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  2020年北方(fāng)冬季供熱對大氣環境有何影響

發布時間:2020-03-31 13:48      點擊(jī):

依據中國空氣質量在線監測分析平(píng)台(真氣網https://)整理得到“2+26”城市從2013年(nián)12月至2018年11月的月均PM2.5濃(nóng)度數據。分析發現:在時(shí)間尺(chǐ)度上,PM2.5存在“U形”分布,即采暖季月均濃度明顯高於非采暖季。可以認(rèn)為,冬季采暖引起的化石燃料燃燒是惡化大氣質(zhì)量的重要因素之一。
目前,已有研究表明大氣氧化驅動的二次轉(zhuǎn)化是京津冀大氣汙染積累(lèi)過程(chéng)中爆(bào)發式(shì)增長(zhǎng)的動力。此外,也(yě)有學者通過(guò)霧霾形成機理和實(shí)測數據(jù)證實NOX和VOC是導致大氣氧化性增強,大量生成二次細顆粒,從而造成大氣霧霾現象的元凶。鑒於(yú)NOX主要來自化石燃料的(de)燃燒,而VOC排放(fàng)源較為分(fèn)散;所以控製NOX的排放是治理冬季霧霾切實可行的措施。
圖1“2+26”城市(shì)月均PM2.5濃度
在討(tǎo)論供熱對大氣(qì)汙染影響時(shí),*終落腳點應為單位采暖建築麵積對應(yīng)的汙(wū)染物排(pái)放,它與單(dān)位采暖建築麵積需熱量和熱源輸出(chū)單(dān)位熱量所排放(fàng)的汙染物這(zhè)兩個因素有關。其中單(dān)位采暖建(jiàn)築麵積需熱量與當地氣候(hòu)條件和建(jiàn)築保溫(wēn)性(xìng)能相(xiàng)關,通(tōng)過改(gǎi)善建築圍護結構性(xìng)能、降低熱負荷需求可以(yǐ)從源頭減緩供熱對大氣環境造成的影響。另一方麵,提高(gāo)熱(rè)源效率、減少燃料燃燒(shāo)產生的汙染物(wù)排放也是改善大氣環境的重要手段。
下麵針對采用(yòng)不同燃料(liào)的(de)供暖熱源,分別討(tǎo)論其單位供熱量的汙染物排放強度。
2 不同熱源方式的汙染物(wù)排(pái)放強度
2.1 汙染物的直接排放與間接排放
2.1.1 直接(jiē)排放與間接排放的(de)定義
針對供熱導致的汙染物排放,本文將其分為直接排放和間接排(pái)放兩類:其中直接排放即為(wéi)熱源(yuán)的在地實際排放,間接排放為采用遠地(長途(tú)輸送)熱源或熱(rè)源用電進而在(zài)發電廠產生的排放。對於燃煤、燃氣鍋爐,它們全部(bù)屬於當地直接排放;對於電驅動的供暖熱源(yuán),它們全部屬於(yú)間接排放。
然(rán)而(ér)對於熱電(diàn)聯產,發電和產熱都消耗燃料,也都產生汙染物(wù)。而目前,熱電廠之所以建在城市附近的目的就是供熱,因此在(zài)城市的熱電廠發電排放的汙染也應計入供熱排放中。對於(yú)當地的熱電聯產,由(yóu)於全(quán)部燃料燃燒(shāo)產生的汙染物都在當地排放,所(suǒ)以都屬於當地直(zhí)接排放,由此(cǐ)導致單(dān)位供熱量直接(jiē)排放強度大;對於(yú)電廠坐落地與供熱城市很遠,熱量經長途輸送到城市,且兩地(dì)汙染物不相(xiàng)關的情況,其全部燃料在(zài)異地燃(rán)燒,因而其產生的汙染物都屬(shǔ)於間接排放。
把熱(rè)電聯產發電的排放都算入供熱當地排放;同時由於(yú)發電,減少了外地電廠的排放,所以(yǐ)要增(zēng)加一(yī)個負的發電(diàn)間接排放。
2.1.2 直接排放與間接排放的計算
本(běn)文對熱源排放因子的計算均落腳到單位供熱量排放強度(單位g/GJ)。
(1)直接排放強度
不(bú)同熱源的直接汙染物排放強度可按照下式進行計算(suàn):
其中:
在地排放總量為一個(gè)采暖季內,NOX、SO2、粉塵等汙染物在熱源當地(dì)由於燃料燃燒產生的全部排放量,單位為(wéi)g。
供熱總量為一(yī)個采暖季內,熱(rè)源向外供出的總(zǒng)熱(rè)量,單位為GJ。
不同熱源的單位供熱量直接排放強度可以通過(guò)調研實測方(fāng)法獲取:本文對我(wǒ)國部分熱電聯產和鍋(guō)爐房熱源的實際(jì)供熱量和(hé)汙染物排放(fàng)進行了調研,同(tóng)時對農村生(shēng)物質及散(sàn)煤(méi)熱源排放進行實測(cè)。
此外,本文還依據國家和地方的火電(diàn)廠和鍋爐排放相關標準對熱源的排放強(qiáng)度進行折算。計算公式如(2)所示:
單位供熱量汙染物直接排放強度=單位供熱量耗燃料量×單位燃料汙染物排放量(liàng)(2)
其中:
單位供熱量耗燃料量可依據熱源供熱效率確(què)定(dìng),單位為g(燃料)/GJ或Nm3/GJ;
單位燃(rán)料汙染(rǎn)物排放量可依據國家或地(dì)方相關標準中的電廠(chǎng)排(pái)放限值、鍋爐排放限(xiàn)值進行計算,單位為g(汙染物(wù))/g(燃料)或g(汙染物)/Nm3。
(2)間接排放強度
熱源由於用(發)電產(chǎn)生的汙染物排放為間接排放(fàng),可按照下式進行計算。
其中對間接排(pái)放總量區分為用電熱源(電(diàn)熱泵等)和發電熱源(熱電聯產)進行討論:
用電熱源(電熱泵等)單位供熱量間接排放(fàng)強度按(4)計算:
用電熱(rè)源單位供熱(rè)量汙染物間接排放強度=單位(wèi)供熱量耗電量×單位發電耗燃料量×單位燃料排放量(4)
其中:
單位供熱量耗電量為熱源供出一份熱量所消耗的電力,單位為kWh/GJ;
考慮(lǜ)到我國電力(lì)是以煤電為主,因此將熱源用電(diàn)按發電煤耗法折(shé)算(suàn)到大型燃煤電廠,即單位(wèi)發(fā)電耗燃料量取(qǔ)310gce/(kWh);
單位燃料排(pái)放量取(qǔ)值方法(fǎ)同上,單位為g(汙染物)/gce。
發電熱(rè)源(熱(rè)電(diàn)聯產)單位供熱量間接排放強度按(5)計算:
發(fā)電熱源單位供熱量汙染物間接排放強(qiáng)度=-單位供熱量發電量×單位發(fā)電耗(hào)燃料量×單位燃料排放量(5)
值得注意的是,熱(rè)電聯產在供出熱量的同時供出了電量,因而其間接排放應為(wéi)負值。其中:
單位供熱量發電量為熱電聯產熱源供出一(yī)份(fèn)熱量的同時所發出的電力,單位為kWh/GJ;
單位發電耗燃料量為熱電聯產熱源的(de)發電(diàn)煤耗(氣耗),單位為gce/(kWh)或Nm3/(kWh),在熱源處按分攤法計算;
單位燃料排放量取值方法同上,單位為g(汙染物)/gce或g(汙(wū)染物(wù))/Nm3。
2.2 燃煤熱電(diàn)聯產排放
燃(rán)煤熱電聯產是目前北方城鎮采(cǎi)暖的主力熱源,本文對我國北方部分大型燃煤(méi)電廠(發電裝機普遍在300MW以上)在2015至2017年NOX、SO2和煙塵的排放(fàng)因子進行了調研,如圖2至圖4所示。可(kě)以看出(chū),大型燃煤電廠單位煙氣汙染物排放因子整體呈現逐年下降的趨勢(shì),其(qí)中SO2和煙塵排放下(xià)降明顯。
圖2 實際部分大型燃煤熱電廠NOX煙氣(qì)排放因子
圖3 實際部分大型燃煤熱電廠SO2煙(yān)氣排放因(yīn)子
圖(tú)4 實際部分大型燃煤熱電廠煙塵煙氣排放因子
同時,針對燃煤(méi)火電廠的汙染物(wù)排放,現行的GB13223-2011《火電廠大氣汙染物排放標準》對一般(bān)地區和重(chóng)點地區均有相(xiàng)應的排放限值;此外,國家發改委、能源局等十部委(wěi)在《北方(fāng)地區冬季清潔取暖規(guī)劃(2017-2021年)》也對燃煤(méi)超低排放機組做出(chū)了明確要求。
針對所調研的大型燃煤熱電廠,依據2.1節中的計算(suàn)方(fāng)法,計算它們在2017年(nián)的單位供熱汙染物直接排放和間(jiān)接發電排(pái)放強度,結果(guǒ)如圖5至圖7所示。其中燃(rán)煤(méi)產生煙氣量按10.4m3/kgce計算(基準含氧量6%,過量空(kōng)氣係數1.40)。
負的(de)間接發電排放因子絕對值越高表明熱電廠供出一份熱量的同時發出了更多的電量,從而(ér)產生(shēng)了(le)更多的汙染物。以NOX排放因子(zǐ)為例,間接發電排放因子(zǐ)絕對值小的熱電廠其熱電比普遍在0.8~1.2,排放因子絕對值高的熱電廠其(qí)熱電比(bǐ)普遍(biàn)在(zài)0.2左右(yòu)。
直接(jiē)排放因子高,一方麵是由於熱電廠熱(rè)電比較低,導(dǎo)致供出單(dān)位熱量(liàng)需要消耗更多燃料,從而排放更多汙染物;另(lìng)一方麵是由(yóu)於熱電廠本身單(dān)位煙氣中(zhōng)汙染(rǎn)物濃(nóng)度較高,即未做好尾(wěi)氣處理工作。
可以發現,熱電聯產單位供(gòng)熱(rè)直接汙染物排放量與熱電比緊密相關。熱(rè)電比越低,即供出一份熱量的同時需要發出更多的電量,那麽(me)也就(jiù)需要消耗(hào)更多的燃料,因而其單位(wèi)供熱直接汙染物排放強度要更高。目前,我(wǒ)國實(shí)際的燃煤熱電聯產電廠熱電比(bǐ)一般在0.5~2.0之間(jiān)。
圖5 調(diào)研熱電廠單位(wèi)供熱NOX排放因子
圖6 調研(yán)熱電廠單(dān)位供熱SO2排放因子
圖7 調研熱電廠單(dān)位供(gòng)熱煙塵排放(fàng)因子
2.3 燃煤鍋爐房排放
燃煤鍋(guō)爐(lú)的(de)實測(cè)結果發現:對於(yú)20t/h以下的小型燃(rán)煤鍋(guō)爐,由於較難上脫硫裝置,其排放濃度普遍(biàn)較高,單位排煙量的SO2排放可以是80t/h鍋爐的2倍~3倍,顆(kē)粒物排放可以是(shì)後者的8倍~10倍;此外,小型鍋(guō)爐效率較低,單位供熱量(liàng)排放的煙氣量很大,其(qí)整體汙染物排放要(yào)高於大型燃煤鍋爐。近兩年隨著“藍天保衛戰”的打響,多地開展了清潔熱源(yuán)替代小型燃煤鍋爐的行動,燃煤鍋爐的整(zhěng)體(tǐ)排放情況得到改善。
同時,現行的GB13271-2014《鍋(guō)爐大氣汙染物排放(fàng)標準》中對一般地區(qū)(在用)和重點(diǎn)地區的燃(rán)煤鍋爐排(pái)放限值做了相應規(guī)定。
2.4 燃氣熱電聯產排放
近年來,天然氣在我國電源結構和城市集中熱源結構中呈現上漲趨勢。對我國部分大(dà)型燃氣輪(lún)機2017年的(de)實際排放調研發現,煙氣中NOX、SO2和煙(yān)塵的排放因子(zǐ)平均分別為14mg/m3、0.58mg/m3、0.87mg/m3煙(yān)氣;均遠小於國標限值,其中SO2排放因子能低至國標的十分之一。
針對燃氣火電廠的汙染物排放,現行的GB13223-2011《火電廠大氣汙染物排放(fàng)標準》對天然氣鍋爐電源和天然(rán)氣(qì)燃氣輪機分別做出了規定。值得說明的是,在電廠內燃氣輪機單位燃氣的汙染物排放因子會高於燃氣鍋爐,尤其是NOX的排(pái)放。這(zhè)是因為燃氣輪(lún)機的燃燒(shāo)溫(wēn)度高於燃氣鍋爐(lú),所以會生成更多的熱力型氮氧化物。
2.5 燃氣鍋爐房排放
現行國標(GB13271-2014)對燃氣鍋爐的排放限值(zhí)相對寬泛,近年來隨著整體大氣治理要求(qiú)的不斷提高,各地相繼出(chū)台的汙染物排放控製標準(zhǔn)也在不斷升級:目前北京(jīng)執(zhí)行的地標(DB11-139-2015)總體上已嚴於歐洲鍋爐排放標(biāo)準,接近*嚴格的美國南加州鍋爐排放標準。國標一(yī)般地區(在用)與(yǔ)北京(新建)燃氣鍋爐在NOX排放上可有十餘倍之差。為了實現低排(pái)放標準,燃氣鍋爐房一般需要采用多種節(jiē)能減排技術(shù)措施。
圖8 北京部分燃氣鍋爐NOX排放強度
針(zhēn)對所(suǒ)調研的北京燃(rán)氣鍋爐房排放,依(yī)據2.1節中的計算方法,計算它們(men)在近(jìn)年來的單位(wèi)供熱汙染(rǎn)物直接排放強度,其中燃氣鍋爐房產生煙氣量(liàng)按(àn)13.0m3/Nm3(基準含氧(yǎng)量3.5%,過量空氣係數1.20)計算,結果如圖8至圖9所示。發現北京實際(jì)燃氣鍋爐(lú)排放均(jun1)能滿足嚴格的地方標準(zhǔn)。
2.6 生物質及散煤熱源排放
近年來,生物質(zhì)作(zuò)為可再生資源日益受到人們的重視。尤(yóu)其是在農村地(dì)區,利用木質顆(kē)粒或作物秸稈進行壓(yā)塊後替代散煤土暖氣供暖逐漸成為我(wǒ)國北方農村地區清潔取暖的主要方式。本文對大型生物質鍋爐(lú)和(hé)戶用生物質采暖爐以及散煤土暖氣的排放因子進行了實測,結果見(jiàn)表1。
圖9 北京(jīng)部分燃氣鍋爐SO2排放強度
表(biǎo)1 生物(wù)質及散煤熱源汙染物排放因子
注:表中PM2.5為燃(rán)料燃燒排放的一次細顆粒(lì)物,不包含汙染物(wù)在大氣中反應生成的二次汙染物。以上排放因子均為我國北方農村的實測結果,其中NOX和SO2排放因子與燃料成分和(hé)采(cǎi)暖爐的燃燒情況有(yǒu)關,表1中秸稈壓塊(kuài)單位熱量排放因(yīn)子高於秸(jiē)稈顆(kē)粒,主要是因(yīn)為二者實測(cè)地點不同(tóng),燃料成分和采暖爐燃燒情況有較大差異。
2.7 不同熱源方式(shì)的比較
以下對不同熱源方式(shì)的單位供熱量汙(wū)染物排放分(fèn)為發/用電間接排放和當地直接排放進行計算匯總。
依據2.1節所述計算方法,對調研樣本數目較多的熱源方式按熱量加權平均(jun1)得到其實際排放強度。此外熱電聯產和鍋爐(lú)房還(hái)分別依(yī)據相關排放標進行折算:其中燃煤熱(rè)電(diàn)聯產(乏汽(qì)餘熱充分回收)、燃氣輪機、燃氣蒸汽聯合循環、燃氣蒸汽聯合循環(回收部分煙氣餘熱)的供熱(rè)效率取為55%、40%、23%、35%,即供出1GJ熱量分(fèn)別需要62kgce燃(rán)料,71Nm3、124Nm3、82Nm3天然氣(天然氣熱值取35MJ/Nm3);燃煤熱電比按1.6、發電煤耗按260gce/(kWh)(分攤(tān)法),上述燃氣熱電比分別(bié)按1.1、0.5、0.7,發電氣耗分別按0.23Nm3/(kWh)、0.19 Nm3/(kWh)、0.18Nm3/(kWh)(分攤法)計算,求得單位供熱量的直接排放和間接發電排(pái)放(fàng)因子。燃煤鍋爐和燃氣鍋爐供熱效率分別按85%和90%計算,即供熱1GJ熱量需要40kgce燃料或31Nm3天然氣。
從表(biǎo)2、表3中可以(yǐ)看出:
1)熱電聯產的單位供熱直接排放強度高。這(zhè)是因為其在供出熱量的同時還需要燃燒更多的燃料用於發電。熱(rè)電聯產的熱電比越低,單位熱量(liàng)對應的當地直接汙染物排放(fàng)量越(yuè)高。但是對比大型燃煤(méi)熱電聯產和(hé)燃煤鍋爐,依(yī)據國標重點地區排放限製折算出的NOX和煙塵/顆粒物的直(zhí)接排放強(qiáng)度相差不大,這是(shì)因為《火電(diàn)廠大氣汙染物排放標準》中對電廠鍋爐的(de)排放要求比《鍋爐大(dà)氣汙染物排放標準》中對普通鍋爐的排放要求(qiú)更嚴(yán)格;這表明(míng)了輸出相同熱量,熱電聯產和燃煤鍋爐的在地排放量相差不大(dà),但熱電聯產同時還輸出了電力,對節能和減少大區域汙染物排放做出貢獻。
表2 不同熱源方式的單位供熱量汙染物排放因子(一)
注:(1)表中燃煤熱電聯產調研*優折(shé)算為考慮目(mù)前煙氣處理水平較高的電廠充分發掘供熱(rè)能力的情況下,其單位供熱量(liàng)的排放強度;煙氣中汙染物濃度取尾氣處理水平前10%的電廠的調研平(píng)均值(zhí),供熱效率取55%,熱電比按1.6計算。(2)表中(zhōng)燃氣蒸汽聯合循環(深度回收餘(yú)熱)調研*優折算為考慮目前煙氣處理水平較高的電(diàn)廠充分發掘供熱能力的情況下(xià),其單(dān)位供熱量的(de)排放強(qiáng)度;深度回收餘(yú)熱是(shì)指利用基於降低熱網回(huí)水溫(wēn)度的燃氣蒸汽聯合循環餘熱回收(shōu)技術[9],該技術能深度回(huí)收煙氣中的冷(lěng)凝潛熱(rè)。煙氣中汙染物濃度取(qǔ)北京某煙氣處理水平較高的(de)燃氣電廠的調研值(zhí),供熱效(xiào)率取50%,熱電比按1.2計算。
表3 不同(tóng)熱源方式的單位供熱量汙染物排放因子(二)
注:表中細顆粒物比煙塵/顆粒物範圍要小,PM10等顆粒物並未統計在內。
2)對比燃煤(méi)熱電聯產(調研*優折算(suàn))和燃氣熱電聯產(調研*優折算),即在考慮了目前較好的煙氣處理水平和熱電(diàn)廠餘熱(rè)充分發掘的前(qián)提下,999二区在线發現燃氣熱電聯產的單位供熱NOX排放仍然高於燃煤熱電聯產,而(ér)NOX與霧霾的產生關係更密切。這一方麵是(shì)因為燃氣輪機燃燒溫度高,會生成大量的熱力型(xíng)NOX;另一方麵燃氣熱電聯產的(de)熱電比(bǐ)較低:為了滿足供熱需求(qiú),供出相同的熱量,燃氣熱電(diàn)聯產需(xū)要發出更多的電量,也(yě)即要消耗更多的(de)燃料,排放更多的汙染物,同時還加劇了我國電力過剩(shèng)的情況。此外,由於燃氣熱電廠也在“以熱定電(diàn)”模式運行,喪失了對電力(lì)的調峰功能,並消耗了大量寶貴的天然氣資源。因而天然氣熱電聯產不適(shì)宜大規模推(tuī)行。
3)天然氣鍋爐相比燃煤鍋爐,單位供熱汙染物排放水平(píng)低,通過《鍋爐大氣汙染物排放標準》(重點地區)折算的SO2排(pái)放因子中,前者約為後者的四分之一;但在與霧霾更(gèng)為相關的NOX排(pái)放上,二者處於同一量級。此外,在環保要求更為嚴苛的北京,燃氣鍋爐的實際汙染物排放可以做到很(hěn)低。
4)地源熱泵、空氣(qì)源熱泵由於從自然環境中取熱,供暖用能強(qiáng)度(dù)較(jiào)低,汙(wū)染物排(pái)放(按照COP折電後)也較低。
5)散煤土暖(nuǎn)氣的單位供熱直接汙染物排放量要遠高於燃煤熱電廠和燃(rán)煤鍋爐,其NOX直接排放因子約為燃煤鍋(guō)爐(國標重點地區)的三倍,一次細顆粒物更是後者的數十倍。這一方麵(miàn)是散煤土暖氣的(de)供(gòng)熱效率低,意味著(zhe)滿足相同供熱需求需要消耗更多的燃料;另一方麵是散燒煤的(de)尾氣難以(yǐ)處理,因而其(qí)導致的汙染物水(shuǐ)平明(míng)顯偏高(gāo)。
6)大型生物質鍋爐和戶用生物質采暖爐可以顯著降低SO2和(hé)細顆粒物的單位供熱排放(fàng)量;但由於生物質中含(hán)有一定量(liàng)的氮(dàn)元素,因而戶用生物質采(cǎi)暖爐的NOX排放(fàng)仍處於(yú)較高的水平。
3“2+26”城市群(qún)的供熱直接排放量
3.1 京津冀大氣汙染傳輸通道的提出
目前,不少學(xué)者的研究表明霧霾(mái)的產生不僅和當地汙(wū)染物(wù)排放(fàng)有關,還會受到周(zhōu)圍城市的影響。大氣汙染呈現(xiàn)明顯的(de)區域性特征,在(zài)經濟發達、人口集中的城(chéng)市群,大氣汙染不再局限於單個城市內,城市間大氣汙染變化過程呈現明顯的同(tóng)步性,區域性汙染特征十分顯著。
因此,在治理大氣汙染問題(tí)上,區域城市間應協(xié)同合力,做到聯防聯控(kòng)。環保部在2016年6月20日(rì)發布的《京津(jīn)冀大氣汙染防(fáng)治強(qiáng)化措施(shī)(2016-2017)》(以下簡稱(chēng)《強化措施(shī)》)中規定了20個傳輸通道(dào)城市(以下簡稱(chēng)“2+18”城市(shì)):北京,天津,河北省石家莊、唐山、保定、廊坊、滄州、衡水、邯鄲、邢台,山東省濟南、淄博、聊(liáo)城、德州、濱州,河南省鄭州、新鄉、鶴壁、安陽、焦作(zuò)。這是傳(chuán)輸通(tōng)道首次出現在大眾視野,但其(qí)實區域聯防聯控在北京環保工作中(zhōng)早就被提(tí)出:在“2+18”城市提出之前(qián),2015年就提出了“2+4”城市,這指的是京津冀核心區6市:北京+廊(láng)坊和保定、天津(jīn)+唐山(shān)和(hé)滄州。
而後在2017年3月23日,環保部發布的《京津冀及周邊地區2017年大氣汙染防治工作方案》(以下簡(jiǎn)稱《工(gōng)作方案》)確定實施範圍為京津冀大氣汙染傳(chuán)輸通道共(gòng)計(jì)28個城市(以下簡(jiǎn)稱“2+26”)。其中所提到的傳輸通道城市比此前還多了8個,分別是河南省濮陽、開封市,山(shān)東省濟寧、菏澤市,山西省(shěng)太原、陽泉、長治(zhì)、晉城市。
3.2 傳輸通道城市PM2.5相關性(xìng)分析
以下對《工作方(fāng)案》中確定的28個城市的大氣汙染相關性進行分析:依據中國空氣質量在線監測(cè)分析(xī)平台(tái)(真氣網https://)整理得到28個城市從2013年12月至2018年11月的月均PM2.5數據,進一步(bù)計算出“2+26”城市之間的皮爾遜相關係數(shù)。
分析顯示“2+26”城市在PM2.5汙染上整體相關性較強,但在內部不同城市之(zhī)間的相關性也存在差別。對於(yú)地理位置相(xiàng)近的城市,他們之間的相關性要明顯高些。以北京(jīng)為例,它與毗鄰的廊(láng)坊(相關係數0.913)、唐山(shān)(相關係數0.872)和天津(相關(guān)係數0.867)高度正相關,但(dàn)與地理位置相距較遠的晉城(相關係數0.531)、濟寧(相關係數0.589)和長治(相關係數0.620)相關程度(dù)較弱。
為更好(hǎo)地描述這一問題,999二区在线對(duì)這28個城市進行聚類分析。按大氣(qì)汙染相關性強弱,可將(jiāng)28個城市細分到六個小城市群:A(北京、廊坊、天(tiān)津、唐(táng)山、滄州),B(石家莊、保定、邢台、邯鄲、安陽),C(衡水、德州、聊城、濮(pú)陽、菏澤),D(濱州、淄博、濟南、濟寧(níng)),E(開封(fēng)、鶴壁、鄭州、新鄉、焦作(zuò)),F(太原、陽泉(quán)、長治、晉(jìn)城)。為保(bǎo)證城市群在地理上的連續性,將部分周邊城市並入小(xiǎo)城市(shì)群進行分析:其中晉中並入F城市群,泰安、萊蕪並入D城市群。
將這些(xiē)高相關性小城市群(qún)在地圖上中(zhōng)標出,如圖10所示。發現(xiàn)京廣線沿(yán)線城市群(保定、石家莊、邢台、邯鄲、安陽)和京九線沿線城市群(衡水、德州、聊城、菏澤)內部大氣(qì)汙染相關性較高。
圖(tú)1 0“2+26”及部分周邊城市大氣汙染聚類城市(shì)群
3.3 各區域冬季供熱的直接(jiē)排放量
按照前文的相(xiàng)關分析,把京津冀大氣汙染傳輸通道城(chéng)市群分為六個小城市群(qún),其中小城(chéng)市群內部PM2.5汙染相關關係較為緊密,假(jiǎ)設汙染影響僅發生在小城市(shì)群內部,不同小城市群之間相互影響小,可以忽略。對(duì)上述六個小城市群(qún)供熱導致的直接(jiē)排放進行相加,作為供熱(rè)對(duì)這個區域的大氣環境影響。
如圖11所示,為2016年清(qīng)潔供暖改造工程之前六個小城市群(行政區域)單位(wèi)麵(miàn)積(jī)的各類汙染(rǎn)物排放量,城市群內部柱(zhù)形依次為NOX、SO2、城鎮(zhèn)煙塵和農村細顆粒物排放情況,其中(zhōng)NOX、SO2總排放量由城鎮和農村累加表(biǎo)示。同時,認為汙(wū)染物擴散能力與空間成正比,因此用(yòng)每個區域單位麵積排(pái)放強度來(lái)評價這一地區的汙染物排放強度。
可以看出,在NOX排放上(shàng),A城市群(北京、廊坊、天津、唐山、滄州)要遠高於B、C、D、E城市群,略高於F城市群(qún)(太原、陽泉、長治、晉城、晉中)。其中,A城市群主要是城鎮排放的NOX偏高,而F城市群則是(shì)農村供熱排放偏(piān)高。在SO2排放上,同樣是A城市群略(luè)高於F城市群,明顯高於其他城市(shì)群(qún)。在城鎮煙塵排放上,A城市群高於其(qí)他城市群,但總體排(pái)放強度不高。在農(nóng)村細顆(kē)粒物排放上,六個城市群的單位麵積排放量均(jun1)偏高。
以下分別對(duì)各城市(shì)群進行(háng)分析:
A城市群(北(běi)京、廊坊、天津(jīn)、唐山、滄州(zhōu)):在該城市群中,由於北京、天津供熱麵積大,其熱負(fù)荷需求也較高,因而(ér)其抬升了(le)該城市群的單位土地麵積汙染物總排放量。因此,為改善該區域供熱對大氣環(huán)境的影響,應該一方麵提高建築圍護結構性能降低熱負荷(hé)需求,另一方(fāng)麵充分挖掘電廠和工業餘熱潛力用於供熱(rè),並在熱源側做好尾(wěi)氣處理工作,也就是執行更嚴格的排放標準。同(tóng)時可以考慮從區域外(例如張家口地區)引熱入(rù)京(jīng),替代域內熱源,降低城內汙染。此外,減(jiǎn)少農村地區的細顆粒物和NOX排放也是工作(zuò)重點。
B城(chéng)市(shì)群(石家莊、保定、邢台、邯鄲、安陽):在該城市群中,農村供熱產生的汙染物已經高於城鎮供(gòng)熱導致的直接汙染(rǎn)物,應優先治理農村地區的細顆粒物和NOX排放(fàng),利用生(shēng)物質壓塊顆粒或熱風型空氣源熱泵等清潔方式替代散煤土暖氣取暖,周邊有(yǒu)條件的可以考慮采用電廠或工業餘熱進行供暖。
C城市群(衡水、德州(zhōu)、聊城、濮陽、菏澤(zé)):該城市群與B城市群類似,應優先治理農村地區的細顆粒物和NOX排放。
D城市群(濱州、淄博、濟南、濟寧、泰安、萊蕪):該城市群農村細顆粒和NOX排放強度較高(gāo),應優先治理。
圖11  小城市群冬季采暖形成的單(dān)位麵(miàn)積直接汙染物排放
E城(chéng)市群(開封、鶴壁、鄭州、新鄉、焦作):該城市群(qún)農村供熱產生的NOX和SO2約為城鎮供(gòng)熱產生的3~4倍,同時農村(cūn)細顆粒(lì)物也偏高,須(xū)優(yōu)先重點治理農村供熱汙染(rǎn)物排放。
F城市群(太原、陽泉、長治、晉城、晉中):該城市群與E城市群類似,應優先重點治理(lǐ)農村供熱汙染物排(pái)放。
4 清潔供(gòng)熱相關對策
對大氣汙染分析發現,在冬天采暖季各類汙染物均呈現上(shàng)漲趨勢,明顯高於非(fēi)采暖季。除了氣候條(tiáo)件對此產生的影(yǐng)響外,我國北方冬(dōng)天采暖導致的汙(wū)染物排放也是惡化大氣質(zhì)量的關鍵因素。如何降低供熱產生(shēng)的(de)各類汙染物(wù)排放總量應該是清潔供暖(nuǎn)*終要(yào)解決的問題。在對不同熱源方(fāng)式單位供熱量產生的汙染物排放強度和“2+26”城市群供熱產生的汙染物分析(xī)的基礎上,本文對清潔供熱相關對策有以下幾(jǐ)點建議:
1)改善建築圍護結構性能,從源側(cè)降低熱負荷需求;同時減少供熱各環節的能源損失,“節約下的能源是(shì)*清潔的能源”。
2)充分挖掘熱電聯產供熱潛力,盡可能多地對電廠餘熱(rè)進行回收(shōu),提高供給側熱電(diàn)比,減少供熱導致的直接汙染物排放。避免新建燃氣熱電聯產對城市進行供熱,因(yīn)為其熱(rè)電比較低,供應相同熱量產生的直接汙染物排放強度高。對於已有燃氣熱(rè)電廠,應改為(wéi)電力調(diào)峰模式,同時挖掘煙氣餘熱潛力供熱,提高熱電比。
3)對於燃煤熱電聯產供熱潛力不足的城市,可以(yǐ)考慮跨區域的長途輸熱。例如已完成的太原古交長距(jù)離輸熱工程,利用距離太原市約40km的古交興能(néng)電廠向太原市供熱,供熱麵積可達8000萬m2,能有效降低太原市的汙染。從(cóng)汙染物排放治理角度看,長輸輸(shū)熱是非常有效的措施。
4)由於大氣具有流動性,汙染物可以從一個城市擴散到另一個(gè)城市(shì);因而對大氣汙染的治理,區域城市間應(yīng)協同合(hé)力、做到聯防聯控。分析發現北京的霧霾汙染與天津、廊坊、唐山等地具有較強的相關性,因而把相(xiàng)鄰城市(shì)高汙染方式導致的排(pái)放量降下來(lái)起到的改善作用(yòng)要比(bǐ)治理北京一些低(dī)排放汙染源更為(wéi)有效。
5)重點治理(lǐ)農村散煤(méi)燃燒導致的汙染物排放,尤其是一次細顆粒物排(pái)放。對“2+26”城市群(qún)供熱導致的汙染物排放(fàng)分析發現,農村供熱產生的一次細顆粒物是目前很多城市的主要汙染(rǎn)物。

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