我国燃煤电厂砷的大气排放量初步估算

研究了不同燃烧条件下我国燃煤电厂砷的大气排放量, 采集和分析了高温和中、低温燃煤电厂的原煤、底灰、飞灰的砷含量, 对我国每年动力煤砷的排放量和排放率进行了初步分析和估算. 结果表明: 高温燃煤电厂燃烧1 t含砷5 mg/kg左右的烟煤, 排放到大气中的砷为0.40 g左右, 其排放率为7.70%左右; 中、低温燃煤电厂燃烧1t含砷5 mg/kg左右的烟煤, 排放到大气中的砷为0.15 g左右, 其排放率为2.97%左右. 中国火电厂动力用煤每年约6×10⁸ t左右, 主要为华北区和西北区的石炭~二叠纪的动力煤, 以含砷量为5 mg/kg左右计算, 则火电厂动力煤燃烧每年向大气排放砷约195.0 t左右. 煤中的砷在燃烧过程中大部分都可释放出来, 但燃煤释放出来的大多数砷又可被飞灰俘获, 燃煤电厂除尘设备在除尘过程中捕获了飞灰及飞灰俘获的砷, 从而减少了燃煤中砷向大气的排放量; 此外, 在研究燃煤电厂煤中砷的实际排放量和排放规律时, 以干法除尘电厂的飞灰计算更科学些. 湿法除尘过程中, 高温燃煤电厂燃煤飞灰中的砷约20%溶解到沉淀池的水中, 而中、低温燃煤电厂飞灰中的砷约有70%溶解到沉淀池的水中, 因此, 这是另一个不可忽视的环境砷的污染源. 实验室条件下, 煤灰化过程中砷的排放率高于燃煤电厂燃煤砷的实际排放率.     

工业余热高效综合利用的重大共性基础问题研究

正能源是人类生存和发展的重要物质基础,也是当前和今后相当长一个时期制约经济和社会发展的突出瓶颈.节能减排是我国的一项基本国策,是我国实现可持续发展的重大战略保障所面临的极为迫切的任务.我国工业能耗占总能耗的70%以上,其中至少50%转化为载体不同、温度不同的工业余热,大部分可回收利用;而目前我国工业余热资源回收率仅约为30%,能源利用效率偏低.因此,根     

编者按

<正>能源安全是我国经济社会健康发展和国防安全的基本保障.近年来,能源供需矛盾日益突出,供需缺口逐年增加.而我国在相当长时间内将还是主要依赖化石能源,因此,国家力推"节能优先"的能源发展战略.据测算,我国工业余热资源占我国总能耗约30%.实现余热有效利用对我国工业节能具有重要的意义.锅炉是能量传递与转化系统中最基本的设备.按照国家质量技术监督局发布的《烟气余热资源量计算方     

中国黑碳气溶胶排放量及其空间分布

基于国家统计数据、国内最新实测排放因子数据和更符合中国实际情况的机动车排放因子模型计算了中国大陆(不包含港澳台地区)2008年黑碳气溶胶排放清单,并建立0.5°×0.5°的黑碳排放空间分布图.2008年中国大陆黑碳排放总量为160.494×104t.其中工业源和居民生活消费源是最主要的贡献者,分别为69.503×104和63.602×104t,占总量的82.9%;交通运输黑碳排放量为19.463×104t,贡献了总量的12.1%;但不同省市各行业源贡献比例差异显著,可分为工业源贡献区、居民生活源贡献区、工业源和居民生活源共同贡献区,以及交通源贡献区.从能源类型看,黑碳主要来源于煤炭和生物燃料燃烧,分别占51.0%和32.2%.黑碳排放空间分布不均匀,呈东高西低的趋势,与区域经济发展情况和农村人口密度一致;其中高排放量地区以全国总面积的5.7%贡献了总排放量的41.2%,山西、河北、山东、河南以及四川等地具有较高的排放量.     

营造可持续室内空气环境:问题、思考和建议

人们在室内环境的时间超过80%,室内空气环境质量对人的健康、舒适和工作效率影响很大.近20多年来,我国经历了快速的城镇化进程和经济发展,城市建筑面积持续高速增长,在人们生活水平不断提高的同时,也出现了一系列室内空气环境问题:建筑能耗不断攀升,加剧了我国能源供需矛盾和大气污染问题;人们对室内空气环境质量的要求越来越高,在一些地区要采用传统思路和方法满足这些要求会面临能源供给不足和环境容量有限的刚性约束;大气污染和室内材料散发的污染物降低了室内空气质量、危害人们健康.本文以目前国际上特别是我国室内空气环境的若干典型问题为例,分析它们产生的原因,指出其中一些尚未解决的关键科学和技术问题,基于文献调研和作者自身的科研实践和思考,提出要营造我国以"健康、适用和节能"为特征的可持续室内空气环境需要新思路和新方法,并提出一些可供讨论或参考的建议.     

Discussion on Atmospheric Pollution

大气污染问题的严重性,目前已引起全世界的共同关注.文章从我国当前大气污染的现状入手,提出了大气污染的严重性及治理的重要性,笔者认为要想改善大气污染现状,必须从改善能源结构、改善经济结构、完善减污体系等方面入手,从而有效改善人们的居住生活环境.     

基于伴随方法的大气污染溯源

大气污染防治的核心是找准污染源头,厘清污染成因,实现靶向治理,提高控制效率.本文建立了全国空气质量高分辨率预报与污染控制决策支持系统(NARS,呐思系统),实现了气象与大气化学的监测、同化、预报、溯源、排放源反演和动态优化控制等大气污染闭环防控,可为大气污染防控提供一整套解决方案,其中所建立的CAMx伴随溯源模式,实现了排放源动态反演和网格化定量溯源,可快速定量追溯导致目标区域未来7天大气污染的排放源及其贡献率时空分布.针对2016年9月~2017年3月北京主城区PM_(2.5)集中污染时间段进行了排放源反演、气象场预报、空气质量预报和网格化溯源.与京津冀地区国控点监测结果进行了对比分析,结果表明污染过程、污染等级和污染物浓度预报的准确率分别为100%、88.8%和84.7%,预报值和监测值之间的相关系数为0.81.网格化溯源结果表明导致北京主城区PM_(2.5)污染的排放源基本来自于北京西南方向这一条大气污染物传输通道,北京本地、河北、天津及周边地区排放源对北京主城区PM_(2.5)浓度分别贡献了66%、29%、5%.就重污染过程而言,京津冀排放总量的19%导致了北京主城区80%的PM_(2.5)重度及以上污染,其中北京本地占京津冀排放总量的9%贡献63%、河北占京津冀排放总量的10%贡献17%.就整体污染天气而言,京津冀排放的26%导致了北京主城区80%的PM_(2.5)轻度以上污染,其中北京本地占京津冀排放总量的9%贡献61%、河北占排放总量的15%贡献18%,天津占排放总量的2%贡献1%.导致北京主城区PM_(2.5)污染的排放源主要分布在北京城区和南部区域、保定和石家庄所辖的部分区县,贡献排名前6位的区县均为北京辖区,贡献率合计为48%,前20个区县的总体贡献为73%.将动态反演排放源方法与调查排放清单相结合,应用伴随溯源模式对预报结果进行同步大气污染溯源,可为大气重污染应急控制找准控制对象,并进行损益评估,运用自然控制论,实现大气污染应急优化控制.     

煤燃烧过程中污染物重金属汞与多种污染物联合减排技术

随着能源与电力工业的快速发展,煤在能源结构中依然占主体,我国燃煤电站装机容量占到全国装机容量的70%左右,燃煤电站排放的硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳、烟尘以及微量元素的排放形势日益严峻,给环境造成极大影响,对人的健康造成很大的危害,     

卫星遥感观测中国1996～2010年氮氧化物排放变化

利用卫星遥感观测的NO2浓度作为化石能源消耗和污染物排放的示踪,基于GOME和SCIAMACHY的NO2对流层柱浓度数据对1996～2010年间中国氮氧化物排放的时空格局变化进行了分析.结果表明,我国氮氧化物排放的区域性特征日益显著,呈明显的空间扩张态势,原有排放高值区的范围不断扩大,新的高值区不断出现,受人为源排放影响的范围在从东部向中西部扩张.1996～2010年间,华东、华北地区的人为源氮氧化物排放量增加了133%,而同期卫星观测到NO2浓度增长了184%.最近几年特大城市的氮氧化物排放增速在减缓,而中型城市的排放增速在加快,显示我国亟需对燃煤氮氧化物排放进行控制.     

大气污染对金属的腐蚀与防护

在社会进步，工业不断发展的同时，人类却忽视了环境的保护和对资源与能源的合理利用，近些年来，大量废气排放到大气中去，给人们健康、工作和生活带来较大影响，此外，也对金属和设备造成较大的危害，据资料报道，世界上因腐蚀造成金属浪费，其年经济损失占当年国民经济总产值为：美国1%～2．5%，英国3．5％，日本1．25%，加拿大3%；我国虽没有精确统计，但估计年经济损失约占当年国民经济总产值4%，为了使国民经济持续发展，必须控制大气污染并加强金属自身防腐蚀能力。     

二氧化硫的循环与再利用

自然界的重要化石能源如煤、石油中普遍含有硫化物.因此,人类在利用这些能源的过程中,不可避免地会产生大量二氧化硫(SO_2)气体.据统计,全世界每年二氧化硫的排放量达到1.5亿吨.SO_2作为空气四大核心污染物之一(二氧化氮、臭氧、固体颗粒物为另外3种),它在空气中的含量直接影响生态环境和人类健康.与此同时,SO_2被广泛用作食品添加剂、漂白剂等化工原料,然而这个使用量只占排放量的1.6%.而在高附加值的药物结构和有机光电材料当中,含砜结构骨架广泛存在.如何将有害的SO_2气体高效转化成为高附加值化学产品成了一个亟待解决的科学问题.本文从SO_2背景出发,通过对其危害性和应用性介绍,阐述SO_2研究的重要意义.     

大气污染与防治的过去、现在及未来

大气污染危害性本质上是大气污染物对人体健康和人类生存环境的影响.文章将大气污染与防治分为物理过程、化学过程和生物过程,阐述了如何用数学方法与计算机技术描述和计算这3个过程,对其发展历程及相互关联进行了系统评述.综合论述了大气物理、大气化学、源排放清单、大气环境监测、气象场预报、空气质量预报、源解析与溯源、大气污染对人类健康的影响、大气污染控制等方面的理论、技术和方法的发展沿革、现状与存在的问题.由于大气污染与防治物理过程、化学过程、生物过程及其数学描述方法和计算原理等极为复杂又交错影响制约,文章提出了大气污染危害性识别与控制的理论框架及核心科学问题,指出动态排放源清单反演与生成、颗粒物毒性识别、化学过程数据同化、健康风险预报预警、应急来源解析、动态优化控制等方面的理论、技术、方法和标准还不成熟,是未来发展的主要方向.另外,文章指出将大气污染物毒性与健康风险直接关联,可为大气污染应急优化控制和产业结构调整、能源结构调整与重污染源布局的优化问题提供更加直接和有效的科技支撑.本文提出的理论框架及核心科学问题的实现,将为找准污染源头、实现靶向治理、促进生态文明建设的客观需要发挥基本作用.     

循环流化床锅炉的发展过程

结合能源和环境问题的要求介绍了国内外循环流化床锅炉的发展情况,分析了它在我国燃煤发电领域的现状及发展前景.     

Energy Optimization in circulating fluidized bed boiler

能源是人类赖以生存和发展的基础,在我国的常规能源中,煤炭储量占90％以上,这就决定了煤炭是我国的主要能源,但是燃煤会产生大量的污染物,如粉尘、SO2、NOx、CO2等.因此,寻求新型、高效、低污染的洁净煤利用技术,开发新的燃烧设备成为当务之急.循环流化床燃烧技术是洁净煤燃烧技术之一,由于其具有燃料适应性广、燃烧效率高、环保性能好、负荷调节调节灵活、灰渣便于综合利用等优点,所以得到了迅速发展.但在实际运行中,循环流化床锅炉仍存在很多问题,如厂用电率高、飞灰舍碳量高.文章对循环流化床锅炉提出了一些意见和措施,从而提高煤的利用率和减少厂用电率,从而达到节能减排的目的.     

技术进步对中国CO_2减排的影响

通过引进、消化、吸收、检验和验证国外比较成熟的一个动态的气候变化综合评估模式(RICE),在对其技术进步参数进行敏感性分析的基础上,结合我国节能减排的约束目标,设定了我国2000～2050年的技术进步方案,并开展了该系列方案下的气候经济学评估.结果表明,改进技术进步,可以使我国的CO2排放量减少,气候损失值减少,大气CO2浓度和大气温度的增加幅度降低,保护全球的气候安全.与缓慢的技术进步情景相比,如果我国在2010年的CO2排放强度比2005年降低20%,2050年的CO2排放量将控制在2000年的2倍左右,2000～2050年的累计CO2排放量将减少12.4GtC;2050年的大气CO2浓度和大气温度将分别下降35GtC和0.04℃;2000～2050年的累计气候损失值将减少46亿美元,所获得的收益仅占全球总收益的6%,而给发达国家带来的收益却是我国的10倍;合作政策和非合作政策下的CO2排放控制率分别降低了4.6%和1%,减轻了我国对CO2排放总量的控制力度,有利于我国参与国际合作减排.     

地震救援中公共建筑的人文关怀

我国是地震灾害多发、灾害严重的国家.近年来,我国农村破坏性地震约占全部破坏性地震的80%以上.因此,地震受灾对象主要是农民.     

超临界CO2再压缩/再热燃煤发电系统热力循环

煤在我国处于基础能源地位,发展变革性燃煤发电技术具有重要意义.与超临界水蒸气朗肯循环相比,超临界二氧化碳(S-CO_2)布雷顿循环具有效率高及系统紧凑等优点,是未来动力循环的发展方向,但S-CO_2燃煤发电面临循环构建、锅炉压降及烟气余热吸收等关键难题.为此,本文发展了热力学、CO_2流动传热及烟气余热能量分布综合模型,研究了S-CO_2再压缩/再热燃煤发电系统热力学特性,首次发现热效率曲线对于一次再热和二次再热出现交叉,进而提出了S-CO_2循环采用一次再热或二次再热的筛选准则.针对锅炉烟气余热吸收问题,本文通过揭示主蒸气温度和压力间的内在关系,提出了调节主蒸气压力方法,结果表明该方法可有效吸收烟气余热,但受材料耐压极限所制约,因而本文在S-CO_2再压缩/再热循环基础上,引入烟气冷却器,以解决烟气余热吸收问题,给出了烟气冷却器与热力系统间的最佳集成模式,所构建的燃煤发电系统热效率达50.82%,锅炉效率达94.43%.本文为发展S-CO_2燃煤发电系统奠定了理论和技术基础.     

城市边界层理化结构与大气污染形成机制研究进展

自2013年《大气污染防治行动计划》实施以来,我国空气质量持续改善,但京津冀地区细颗粒物浓度仍远高于国家标准,秋冬季重污染天气仍时有发生.近些年,我国科学家在大气污染的立体探测、成因机制和来源解析、气溶胶和边界层相互作用等研究领域取得重要进展,进一步支撑了我国大气污染的科学防治和重污染天气的有效应对,然而我国当前大气污染仍面临诸多科学难题.本文简要概述了我国近些年在大气污染垂直探测方面的一些研究进展,特别是依托于北京325 m气象塔建设的城市边界层理化结构探测平台,详细论述了北京地区不同季节大气气溶胶化学组分的垂直分布特征及其与边界层物理要素的相互作用,同时基于2014年亚太经合组织峰会(APEC)和2015年纪念抗日战争胜利70周年阅兵前后的垂直观测,阐明了大气污染化学组分对区域源排放控制的响应机制.本文还针对大气细颗粒物中的二次无机组分(硝酸盐和硫酸盐)和二次有机气溶胶的生成机制以及极端霾事件的生消机制的最新研究进展进行了评述,并在最后对大气污染监测、二次无机气溶胶生成机制和有机气溶胶的分子组成和物理化学属性(相态、挥发性和氧化态等)等未来研究给出了一些建议.     

纳米碳管与氢能

世界人口快速增长、化石能源渐趋匮乏、环境污染日益严重是人类在21世纪亟待解决的三大难题.氢能是一种洁净的可再生能源,氢燃料电池汽车将是解决城市大气污染的最重要途径之一.因此各国科学家均在致力于研究高储量的储氢材料与系统,最有潜力者被认为是纳米炭材料的吸附储氢.高纯度单壁纳米碳管的合成是应用的基础和关键,我们采用氢等离子电弧方法,大量制备出高纯度的单壁纳米碳管,并全面开展储氢研究.初步结果表明单壁纳米碳管是一种很有前途的储氢材料,可能在氢能源的应用特别是氢燃料电池电动汽车的应用中占据重要地位,促进人类经济与社会实现可持续发展.     

青藏农村生活能源结构及一次PM2.5排放估算

在我国农村地区,生物质和煤炭等固体燃料被广泛地用于居民生活炊事和取暖等活动,对区域空气质量、室内空气和居民健康产生危害.本研究基于在青藏农村地区开展的能源消耗实地调研,分析了两地农村居民生活能源消费结构,测算了农村生活燃烧源一次细颗粒物的排放量.研究表明,在西藏和青海农村家庭的炊事活动中,27%和8%的时间用气或电,而大部分时间仍使用固体燃料.西藏地区农村生活能源消费中,薪柴和畜粪消耗量分别占44%和53%.在青海省农村地区,薪柴和畜粪的消耗量占比分别是17%和37%.西藏和青海农村居民生活能源消费总量388.22万t(380.41万t～396.11万t)和428.27万t(327.86万t～530.60万t).炊事和取暖消耗燃料总量几乎相当.在市级层面,就某一种燃料而言,其消耗量与人口并没有显著的相关关系(P0.05),但是居民生活燃料总消耗量与人口数之间有非常显著的正相关关系(r=0.993, P0.001),反映出户均能源消费量基本相近.根据调查的能源消耗量,初步测算的青海和西藏地区农村居民生活源排放的一次PM_(2.5)分别是3.21万t(四分位区间为3.19万t～3.34万t)和4.27万t(3.31万t～5.37万t).