京津冀及周边民用燃煤对空气质量的影响及控制对策_崔阳阳.pdf

27ENVIRONMENTAL PROTECTION Vol.50 No.24 2022京津冀及周边地区“226”城市1空气质量在逐步改善，但仍有较大的提升空间1-5。根据2021年中国生态环境状况公报统计数据6，“226”城市优良天数比例平均为67.2%，虽比2020年上升4.7%，但仍较长三角地区41城市（86.7%）和汾渭平原11城市（70.2%）等要低。民用燃煤由于燃烧条件差，污染控制程度低，会产生大量的大气污染物7-12。在工业源和其他燃煤源得到较好治理的情况下，民用燃煤源污染排放进一步凸显，是造成“226”城市秋冬季大气污染的重要因素13-14。本文采用排放因子法更新核算了2020年“226”城市民用燃煤主要大气污染物排放量，采用ADMS-Urban模型量化评估了民用燃煤污染排放对大气环境的影响，分析和识别了民用燃煤的减排潜力，提出了相应污染控制对策，以期为区域民用燃煤污染控制政策和措施提供参考。民用燃煤主要大气污染物排放清单建立方法“226”城市区域经济总量大，2020年GDP达15.2万亿元。区域人口多、密度大，2020年人口为1.9亿人，平均人口密度为700人/km2，农村人口占比35%，河北、河南、京津冀及周边民用燃煤对空气质量的影响及控制对策*文/崔阳阳张熠晨沈岩钟连红薛亦峰Air Quality Impact and Control Measure of Residential Coal Combustion in the Beijing-Tianjin-Hebei and Surrounding Region山东的农村人口占比更高（37%45%）。部分地区虽开展了一些散煤治理工作，但在河北、河南和山东的农村地区、城乡接合部采用燃煤炉具进行供暖和炊事的居民仍占较大比例。本文采用排放因子法对“226”城市民用燃煤大气污染物排放量进行核算。根据煤质类型将燃煤分为型煤与原煤；根据燃煤炉具类型将炉具分为传统炉具及清洁炉具。基于不同燃煤和炉具类型的污染物排放因子，结合“226”城市的民用燃煤活动水平数据，汇总得到区域民用燃煤大气污染物排放量，排放量核算公式如下：（1）式中，为污染物排放量，t；为大气污染物的排放因子，kg/t；为燃煤活动的水平数据，t。排放因子通过实验室采样及分析测试结果，获得不同燃煤和炉具类型的污染物排放因子，排放因子的计算方法如下：（2）式中，为类污染物的排放因子，g/kg；为 类污摘 要 本文采用排放因子法核算了2020年京津冀及周边地区“226”城市民用燃煤的主要大气污染物排放量，利用ADMS-Urban模型量化评估民用燃煤对周边大气环境的影响，并提出相应的控制对策。研究结果表明，2020年“226”城市民用燃煤量较2017年下降72%，但大气污染物排放量仍然较大，SO2、NOx、CO、VOCs、PM10及PM2.5的排放量分别为1.82万t、1.17万t、148.87万t、3.78万t、6.92和5.68万t。民用燃煤的污染控制程度低且排放时间集中，对周边空气质量产生较大影响。“226”城市中南部地区在冬季的PM10、PM2.5、SO2、CO、NOx、VOCs最大落地浓度分别可达到76.4g/m3、61.6g/m3、15.6g/m3、213.75g/m3、10.5g/m3和28.6g/m3。当前，“226”城市民用燃煤量仍然较大，各城市可因地制宜地采用空气源、地源热泵或电能等方式替代燃煤，进一步减少燃煤量和污染物排放量。在无法进行新能源替代的情况下，要降低原煤使用量和比例，加快推广应用型煤；考虑采用经济政策，加快普及节能环保型炉具。关键词 京津冀及周边地区；民用燃煤；排放清单；减排潜力；大气污染；空气质量*基金项目：国家重点研发计划课题（2022YFC3800403）1“2+26”城市包括北京市、天津市、石家庄市、唐山市、廊坊市、保定市、沧州市、衡水市、邢台市、邯郸市、太原市、阳泉市、长治市、晋城市、济南市、淄博市、济宁市、德州市、聊城市、滨州市、菏泽市、郑州市、开封市、安阳市、鹤壁市、新乡市、焦作市和濮阳市。DOI:10.14026/ki.0253-9705.2022.24.01328聚焦 F OCUS以散煤治理推进减污降碳协同增效染物的质量浓度，mg/m3；为标准状况下烟道总排风量，m3；为燃煤质量，kg。不同燃煤和炉具组合的排放因子如图1所示，使用清洁炉具和型煤可有效降低民用燃煤的排放强度，尤其是颗粒物的排放量削减显著。传统炉具和原煤组合的PM2.5排放因子可达到10.8g/kg；清洁炉具和型煤组合可降低98%的PM2.5排放，其对于气态污染物也有明显减排作用，平均去除率达到76%81%。活动水平“226”城市民用燃煤量（见图2）数据主要来自中国能源统计年鉴15，对于无市级层面统计数据的城市，根据其农村人口占省级农村人口的比例进行分摊。各城市原煤、型煤比例，以及普通炉具和清洁炉具的比例，根据问卷调查结果获得。结果与讨论2020年“226”城市民用燃煤主要大气污染物排放量根据上述核算方法，计算得到2020年“226”民用燃煤主要大气污染物排放量（见图3a），SO2、NOx、CO、VOCs、PM10及PM2.5的排放量分别为1.82万t、1.17万t、148.87万t、3.78万t、6.92万t和5.68万t，较张熠晨16核算的2017年排放结果减少了74%82%。从污染物分布来看，CO排放量较大，主要与其燃烧条件差、不充分燃烧时长有关，居民需要注意家中CO浓度较高带来的健康风险；颗粒物的排放量也较大，这与燃煤中灰分含量高以及无除尘措施有关；受燃煤挥发分高的影响，VOCs排放量也较大；SO2主要与燃煤中的硫分有关，使用低硫煤，SO2排放能够得到减少；与其他燃煤源相比，民用燃煤温度相对较低，NOx排放量相对较少。对于不同炉具和煤质组合的污染物排放贡献（见图3b），“传统炉具原煤”组合的排放贡献最大，超过其燃煤量的占比（27.3%），颗粒物（PM10、PM2.5）排放贡献达73%75%，SO2和NOx排放贡献也较大，分别为47%和52%。由于清洁炉具对于CO和VOCs去除效果有限，其排放贡献量主要受燃煤量影响，因此“传统炉具原煤”组合CO和VOCs排放贡献较“清洁炉具原煤”组合低，分别为36%和40%。“清洁炉具原煤”组合的燃煤量（581.1万t）较大，其排放贡献也较大，各项污染物排放贡献在21%50%。与原煤燃烧相比，型煤各项污染物排放强度小，“清洁炉具型煤”组合排放贡献仅为1%8%，远低于其燃煤量的占比（18.8%）。由此可以看出，“清洁炉具型煤”组合的民用燃煤方式，可显著降低污染排放，未来应进一步提升型煤和清洁炉具使用率，持续改善环境质量。“226”城市民用燃煤污染空间分布2020年“226”城市民用燃煤排放的各类大气污染物空间分布特征如图4所示。可以看到，污染排放主要集中在中部地区，SO2、NOx、CO、VOCs、PM10、PM2.5年排放强度分别达0.09t/km2、0.06t/km2、7.32t/km2、0.18t/km2、0.34t/km2和0.28t/km2，主要包括河北石家庄、唐山、邯郸及保定，山西太原、阳泉及长治，山东菏泽、济宁等地。这些区域民用燃煤污染排放强度较高与其经济发展程度相对较低、农村人口占比较高、供暖和炊事燃煤消耗量图1“226”城市民用燃煤污染物排放因子图2“226”城市民用燃煤量传统炉具+原煤传统炉具+型煤清洁炉具+原煤清洁炉具+型煤201612840排放因子/（g/kg)SO2NOxCO10-1VOCsPM10PM2.520016012080400燃煤量/万t炉具类型燃煤类型燃煤量/万t传统炉具型煤173.1传统炉具原煤382.1清洁炉具型煤262.8清洁炉具原煤581.1石家庄市邯郸市保定市唐山市沧州市邢台市太原市菏泽市廊坊市济宁市衡水市聊城市长治市德州市济南市晋城市滨州市郑州市天津市新乡市安阳市开封市淄博市阳泉市濮阳市焦作市北京市鹤壁市原煤量型煤量29ENVIRONMENTAL PROTECTION Vol.50 No.24 2022大、以使用原煤和传统炉具为主有关。其中，石家庄污染物年排放量最大，SO2、NOx、CO、VOCs、PM10、PM2.5年排放强度分别达0.15t/km2、0.09t/km2、11.37t/km2、0.28t/km2、0.49t/km2和0.41t/km2；尽管太原整体排放水平不高，但其排放较为集中，南部地区排放量占全市的80%以上，须引起足够关注。与其他地区相比，北京市、天津市经过多年的民用燃煤污染预防和控制，取得明显的成效，区域民用燃煤污染排放密度较低。民用燃煤对周边大气环境影响ADMS-Urban模型可以模拟测算出城市内来自工业、交通及较为复杂的城市综合污染源产生的污染物在大气中的扩散，可以模拟一系列不同尺度的城市污染源，包括点源、线源、面源以及网络源等。目前，ADMS-Urban已在国图4“226”城市民用燃煤大气污染物空间分布图3“226”城市民用燃煤大气污染物排放量及主要污染物贡献占比201612840100806040200污染物排放量/万tCO10-1VOCsPM10PM2.5SO2NOxCOVOCsPM10PM2.5SO2NOx污染物排放占比/%清洁炉具+原煤清洁炉具+型煤传统炉具+原煤传统炉具+型煤（a）（b）30聚焦 F OCUS以散煤治理推进减污降碳协同增效内外得到了广泛的应用，并取得了较好的效果17-19。本文利用ADMS-Urban模型量化评估“226”城市民用燃煤污染排放对周边大气环境质量的影响及范围，得到各污染物的落地浓度（见图5）。受气象、地形及燃煤量等因素的影响，“226”城市内东南部，即山东的大部分城市，如济南、淄博和滨州等地区，污染物浓度低，受民用燃煤的污染物排放影响不大。影响较大的区域主要集中在“226”城市地区中部，包括邯郸、安阳、濮阳、鹤壁及菏泽的部分地区及河南大部分城市，与这些地区农村人口比例高、经济发展相对落后、民用燃煤量大有关。同时，中南部区域地处太行山脉，有丘陵、洼地等多种不利于污染物扩散的地貌地形，在冬季其空气质量受民用燃煤的影响较大，PM10、PM2.5、SO2、CO、NOx、VOCs的最大落地浓度分别可达到76.4g/m3、61.6g/m3、15.6g/m3、213.75g/m3、10.5g/m3和28.6g/m3。减排潜力及控制对策“226”城市地区人口密集，而且部分地区城市化率较低，农村地区秋冬季采暖压力较大，受到经济发展条件的限制，部分地区无法使用如“空气能”等替代技术，日常生活的炊事及取暖等都需要大量民用燃煤，这导致“226”城市民用燃煤使用量较大，燃煤替代进展缓慢，大气污染排放较其他地区严重，尚存在一定的减排潜力。应通过清洁型煤的推广，结合新型节能环保炉具的使用和强化末端治理等进行综合管控，具体如下：首先，要从源头进行管控。在清洁取暖不能覆盖的地区，或工程未完成，不具备通气、通电的地区，推广使用洁净型煤，实施洁净型煤托底政策，继续健全完善洁净型煤供应保障体系。在居民进行燃煤的选用时，应对其强调选用型煤的多种优点；同时，严格规章制度，禁止商家出售不符合标准未经预处理的原煤，当地相关部门应加强监督管理，对违法销售劣质燃煤的商家进行严格查处。其次，要大力推进节能环保炉具替代。应普及节能环保型家用炉具，对部分大气污染物减排效果强但经济成本较高的节能环保炉具进行一定程度的政策补贴，降低居民的使用成本。同时，也应对炉具生产厂商加大支持力度，提高其研发节能环保炉具的积极性。图5“226”城市民用燃煤污染排放对周边大气环境影响31ENVIRONMENTAL PROTECTION Vol.50 No.24 2022最后，要强化对民用燃煤源的末端治理能力。目前，市场上的燃煤炉具多不具备烟气净化装置，基本都是直排，各地政府应与相关厂商积极协调，对燃煤炉具烟气净化装置的研发加大投入成本，通过末端治理的方式减少大气污染物的排放。结论民用燃煤大气污染物排放是京津