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1、中國煤炭消費總量控制方案和政策研究課題組煤炭使用對中國大氣污染的貢獻中國煤控項目 專題報告2014/101 煤炭使用對中國大氣污染的貢獻 中國煤炭消費總量控制方案和政策研究項目課題組中國煤炭消費總量控制方案和政策研究項目課題組 2014 年年 10 月月 20 日日 煤炭在中國能源結構中占有重要地位。從 1980 年至今的 30 余年內，煤炭占中國一次能源生產和消費量的比重一直在 70%左右，遠高于 OECD 國家 20%左右的平均值。進入本世紀后，隨著中國社會經濟的快速發展，煤炭使用量急劇增加，從 2000 年的 14 億噸增長到 2012 年的 35 億噸1，12 年間增長了 2.5 倍；

2、到2013 年， 中國的煤炭消費量已占到全球煤炭消費總量 50.3%， 分別是美國和歐盟的 4.2 倍和 6.7 倍2。由于中國石油、天然氣等其他化石能源資源相對比較貧乏，石油和天然氣的人均資源量僅為世界平均水平的 7.7%和 7.1%；風能、太陽能等新能源雖然發展潛力巨大，但是大規模應用前，還有很多的配套技術障礙需要解決。 因此在未來相當長的一段時間內，煤炭在中國能源結構中的主要地位不會改變。 作為高污染高碳的能源品種，煤炭在支撐中國經濟高速發展的同時，中國以煤為主的能源結構也帶來了日益嚴重的環境污染、公眾健康和溫室氣體問題。根據中國氣候公報統計數據，由大氣污染導致的全國年均灰霾（不同于自然

3、條件導致的霧現象，主要是人為排放到空氣中的塵粒、煙?；螓}粒等氣溶膠的集合體）日數隨煤炭消費總量的變化增加明顯。2003 年以前，中國年均灰霾日數均低于常年值 9 天，但是 2004 年以來增長迅速，年均值達到 1220 天；2013 年中國年均灰霾日數高達 36 天，全國范圍內有 20 多個?。▍^、市）出現了持續性灰霾。除了巨量的生產和消費，中國煤炭消費的分布、結構及技術水平等因素又進一步加劇了區域大氣污染問題。 1 中華人民共和國國家統計局， 中國能源統計年鑒 。 2 BP， BP 世界能源統計 2014 。 2 圖 1 中國歷史煤炭消費量與年均灰霾天數 煤炭作為固體能源， 和石油、 天然氣

4、等能源品種相比， 每生產同樣多的能量，產生排放的二氧化硫（SO2） 、氮氧化物（NOx） 、顆粒物（煙粉塵或一次 PM2.5） 、汞（Hg）等重金屬和二氧化碳（CO2）等大氣污染物都更多；同時，煤炭作為中國主要的一次能源，大量的工業生產伴隨著煤炭使用。煤炭的大量使用過程中排放的大氣污染物，以及以煤炭為支撐的工業過程中排放的大氣污染物，是造成中國大氣污染的重要原因。 追本溯源，在政府已經提出“堅決控制煤炭消費總量控制”的決心下，摸清燃煤利用過程對大氣顆粒物的貢獻是實施控制的基礎和理論依據。 從傳統污染物和二氧化碳的排放量以及 PM2.5 濃度等方面， 定量分析了煤炭直接燃燒和與煤炭使用密切相關的

5、工業過程對大氣污染的貢獻；通過污染物環?？诮y計、排放清單的統計、空氣質量模型等技術手段，對燃煤利用過程中的污染物排放的物種、空間和部門特征等進行分析，找出重點的控制技術低下的排放部門，并從區域聯防聯控的角度分析重點污染區域的本地來源和外地源傳輸特點， 最后提出了相關建議。 1. 煤炭煤炭使用使用與大氣與大氣污染物污染物的的排放排放和控制和控制 煤炭是中國最主要的能源。根據全國煤炭統計數據，2012 年中國煤炭消費量為 35.3 億噸。從煤炭消費的行業分布來看，電力、鋼鐵、建材、燃煤鍋爐、居民生活以及煤化工等行業和部門消費了中國 90%以上的煤炭。中國 2012 年主要煤炭消費部門的煤炭消費比例

6、如圖 2 示，其中電力是第一用煤大戶，占全國3 煤炭消費總量的 46%。其次為燃煤鍋爐、鋼鐵和建材行業，占全國煤炭消費總量的比例依次為 19%、17%和 4%。 圖 2 2012 年中國煤炭消費中的部門分布 1.1. 煤炭煤炭使用使用過程大氣污染控制的法規和標準過程大氣污染控制的法規和標準 從 20 世紀七十年代末到八十年代初，中國的環境保護工作開始起步。在上世紀八十年代中后期，中國陸續推出了水污染防治法 （1984） 、 大氣污染防治法 （1987） 、 環境保護法 （1989）等與煤炭消費過程相關的環境保護法規，這些法規均適用于煤炭利用行業的環境保護， 在宏觀層面上對這些行業可能造成的大氣

7、環境污染和水環境污染提出了控制要求。此后，中國進一步頒布了一系列法律， 對環境影響評價、 清潔生產等控制工業污染的技術手段提出了要求。 目前，中國涉及煤炭消費過程大氣環境保護的相關法律主要有： 環境保護法 、 大氣污染防治法 、 環境影響評價法 、 節約能源法 、 循環經濟促進法 、 清潔生產促進法等，這些法律明確了環境因素應該作為中國使用煤炭的項目建設中必須考慮的因素。 在這些環境保護法律的基礎上，中國制訂了國家酸雨和二氧化硫污染防治“十一五”規劃 、 燃煤二氧化硫排放污染防治技術政策 、 、 中國潔凈煤技術“九五” 計劃和 2010 年發展綱要 、 可持續發展科技綱要（20012010 年

8、） 、國家實施潔凈煤技術發電優惠政策等一系列行政法規和規劃。這些法律和法規應用于中國煤炭消費過程中的污染控制方面， 主要針對了大氣環境污染防治及溫室氣體減排領域，涉及了多個產業環節及多個環境問題。中國這些法律法規的提出和實施，在環境影響評價、節能技術應用、污染控制技術等方面，為進一步4 通過排放標準、 技術規范等對中國煤炭利用行業的污染控制和凈化技術提出具體要求奠定了基礎。 在以上環境保護法律法規的基礎上，中國針對電廠鍋爐、工業鍋爐、煉焦過程和水泥窯等主要的煤炭消費領域，制訂了主要污染物的排放標準，并隨著整體環境狀況的變化，對排放標準進行了多次修編，不斷提高污染物的控制要求，降低排放限值。到目

9、前為止，中國針對電廠鍋爐、工業鍋爐、煉焦過程和水泥窯等主要的煤利用過程的排放標準大多集中在大氣污染物上， 而對于溫室氣體排放控制較少涉及。針對中國針對電廠鍋爐、工業鍋爐、工業過程的大氣污染物排放控制標準制訂和修編過程如表 1 所示。 表 1 中國主要大氣污染物固定排放源的排放標準 控制對象 標準編號 實施、修編年份 電廠鍋爐 GB13223 1991, 1996, 2003, 2011 工業鍋爐 GB13271 1983, 1991, 1999, 2014 煉焦過程 GB16171 1996, 2012 鋼鐵生產過程 GB28662-GB28666 2012 水泥生產過程 GB4915 198

10、5, 1996, 2004, 2013 1.2. 主要污染控制措施和減排效果主要污染控制措施和減排效果 隨著中國排放標準的逐步加嚴以及中國環保產業的發展， 近年來中國對煤炭消費過程主要大氣污染物的排放控制技術有了較快的發展， 有部分技術已經達到了國際先進水平。 污染排放的最主要成果體現在 SO2和 NOx總量減排上。中國從“十一五”開始把 SO2總量減排目標作為政府約束性指標， 通過脫硫技術的大規模使用， 推動了電力等部門 SO2排放量的大幅削減3。從 2005 到 2012 年的 7 年間，全國帶煙氣脫硫設施的火電機組裝機容量從 0.48 億千瓦增長至 7.18 億千瓦，全國燃煤機組脫硫比例

11、由 2005 年的 14%提高到 2012 年的 92%；在發電量增長 90%、發電用煤量增長 80%的情況下，SO2排放量降低了 40%。 “十二五”期間，NOx減排也被納入國家大氣污染物總量減排的重點任務。通過大規模脫硝設施的建設，從 2010 年到 2012 年的 3 年間， 全國帶煙氣脫硝設施的火電機組裝機容量從 0.89億千瓦增長至 2.26 億千瓦， 全國燃煤機組脫硝比例由 2010 年的 13%提高到 2012年的 28%；在發電用煤量增長 12%的情況下，NOx排放量降低了 1.5%。 3 中華人民共和國環境保護部， 2012 年中國環境狀況公報 。 5 除電力部門外，中國于“

12、十二五”期間開始大力強化鋼鐵、水泥、平板玻璃等高耗能行業的主要污染物減排工作， 嚴格主要污染物總量減排核查監管， 以 “六廠 （場） 一車” 為重點強力推進減排措施落實。 通過燒結機脫硫等工程措施， 2012年全國鋼鐵行業 SO2排放量比 2010 年減少了 8%；水泥脫硝設施建設也取得了重大突破，截至 2013 年，全國有超過 7 億噸水泥熟料產能建設了脫硝設施，幫助全國 NOx排放量從 2012 年開始下降。 2. 煤炭使用造成煤炭使用造成大氣污染物排放大氣污染物排放量的占比量的占比 煤炭在作為燃料燃燒的過程中，會直接產生并排放大氣污染物，如產生自燃煤電廠和燃煤鍋爐的大氣污染物。很多工業生

13、產過程中，伴隨煤炭使用，也會產生并排放大氣污染物，如水泥生產過程中，煤炭作為生產熟料的燃料，在熟料煉制過程中產生并排放大氣污染物， 石灰石的分解同樣會產生污染物并排放到空氣中， 原料制備和水泥粉磨等過程也會產生大氣顆粒物排放。這些大氣污染物的產生和排放雖然不是直接來自于煤炭燃燒，但與煤炭使用過程密切相關，煤炭消費量的變化同樣會造成這些環節大氣污染物排放量的變化。因此，在本研究中，除了定量分析煤炭燃燒直接產生并排放的大氣污染物， 也將伴隨煤炭使用的工業過程大氣污染物排放量納入了分析范圍。 2.1. SO2、NOx和煙粉塵排放量的占比和煙粉塵排放量的占比 根據中國環境統計數據4，2012 年中國

14、SO2、NOx和煙粉塵排放量分別為2117.6萬噸、 2337.8萬噸和1234.3萬噸。 其中城鎮生活源排放分別為200.4萬噸、39.3 萬噸和 142.7 萬噸，基本上全部來自于煤炭使用過程的排放；工業源排放分別為 2017.2 萬噸、1658.1 萬噸和 1029.3 萬噸，其中大部分來自于煤炭使用過程的排放，或是伴隨煤炭使用的工業過程的排放。 工業源是對中國 SO2、NOx和煙粉塵排放量貢獻最大的一類源。中國按行業分重點調查工業廢氣排放及處理數據（見表 2）表明，電力、熱力的生產和供應業，黑色金屬冶煉及壓延加工業，非金屬礦物制品業，化學原料及化學制品制造業，有色金屬冶煉及壓延加工業和

15、石油加工、煉焦及核燃料加工業是中國工業SO2、NOx和煙粉塵排放量最大的行業，排放量合計分別達 88%、95%和 83%，而這 6 個行業燃料煤的消費量也占到全國工業行業燃料煤消費總量的 93%。 因此這 6 個行業中煤炭對 SO2、NOx和煙粉塵排放的貢獻情況，基本上能代表中國工業源煤炭對 SO2、NOx和煙粉塵排放的貢獻。 4 中華人民共和國環境保護部， 2012 中國環境統計年報 。 6 表 2 2012 年中國各工業行業燃煤量和主要大氣污染物排放量（萬噸） 煤炭 消費量 燃料煤 消費量 SO2 排放量 NOx 排放量 煙粉塵 排放量 煤炭開采和洗選業 21079 1613 12.5 4

16、.5 33.3 石油和天然氣開采業 78 76 2.2 3.0 0.7 黑色金屬礦采選業 151 144 2.4 0.7 10.3 有色金屬礦采選業 153 150 2.4 0.5 2.2 非金屬礦采選業 274 261 3.9 1.1 3.7 開采輔助活動 13 12 0.3 0.2 0.1 其他采礦業 22 22 0.0 0.0 0.2 農副食品加工業 2159 2146 23.8 9.2 18.2 食品制造業 1206 1203 14.7 4.7 5.8 飲料制造業 1127 1123 12.9 4.1 6.6 煙草制品業 68 67 1.1 0.4 0.7 紡織業 2343 2315

17、27 7.7 9.2 紡織服裝、鞋、帽制造業 137 137 1.7 0.5 0.8 皮革、毛皮、羽毛(絨)及其制品業 184 183 2.7 0.6 1.0 木材加工及木、竹、藤、棕、草制品業 267 234 4.3 1.4 15.7 家具制造業 14 14 0.3 0.1 0.3 造紙及紙制品業 4944 4933 49.7 20.7 16.7 印刷業和記錄媒介的復制 29 29 0.5 0.2 0.2 文教體育用品制造業 12 12 0.2 0.1 0.2 石油加工、煉焦及核燃料加工業 34585 7505 80.2 37.6 44.2 化學原料及化學制品制造業 19045 10783

18、126.2 50.2 58.3 醫藥制造業 899 894 10.8 3.1 4.4 化學纖維制造業 1060 1032 10.1 4.9 2.2 橡膠和塑料制品業 726 721 8.8 2.8 3.3 非金屬礦物制品業 30652 21847 199.8 274.2 255.2 黑色金屬冶煉及壓延加工業 30603 9971 240.6 97.2 181.3 有色金屬冶煉及壓延加工業 5270 4588 114.4 23 31.9 金屬制品業 556 440 7.6 2.4 8.2 通用設備制造業 187 179 2.3 0.9 3.2 專用設備制造業 188 164 1.9 1.0 2.

19、2 汽車制造業 123 120 1.4 0.6 2.1 其他運輸設備制造業 212 206 1.7 1.0 5.2 電氣機械及器材制造業 80 69 1.1 0.5 0.7 通信設備、計算機及其他電子設備制造業 48 48 0.8 0.5 1.3 7 儀器儀表制造業 8 8 0.1 0.0 0.1 其他制造業 391 218 6.2 1.3 2.5 廢棄資源和廢舊材料回收加工業 28 27 0.4 0.1 0.4 金屬制品、機械和設備修理業 7 7 0.1 0.0 0.9 電力、熱力的生產和供應業 201571 201266 797 1018.7 222.8 燃氣生產和供應業 902 163

20、1.7 1.2 0.7 電力、熱力的生產和供應業是中國煤炭消費量最大的工業行業，其煤炭消費量占全國工業行業煤炭消費量的 56%， 但是由于其大氣污染物排放控制水平高于其他行業， SO2和煙粉塵排放量占全國工業行業排放量的比重分別為 45%和 23%。 石油加工、煉焦及核燃料加工業是中國煤炭消費量第二大的工業行業，2012年煤炭消費量達 3.46 億噸，但是其中絕大部分是作為原料煤進行煉焦，轉化為焦炭，作為燃料煤直接燃燒的僅為 0.75 億噸。石油加工、煉焦及核燃料加工業2012 年消費了中國工業行業中 2.7%的燃料煤， 排放了 4.5%的 SO2、 2.4%的 NOx和 4.6%的煙粉塵。

21、非金屬礦物制品業是中國煤炭消費量第三大的工業行業，2012 年煤炭消費量達 3.07 億噸，其中燃料煤消費 2.18 億噸。非金屬礦物制品業 2012 年消費了中國工業行業中 8.5%的煤炭，排放了 11.3%的 SO2、17.3%的 NOx 和 26.7%的煙粉塵。水泥生產是中國非金屬礦物制品業中煤炭消費量最大的部分，2012 年消費煤炭 2.24 億噸，占整個行業消費量的 73%，但是其 SO2、NOx和煙粉塵的占比分別為 17%、72%和 26%。 黑色金屬冶煉及壓延加工業是中國煤炭消費量第四大的工業行業，2012 年煤炭消費量達 3.06 億噸，但其中燃料煤消費僅 1.00 億噸。黑色

22、金屬冶煉及壓延加工業中，煤炭使用最重要的形式是進行煉焦和高爐噴煤，2012 年用于煉焦和高爐噴煤的煤炭量分別為 1.58 億噸和 1.02 億噸。黑色金屬冶煉及壓延加工業2012 年消費了中國工業行業中 8.5%的煤炭，排放了 13.5%的 SO2、6.1%的 NOx和 18.9%的煙粉塵。 有色金屬冶煉及壓延加工業是中國煤炭消費量第七大的工業行業，2012 年煤炭消費量為 0.53 億噸，但其中燃料煤消費為 0.46 億噸。黑色金屬冶煉及壓延加工業 2012 年消費了中國工業行業中 1.5%的煤炭，排放了 6.5%的 SO2、1.5%的 NOx 和 3.3%的煙粉塵。 其他工業行業中，煤炭消

23、費最主要的形式是作為燃料煤，在燃煤鍋爐中進行燃燒，提供蒸汽或熱水。燃煤工業鍋爐作為中國煤炭消費最主要的設備之一，不僅在工業行業中發揮作用，也是最主要的生活源大氣污染物排放設備。據估算，8 2012 年中國通過燃煤工業鍋爐消費的煤炭共約 7.9 億噸，SO2、NOx和煙粉塵排放量分別為 873 萬噸、316 萬噸和 320 萬噸。 根據煤炭使用形式的差異， 我們把煤炭使用過程的大氣污染物排放分為兩類：煤炭直接燃燒的大氣污染物排放和煤炭相關重點行業的大氣污染物排放。 其中煤炭直接燃燒的大氣污染物排放指通過電站鍋爐（主要是電力、熱力的生產和供應業） 、燃煤工業鍋爐（工業行業中煤炭利用的主要形式）和民

24、用燃煤設備產生的大氣污染物排放量，煤炭相關重點行業的大氣污染物排放主要指焦炭、鋼鐵、水泥、有色金屬等生產中，通過焦爐、各種窯爐等設備產生的大氣污染物排放量，以及相關工藝過程中雖然不直接消耗煤炭，但是與生產密切相關的粉塵排放量。 圖 3 中國煤炭使用過程中的 SO2、NOx和煙粉塵排放量占比 如圖 3 所示，2012 年煤炭直接燃燒造成的 SO2、NOx和煙粉塵排放量分別占中國污染物排放總量的 79%、57%和 44%；煤炭相關重點行業的 SO2、NOx和煙粉塵排放量分別占中國污染物排放總量的 15%、13%和 23%。所有和煤炭使用過程相關的 SO2、NOx和煙粉塵排放量分別占中國污染物排放總

25、量的 93%、70%和 67%。 2.2. 一次一次 PM2.5排放量的占比排放量的占比 污染源直接排放的一次 PM2.5是構成大氣中 PM2.5污染的重要組成部分。中國目前的環境統計體系中并不包含一次 PM2.5，因此無法通過自下而上的統計手段得到一次 PM2.5的排放量，從而無法直接評估煤炭使用過程中一次 PM2.5的排放量在所有人為源排放量中的占比。 9 清華大學利用自上而下的排放清單方法學， 以中國能源消費、 工業產品產量、人民生活活動等數據為基礎，建立了包含一次 PM2.5的中國主要大氣污染物排放清單（MEIC）5。在此基礎上，我們對煤炭使用過程中一次 PM2.5的排放量在所有人為源

26、排放量中的占比進行了分析。 MEIC 模型中把排放一次 PM2.5的人為污染源分為電力、供熱、工業鍋爐、工業過程、民用、移動源等 6 個大類。2012 年，全國一次 PM2.5排放量為 1203萬噸，其中工業過程和民用源是貢獻最大的污染源，排放量貢獻占比接近 60%（見表 3） 。 表 3 中國 2012 年一次 PM2.5排放量的部門分布 部部門門 一次一次 PM2.5排放量（萬噸）排放量（萬噸） 電力 89 供熱 41 工業鍋爐 111 工業過程 479 民用 435 移動源 47 合計合計 1203 在以上 6 個部門中，煤炭作為燃料燃燒，直接排放一次 PM2.5的主要集中在電力、供熱、

27、工業鍋爐這三個部門，以及民用部門的一部分。中國的電力、供熱和工業鍋爐中，煤炭是主要燃料，石油、天然氣等燃料雖然也作為煤炭的補充，但是其一次 PM2.5的排放量很低，和煤炭相比可以忽略不計。在民用部門中，對一次 PM2.5排放有較大貢獻的主要有煤炭和秸稈、薪柴等生物質燃料。MEIC 模型對民用部門煤炭燃燒和秸稈、薪柴等生物質燃料的燃燒所產生的一次 PM2.5排放分別進行了估算，得到 2012 年煤炭、秸稈、薪柴的一次 PM2.5排放量分別為134 萬噸、 221 萬噸和 80 萬噸。 民用煤炭排放占一次 PM2.5排放總量的 11%左右。 在上述分類中，煤炭相關重點行業主要集中在工業過程這一部門

28、?？鄢瞬块T中工藝無組織排放的部分，2012 年工業過程中煤炭相關重點行業的一次 PM2.5排放量約為 378 萬噸。 綜合以上信息， 2012 年煤炭直接燃燒造成的一次 PM2.5排放量占中國人為源排放總量的 31%；煤炭相關重點行業的一次 PM2.5排放量占中國人為源排放總量的 31%。所有和煤炭使用過程相關的一次 PM2.5排放量占中國人為源排放總量的63%。 5 清華大學，中國多尺度排放清單模型（MEIC Model） ，http:/www.meicmodel.org/ 10 2.3. Hg 排放量的占比排放量的占比 中國作為煤炭消費大國，水泥生產、有色金屬冶煉等行業的活動水平較高，因

29、此中國無意排放的大氣 Hg 總量較大。而且，中國是汞的使用大國，汞的使用過程也增加了中國大氣汞負荷。 根據 2013 年聯合國環境規劃署的評估報告， 2010年中國人為源大氣 Hg 排放量為 650 噸左右，占全球總排放量的三分之一，是全球人為源大氣 Hg 排放量最大的國家6。 中國的環境統計中沒有針對 Hg 排放量的統計數據，我們根據清華大學、聯合國環境規劃署等關于大氣 Hg 排放因子的研究， 利用平均排放因子方法對 2010年中國人為源大氣 Hg 排放構成進行了分析（圖 4） ，估算了煤炭消費對大氣 Hg排放的貢獻情況。需要說明的是，由于人為源大氣 Hg 排放的復雜性，影響大氣Hg 排放因

30、子的因素很多，又鑒于目前測試數據有限，使得大氣 Hg 排放因子還存在一定的不確定性，這會使計算得到的中國人為源大氣 Hg 排放量也存在不確定性。 圖 4 2010 年中國人為源大氣 Hg 排放量行業構成 如圖 32 所示，燃煤是中國人為源大氣 Hg 排放的最大來源，其他依次為水泥制造、有色金屬冶煉、生活垃圾焚燒，4 個行業排放量合計約占全國排放總量的91.2%。 其中， 煤炭作為燃料燃燒， 直接排放的Hg對全國的貢獻率高達55.0%，而燃煤工業鍋爐和燃煤電廠是中國燃煤大氣 Hg 排放的主要來源；水泥制造、有色金屬冶煉和鋼鐵冶煉 3 個最主要的和煤炭使用密切相關的重點工業行業， 排放量之和占全國

31、 29.4%。煤炭利用的直接和間接汞排放的總占比為 84.4%。 值得注意的是，隨著中國對大氣常規污染物煙塵、二氧化硫和氮氧化物治理力度的不斷加大，除塵、脫硫、脫硝措施對汞起到了一定的協同減排作用。與 6聯合國環境規劃署， 2013 年全球汞評估報告 。 水泥制造水泥制造13.1%有色金屬冶煉有色金屬冶煉11.8%生活垃圾焚燒生活垃圾焚燒11.3%鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉4.4%石油燃燒石油燃燒2.4%其他其他2.0%燃煤工業鍋爐燃煤工業鍋爐33.1%燃煤電廠燃煤電廠17.9%民用民用2.2%其他其他1.7%燃煤燃煤55.0%11 2005 年相比較，2010 年中國人為源大氣 Hg 排放量下降了 2

32、1%。特別是，目前中國正在積極推進燃煤電廠大氣汞污染控制。2010 年，環境保護部啟動了燃煤電廠大氣汞污染控制試點工作；2012 年，國務院批復實施的重點區域大氣污染防治“十二五”規劃明確要求應積極推進燃煤電廠大氣汞排放協同控制；立足于煙氣脫硝靜電除塵/布袋除塵濕法煙氣脫硫的組合技術汞的協同減排效應， 在 火電廠大氣污染物排放標準 (GB 132232011)中規定了汞的排放限值。目前，中國燃煤電廠每年大氣 Hg 排放量控制在 100 噸左右。 2.4. 小結小結 綜上所述，中國煤炭的使用中排放了大量的大氣污染物。對于 SO2、NOx、煙粉塵、一次 PM2.5和 Hg 等主要的大氣污染物，煤炭

33、直接燃燒以及和煤炭使用直接相關的行業都貢獻了超過一半的排放量（見圖 5） 。其中，煤炭直接燃燒對于 SO2的貢獻接近 80%，是幾種污染物中直接燃燒貢獻率最高的；伴隨煤炭使用的重點行業的排放對于一次 PM2.5的貢獻達到 31%，是幾種污染物中非直接燃燒貢獻率最高的。 圖 5 煤炭使用對中國大氣污染物排放量的占比（%） 從污染物的部門分布來看（圖 6） ，SO2 排放集中在：電力 38%、燃煤鍋爐34%、 黑色金屬冶煉 11%、 非金屬礦物制品業 9%； NOx 排放集中在： 電力 44%、機動車 27%、非金屬礦物制品業 12%、燃煤鍋爐 10%；煙粉塵排放集中在：燃煤鍋爐 27%、非金屬礦

34、物制品業 21%、電力 18%。重點行業、燃煤鍋爐是大氣污染控制的重點。 12 圖 6 中國大氣污染物排放的行業分布圖（2006、2010 和 2012 年） 3. 煤炭使用與二氧化碳排放煤炭使用與二氧化碳排放 近年來中國的二氧化碳（CO2）排放量進一步上升，在全球范圍呈一枝獨秀之勢。根據 2014 年發表在自然-地球科學的論文持續增長的二氧化碳排放總量對達成氣候造成影響的相關數據，2013 年中國二氧化碳排放超過第二、三位的美歐排放量之和達到 100 億噸，人均二氧化碳排放首次超過歐盟達到 7.2噸。 當前中國年二氧化碳排放增量幾近全球年二氧化碳排放增量的一半，成為推動全球二氧化碳排放持續走

35、高的關鍵因素。而根據 UNEP 預測，到 2020 年中國在實現“40-45”目標的情況下，排放規模也將接近 120 億噸 CO2 當量，基本達到OECD 所有國家當前的排放量總和（2011 年 OCED 能源相關二氧化碳排放為123.4 億噸） 。 根據國家第二次信息通報，二氧化碳在溫室氣體排放總量中占比 80.02%。能源活動和工業生產過程是中國二氧化碳排放的主要來源。2005 年中國二氧化碳排放量為 59.76 億噸，其中能源活動排放 54.04 億噸，占 90.4%，工業生產過程排放 5.69 億噸，占 9.5%，礦物成因固體廢棄物焚燒排放 265.8 萬噸，份額微小。土地利用變化與林

36、業活動吸收二氧化碳 4.22 億噸。2005 年中國二氧化碳凈排放量為 55.54 億噸。 根據 IEA 對于全球和中國能源活動二氧化碳排放相關分析13 7， 煤炭消費二氧化碳排放在能源活動二氧化碳排放中占比長期維護在 80左右，2011 年達到 83，是中國能源活動二氧化碳排放乃至于溫室氣體排放的主體。石油消費二氧化碳排放保持在在 15左右水平，而天然氣二氧化碳排放占比在天然氣基礎設施建設和相關鼓勵措施的驅動下近年來呈現一定的上升趨勢，從2000 年左右的 1上升至 2011 年的 3。與此相比的是，全球煤炭消費二氧化碳排放在能源活動二氧化碳排放中占比長期穩定在 40左右，遠低于中國 80左

37、右的水平。2000 年以來全球煤炭消費二氧化碳排放呈現出加速上升趨勢，其主要原因是中國煤炭消費增量的大幅提升。 圖 7. 19712011 年中國分能源品種二氧化碳排放占比 7 IEA，2013 CO2 emissions from fuel combustion 14 圖 8. 19712011 年全球分能源品種二氧化碳排放占比 根據中國低碳發展報告的估算，2012 年中國分部門終端二氧化碳排放中，能源工業、 農業、 制造業、 交通運輸和建筑 （不包含采暖） 業分別占 10.9%、 1.7%、60.1%、11.1%和 16.1%。其中能源加工轉化過程的二氧化碳直接計算到終端使用部門中。 圖

38、9 2012 年終端二氧化碳排放量 注： 根據分行業各能源品種的終端能耗，結合不同能源品種的碳排放因子計算得出。 由于部門之間具有一定的交叉，各部門二氧化碳排放量之和不等于全國二氧化碳排放總量。 能源工業, 10.9% 農業, 1.7% 制造業, 60.1% 交通運輸, 11.1% 建筑（不包含采暖）, 16.1% 15 4. 煤炭使用對煤炭使用對中國中國環境環境 PM2.5濃度的貢獻濃度的貢獻 目前，中國的空氣污染正在逐步由傳統的以 SO2和 PM10為特征的煤煙型污染向以 PM2.5和 O3為特征的復合型污染轉變。 由于大氣環境中的 PM2.5來源非常廣泛，不僅有各類污染源直接排放的一次

39、PM2.5，也有自 SO2、NOx、NH3、VOCs等氣態污染物在大氣中經過化學轉化所形成的二次 PM2.5，因此在探討煤炭使用過程對中國環境 PM2.5濃度的影響時，既需要分析煤炭使用過程中直接排放的一次 PM2.5的貢獻，也需要分析煤炭燃燒產生的 SO2、NOx、NH3、VOCs 等污染物所形成的硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和二次有機氣溶膠等的貢獻。在這一分析中，需要借助空氣質量模型這一工具。 由于環境空氣中大氣污染物間的相互轉化，尤其是二次 PM2.5形成的過程涉及到非常復雜的化學過程，一般來說，氣態前體物和對應的二次 PM2.5組分之間不嚴格符合線性規律。 因此我們采用基于組分的分析和基于情景

40、的分析這兩種手段， 分別量化煤炭使用對中國環境PM2.5濃度的貢獻率， 并在此基礎上進行討論。 4.1. 模型工具和基本參數模型工具和基本參數 考慮到以上需求，這里選取了基于“一個大氣”理念進行設計，并考慮復雜大氣物理及化學過程的 CAMx 模型進行模擬，以達到以下目的：1）充分考慮各污染物間的物理傳輸及化學轉化過程，模擬多污染物間的協同效應；2）一次性模擬 SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、酸雨等多種污染物的污染過程，特別是區域復合型大氣污染過程。模型的基本設置如下： 模擬時段模擬時段：模擬時段為基準年（2012 年）的 1、4、7、10 四個月份，時間間隔為 1h。 模擬區域模擬

41、區域：CAMx 模擬區域采用 Lambert 投影坐標系，中心經度為 103 E，中心緯度為 37 N，2 條平行標準緯度為 25 N 和 40 N。水平模擬范圍為 X 方向（-2682 km2682 km） 、Y 方向（-2142 km2142 km） ，網格間距 36km，共將模擬區域劃分為 150 120 個網格， 研究區域包括中國全部陸域范圍。 模擬區域垂直方向共設置 9 個氣壓層，層間距自下而上逐漸增大。 氣象模擬氣象模擬：CAMx 模型所需要的氣象場由中尺度氣象模型 WRF 提供，WRF模型與 CAMx 模型采用相同的空間投影坐標系，但模擬范圍大于 CAMx 模擬范圍， 其水平模擬

42、范圍為 X 方向 （-3582 km3582 km） 、 Y 方向 （-2502 km2502 km） ，網格間距 36km， 共將研究區域劃分為 200 140 個網格。 垂直方向共設置 28 個氣壓層，層間距自下而上逐漸增大。WRF 模型的初始輸入數據采用美國國家環境16 預報中心（NCEP）提供的 6h 1 次、1 分辨率的 FNL 全球分析資料。WRF 模型模擬結果通過 WRFCAMx 程序轉換為 CAMx 模型輸入格式。 排放清單排放清單：CAMx 模型所需排放清單的化學物種主要包括 SO2、NOx、顆粒物（PM10、PM2.5及其組份） 、NH3和 VOCs（含多種化學組份）等多種

43、污染物。對于 SO2、NOx排放清單的具體處理規則為： 1） 依據 2010 年全國污染源普查數據污染源分類規則， 將污染源劃分為電力、工業、生活、移動源 4 個部門； 2）對污染源普查數據中所有工業企業（含電力） ，依據企業經緯度坐標，采用 GIS 空間分析技術，自下而上建立全國 36km 分辨率工業源 SO2、NOx網格化排放清單； 3）對于以區縣或鄉鎮行政區為統計單元的生活源，以 1km 分辨率人口密度為權重， 將生活源排放量分解到1km網格， 采用GIS空間融合技術建立全國36km分辨率生活源 SO2、NOx網格化排放清單； 4）對于以地級城市為統計單元的移動源，以路網數據為基礎，將移

44、動源排放量分解到 36km 網格，建立全國 36km 分辨率移動源 NOx網格化排放清單； 5）對工業源、生活源及移動源排放清單進行空間疊加，得到中國 2010 年36km 分辨率人為源 SO2、NOx網格化排放清單。 除 SO2、 NOx外，人為源顆粒物（含 PM10、PM2.5、BC、OC 等） 、NH3、VOCs（含主要組份） 等排放數據采用 2010 年清華大學 MEIC 排放清單， 生物源 VOCs排放數據源于全球排放清單 GEIA。 通過 CAMx 模型進行模擬，我們得到全國 333 個地級及以上城市的 PM2.5濃度以及其中關鍵組分， 包括硫酸鹽、 硝酸鹽、 一次 PM2.5以及

45、其他組分的比值。在此基礎上將各省城市的比值進行算術平均， 得到各省PM2.5中不同組分的比值， 4.2. 基于組分分析的基于組分分析的結果結果 通過 CAMx 模型進行模擬，我們得到全國 333 個地級及以上城市的 PM2.5濃度以及其中關鍵組分， 包括硫酸鹽、 硝酸鹽、 一次 PM2.5以及其他組分的比值。在此基礎上將各省城市的比值進行算術平均， 得到各省PM2.5中不同組分的比值，如圖 10 所示。 17 圖 10 各省 PM2.5中主要組分的含量百分比模擬結果 從圖 10 中可以發現，除了海南、西藏等自身大氣污染物排放量顯著偏低的省份以外，硫酸鹽和硝酸鹽在其他省份中的比例之和大多在 20

46、%至 30%之間浮動；一次 PM2.5是各省環境空氣 PM2.5中的主要來源；其他組分，包括銨鹽和二次有機氣溶膠等的比例約在 10%左右。 假設不同來源對于某種氣態前體物的排放貢獻率和其對于相應的PM2.5化學組分貢獻率相當，即煤炭使用過程的 SO2排放量占比等于煤炭使用對 PM2.5中硫酸鹽濃度的占比，結合圖 5 和圖 10 的結果，我們可以粗略估算煤炭燃燒所排放的污染物對全國環境空氣 PM2.5中各組分的貢獻率。計算結果顯示，煤炭直接燃燒對中國環境空氣 PM2.5的濃度貢獻為 37%，其中 SO2、NOx和一次 PM2.5排放的貢獻分別為 9.5%、7.7%和 20.0%；伴隨煤炭使用的重

47、點行業的排放對中國環境空氣 PM2.5的濃度貢獻為 24%，其中 SO2、NOx和一次 PM2.5排放的貢獻分別為1.8%、 1.8%和20.0%。 煤炭使用對中國環境PM2.5濃度的貢獻總體在61%左右。 4.3. 基于情景分析的結果基于情景分析的結果 在現有排放情景的基礎上，假設將所有涉及煤炭使用的排放源全部關閉，構造無煤情景，并利用空氣質量模型模擬此情景下的 PM2.5濃度。將無煤情景和現有排放情景下的 PM2.5濃度進行比較，即可估算煤炭消費產生的大氣污染物排放對環境空氣中 PM2.5年均濃度的貢獻率。 18 模型模擬的結果（見圖 11）顯示，煤炭消費對全國 PM2.5年均濃度的平均貢

48、獻為 51%。就各省來看，煤炭消費對各省 PM2.5年均濃度的貢獻有較大差異，貢獻范圍為 37%63%，煤炭消費對 PM2.5貢獻較小的省份為西藏、青海、云南、北京等，煤炭消費對 PM2.5貢獻較大的省份為黑龍江、重慶、遼寧、吉林、內蒙古等。 圖 11 通過情景分析得到的煤炭使用對各省 PM2.5 濃度的貢獻百分比 從空間分布上來看，無煤情景下 PM2.5年均濃度分布與現有排放情景下的PM2.5分布基本一致，即扣除煤炭使用的貢獻后，PM2.5污染嚴重的區域仍集中在京津冀、 長三角、 成渝城市群及長江中下游城市群。 煤炭使用造成的排放對 PM2.5濃度貢獻較大的區域主要集中在東北、華北、華東及成

49、渝區域，而對中部地區及華南地區貢獻相對較小。 4.4. 小結小結 針對煤炭使用對中國環境 PM2.5年均濃度的貢獻率，分別使用基于組分分析的方法和基于情景分析的方法進行了定量分析。由于二次 PM2.5形成的過程不嚴格符合線性規律，且 PM2.5在空間中的傳輸對不同城市和省份的 PM2.5濃度可能造成很大影響，因此兩種方法都有各自的優勢和劣勢。 總體而言，基于組分的分析方法假設 SO2和 NOx等前體物排放與硫酸鹽和硝酸鹽濃度之間符合線性規律，可能造成結果高估；基于情景的分析方法無法消除整個區域大背景的影響，可能造成結果低估，因此綜合兩種方法得到的結果，中國煤炭使用對環境PM2.5年均濃度的貢獻

50、估算在51%至61%之間， 均值為56%。 19 在這其中，約 6 成的 PM2.5是由煤炭直接燃燒產生的，約 4 成的 PM2.5是伴隨煤炭使用的重點行業排放的。 不同省份PM2.5濃度受煤炭使用的影響各不相同，煤炭的貢獻的省際差異可能達到 20%以上。煤炭使用對 PM2.5濃度貢獻較大的區域主要集中在東北、華北、華東及成渝區域，貢獻百分率較小的區域主要在中部地區及華南地區。 5. 區域煤炭總量控制與區域煤炭總量控制與 PM2.5污染防治的關系污染防治的關系 由于中國不同地區間人口密度、 經濟發展水平等社會經濟要素存在巨大差距，中國煤炭消費的空間分布非常不均衡。如圖 12 所示，2012 年