91-93.

[14] “能源領(lǐng)域咨詢研究”綜合組.中國(guó)煤炭清潔高效可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用戰(zhàn)略研究[J].中國(guó)工程科學(xué)，2015，17(9)：1-5.

[15] 顏丙磊，譚杰，呂佳霖，等.我國(guó)民用煤現(xiàn)狀及污染物排放分析[J].煤炭加工與綜合利用，2017(1)：1-3．

[16] 梁云平，張大偉，林安國(guó)，等.北京市民用燃煤煙氣中氣態(tài)污染物排放特征[J].環(huán)境科學(xué)，2017，38(5)：8-15.

[17] 劉海彪，孔少飛，王偉，等.中國(guó)民用煤燃燒排放細(xì)顆粒物中重金屬的清單[J].環(huán)境科學(xué)，2016，37(8)：2823-2835.

[18] 劉源，張?jiān)獎(jiǎng)祝河澜?，?民用燃煤含碳顆粒物的排放因子測(cè)量[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27(9)：1409-1416.

[19] 環(huán)境保護(hù)部.民用煤大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南(試行)[EB/OL].[2016-10-22].http：//www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201610/t20161031_366528.htm.

[20] 王慧麗，雷宇，陳瀟君，等.京津冀燃煤工業(yè)和生活鍋爐的技術(shù)分布與大氣污染物排放特征[J].環(huán)境科學(xué)研究，2015，28(10)：1510-1517.

[21] 王玉.吉林省燃煤鍋爐大氣污染現(xiàn)狀研究及建議[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(2)：193-195.

[22] 張鋼鋒，陳長(zhǎng)虹，李莉，等.上海市鍋爐及工業(yè)窯爐大氣污染排放分析[J].上海環(huán)境科學(xué)，2011，30(4)：180-184.

[23] 陳磊.中小燃煤鍋爐氣態(tài)污染物排放因子實(shí)測(cè)研究[J].科技視界，2014(19)：231-233.

[24] 李超，李興華，段雷，等.燃煤工業(yè)鍋爐可吸入顆粒物的排放特征[J].環(huán)境科學(xué)，2009，30(3)：650-654.

[25] 吳曉蔚，朱法華，周道斌，等.2007年火電行業(yè)溫室氣體排放量估算[J].環(huán)境科學(xué)研究，2011，24(8)：890-916.

[26] 李偉.大型燃煤電廠二氧化硫產(chǎn)排污系數(shù)的研究[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2009.

[27] 周文穎.設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)減排坐標(biāo)，推進(jìn)火電環(huán)保進(jìn)程——環(huán)境保護(hù)部副部長(zhǎng)吳曉青談排放標(biāo)準(zhǔn)和火電行業(yè)污染治理[N].中國(guó)環(huán)境報(bào)，2011-09-22(1).

[28] 丁青青，魏偉，沈群，等.長(zhǎng)三角地區(qū)火電行業(yè)主要大氣污染物排放估算[J].環(huán)境科學(xué)，2015，36(7)：2389-2394.

[29] 燕麗，楊金田.中國(guó)火電行業(yè)CO2排放特征探討[J].環(huán)境污染與防治，2010，32(9)：92-94.

[30] 國(guó)家能源局.國(guó)家能源局發(fā)布2015年全社會(huì)用電量[EB/OL].http：//www.nea.gov.cn/2016-01/15/c_135013789.htm.

[31] 劉澤淼，謝志輝，張澤龍，等.焦化工序能耗及二氧化碳排放量計(jì)算與參數(shù)影響[J].鋼鐵研究，2016，44(2)：1-4.

[32] 田賀忠，程軻，許嘉鈺.焦化行業(yè)SO2排放現(xiàn)狀及減排潛力分析[J].環(huán)境污染與防治，2011，33(5)：1-6.

[33] 鄭波，于義林，王晴東.焦化過(guò)程PM2.5排放與控制[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2015，41(1)：29-32.

[34] 趙斌，馬建中.天津市大氣污染源排放清單的建立[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28(2)：368-375.

[35] Zhou W，Zhu B，Li Q，et al.CO2emissions and mitigation potential in China’s ammonia industry[J].Energy Policy，2010，38(7)：3701-3709.

[36] 賈亮，曲風(fēng)臣.煤炭深加工示范項(xiàng)目二氧化碳等污染物排放指標(biāo)研究[J].化學(xué)工業(yè)，2014，32(7)：13-18.

[37] 梁俊寧，潔 陳，盧立棟，等.煤化工行業(yè)氮氧化物排放系數(shù)研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2014，34(4)：862-868.

[38] 周學(xué)雙.從環(huán)保角度對(duì)我國(guó)煤資源與現(xiàn)代煤化工發(fā)展的再認(rèn)識(shí)[J].煤炭加工與綜合利用，2015(4)：1-5.

[39] 蔡麗娟，顧蔚.現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)問(wèn)題分析[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2015，31(4)：47-49.

[40] 邊靜虹，白宏濤，李文超，等.典型煤化工企業(yè)硫代謝特征及其質(zhì)量平衡[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2017.DOI：10.13671/j.hjkxxb.2016.0355.

[41] 張媛媛，王永剛，田亞峻.典型現(xiàn)代煤化工過(guò)程的二氧化碳排放比較[J].化工進(jìn)展，2016，35(12)：4060-4064.

[42] 李志堅(jiān).發(fā)展煤化工是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用的重要途徑[J].化工管理，2013(12)：25-27.

[43] 宋曉暉，蔣春來(lái).現(xiàn)代煤化工行業(yè)二氧化硫排放特征分析及對(duì)策建議[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(3)：44-47.

[44] 郭永葆.燃煤工業(yè)鍋爐大氣污染物特征分析[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2011，21(24)：178-180.

[45] 武雪芳，王宗爽，王晟，等.小型燃煤工業(yè)鍋爐NOx形成與釋放規(guī)律模擬研究[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，1(5)：365-375.

[46] 高健，王淑蘭，柴發(fā)合.我國(guó)大氣灰霾污染特征及污染控制建議——以2013年1月大氣灰霾污染過(guò)程為例[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2013(4)：14-16.

Comparison of main air pollutant emission in different ways of coal utilization

GAO Tianming1，2，ZHOU Fengying1，3，4，YAN Qiang1，3，4，ZHANG Yan1，3，4

(1.Research Center for Strategy of Global Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China；2.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，China；3.Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China；4.MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Beijing 100037，China)

Coal utilization is the main source of air pollutants in China.Coal is used as fuel in civil coal fired，industrial boiler and power plant，but in the field of coal chemical industry as a raw material.According to scholars’ study on coal utilization pollutants emission in China，we compared the pollutant emission intensity of different products，and get the following conclusions：Reduce the use of civilian bulk coal，or be replaced by briquette or low emission fuel to cut down the air pollutants emissions；Strengthening the dust removal of industrial boilers and the denitration of electric power to reduce particulate matter and NOXemissions；In the coal coking industry，we should comprehensively promote the desulfurization and dust removal technology；The CO2emission intensity of modern coal chemical industry is greater，and attention should be paid to the capture and utilization of CO2，but it's other pollutants emission intensity is better than that of other coal utilization fields.According to the pollution emission coefficient and its coal consumption，we compared the coal pollutant emission intensity in different application fields：Coal is used as fuel，and its carbon is almost completely converted to CO2；but as raw material，part of its carbon is transferred to the product.And，its other pollutants emissions are also much lower than the emissions as fuel.The coal emission factors of NOX，SO2and particulates are respectively highest in thermal power，industrial boilers，civil coal combustion and coking industries，we should strengthen the denitration，desulfurization and dust removal projects in these areas correspondingly.

coal；utilization way；air pollutant；emission

2017-03-17 責(zé)任編輯：宋菲

地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目“全國(guó)特種煤資源綜合評(píng)價(jià)與信息系統(tǒng)建設(shè)”資助(編號(hào)：DD20160189)；地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目“能源安全綜合研究與動(dòng)態(tài)跟蹤評(píng)價(jià)”資助(編號(hào)：DD20160084)；國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目資助(編號(hào)：41501590)

高天明，博士，副研究員，主要研究方向?yàn)橘Y源經(jīng)濟(jì)與資源政策。

張艷，博士，副研究員，主要研究方向?yàn)橘Y源經(jīng)濟(jì)與資源政策，E-mail：wangzhebox@vip.sohu.com。

F407.21

A

1004-4051(2017)07-0074-07