京津冀地区重点耗煤行业大气污染物排放清单研究

崔立明，赵春丽，周春瑶

（1.国家能源投资集团公司，北京 100011；2.生态环境部环境工程评估中心，北京 100122；3.浙江大学，浙江杭州 310058）

2013年11月发布的全国《74个城市空气质量状况报告》显示：京津冀地区13个城市的城市空气质量达标率平均为39.1%，低于同期全国达标率（52.3%）13.2个百分点[1]。京津冀地区已成为我国大气污染最严重的区域，超标天数中首要污染物均为PM和PM[2-4]。

102.5

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国[5,6]，占世界煤产量的50%左右；是世界上以煤炭为主要能源的大国之一，2013年我国的煤炭消费占一次能源消费总量66%以上[7]。煤炭消费除排放大量的SO2、NOx、PM10和一次PM2.5等污染物外，还会产生二次PM2.5，造成灰霾污染[8,9]。

重点区域PM2.5源解析的相关研究结果表明，作为煤炭消费量首位的火电行业污染物排放对区域PM2.5的贡献率为16%～20%[10,11]。因此削减重点耗煤行业大气污染物排放量是解决灰霾问题的关键，建立大气污染物排放清单、掌握重点耗煤行业大气污染物排放情况，是首要研究工作。

本研究以在线监测数据、污染源调查（现场调研、环评、验收）数据、排放因子数据为基础，自下而上建立了2013年京津冀重点耗煤行业大气污染物排放清单，分析研究了SO2、NOx和PM10的排放情况。

1 研究方法

本研究通过历史排放数据、统计年鉴数据筛选出重点耗煤行业，调研京津冀地区重点耗煤行业的煤的利用率水平，基于在线监测数据、污染源调查（现场调研、环评、验收）数据、排放因子数据，自下而上建立了2013年京津冀重点耗煤行业大气污染物排放清单，并在此基础上分析了京津冀地区重点耗煤行业煤炭利用情况及大气污染物排放情况。

1.1 重点耗煤行业界定

本研究依据2013—2015年《中国统计年鉴》等资料中的各行业煤炭消费量数据，选取了2011—2013年煤炭消费量占全国煤炭消费总量比例稳列前三的电力、热力的生产和供应业（占44.76%～49.78%），石油加工、炼焦和核燃料加工业（占9.94%～11.23%），黑色金属冶炼和压延加工业（占8.14%～8.94%）三大行业[12-14]，即选取火电行业、焦化行业、钢铁行业为重点耗煤行业。

由本研究可知，2013年京津冀重点耗煤行业总煤耗达33 208.69万t，占2013年京津冀煤炭消费总量的85.24%，占2013年全国煤炭消费总量的7.83%，占比较大。

1.2 研究范围与研究对象

本研究范围涵盖两个直辖市北京、天津，以及河北省石家庄、邯郸、唐山、衡水、邢台、沧州、张家口、承德、秦皇岛、廊坊、保定等11个地级市与副地级市迁安的火电、钢铁、焦化行业工业点源排放；选取的污染因子为 SO2、NOx和 PM10。

1.3 数据来源与编制方法

本研究排放清单以2013年为基准年，优先采用在线监测法，基于重点污染源在线监测系统获取在线监测数据，通过在线监测法对排放口进行连续监测，获取重点耗煤行业企业的实时排放量；结合污染源调查法现场调研、排查，了解京津冀重点耗煤行业典型企业的工艺流程、产污环节、污染控制措施、耗煤量等基本情况数据进行核算，并参考环保部历年审批的环评、验收数据；对于没有污染源调查信息的企业，采取排放因子法进行核算，由此分析重点耗煤行业企业（火电、钢铁、焦化）的分布情况及污染物排放情况。

（1）在线监测法

根据地方环保管理部门污染源监督性监测结果的排放浓度、燃料消耗量、烟气量、年运行小时数等参数进行反算，获得重点耗煤行业企业排放源、污染源数据，精确度最高。

（2）污染源调查法（现场调研、环评、卫星遥感）

通过对重点耗煤行业企业的现场调研及数据收集，综合考虑环评和卫星遥感数据，基本建立了主要排放源基础数据。其中，现场调研数据包括企业主要装备、规模、污染控制措施、烟囱数量、经纬度、高度、出口直径、出口温度等。环评数据包括所有重点耗煤行业企业环评报告中大气点源的相关信息，该数据覆盖较为全面，可反映企业的真实排放情景。卫星遥感数据主要用来对污染源进行精确定位。

（3）排放因子法

对于没有污染源调查信息的企业，采取排放因子法进行核算。根据企业生产活动水平和行业平均排污因子，依据《第一次全国污染源普查工业污染源产排污系数手册》等排放因子数据进行核算，核算后结合《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2011）、火力发电锅炉大气污染物特别排放限值、《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB28662—2012）、《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）、《炼铁工业大气污染物排放标准》（GB28663—2012）、《炼钢工业大气污染物排放标准》（GB28664—2012）等排放标准数据，以及地方环保部门污染源督查数据进行校正。

表1及表2给出了本清单核算过程中所选取的火电及钢铁焦化行业根据不同装机、不同工艺过程污染源的烟气量和主要污染物外排浓度等排放因子信息。

表1 本清单核算选取的火电企业大气污染物排放因子

表2 本清单核算选取的钢铁焦化企业大气污染物排放因子

2 结果与讨论

2.1 京津冀地区重点耗煤行业产能/产量与空间分布情况

2.1.1 火电行业装机容量与空间分布

本研究结果表明，2013年京津冀地区火电行业总装机台数为338台，所涉及的单位为133家，其中装机台数和所涉及的企业居前三位的城市为石家庄市（58台、20家）、唐山市（50台、22家）和邯郸市（47台、19家）。

2013年京津冀地区火电总装机容量54 801MW，占全国火电总装机容量的6.30%，属火电装机容量较大的区域。北京市、天津市、河北省的装机容量分别为3 233MW、10 787MW、40 781MW，分别占全国火电装机容量的0.37%、1.24%、4.69%。其中，天津市、石家庄市和唐山市的装机容量分别为10 787MW、7 926MW和6 077MW，明显高于其他城市的装机容量。

2.1.2 钢铁焦化行业产量与空间分布

本研究结果表明，2013年京津冀地区钢铁企业共107家，焦化企业共80家（其中18家为钢铁联合企业炼焦企业，62家为独立炼焦企业），共有焦炉设备105（炉组）套。其中，钢铁企业河北省有100家，天津市有7家；焦炭生产企业河北省有79家，天津市1家。

2013年京津冀地区粗钢、焦炭总产量分别为21 139.16万t、6 656.01万t，分别占全国粗钢、焦炭总产量的27.14%、13.97%，属粗钢和焦炭产量较大的区域。其中，北京市无钢铁、焦化企业，天津市、河北省的粗钢产量分别为2 289.53万t、18 849.63万t，分别占全国粗钢产量的2.94%、24.20%；焦炭产量分别为260.19万t、6 395.82万t，分别占全国焦炭产量的0.55%、13.43%。

2.2 京津冀地区重点耗煤行业大气污染物排放清单

2.2.1 清单比较情况

与现已有的排放清单进行比较，本研究中的重点耗煤行业清单存在以下改善之处：

（1） 主要使用在线监测数据、采用自下而上[15]的方法进行重点耗煤行业清单的建立，在国内尚属首例，其精度和时空分辨率大大高于一般使用排放因子法建立的排放清单。

（2） 用环保部的环保数据、验收数据进行污染源排放数据的校正对比，在数据核对处理中相互对照补充，清单更具时效性和可靠性，数据权威准确。

将本清单和环境统计年报的统计结果进行以下三组对比，如表3～表5所示。

表3 京津冀火电行业清单比较情况 单位：万t/a

由火电行业清单对比可知，在不同基准年，京津冀火电行业SO2及NOx排放量有较大削减，主要是由于2011年开始的京津冀地区火电行业减排以及超低排放等政策推行，减排效果显著。

表4 京津冀钢铁焦化行业清单比较情况 单位：万t/a

由钢铁焦化行业清单对比可知，本清单和环境统计年报中对于钢铁焦化行业SO2排放量和烟粉尘排放量的估算较为一致，而对于NOx排放量的估算有较大差异，主要是由于环境统计年报中的统计主要是针对重点调查企业自报数据，而本清单则综合了在线监测数据、环评数据、验收数据，较为全面，同时基准年相隔一年也是数据有差异应考虑的原因之一。环境统计年报中对NOx的统计存在较明显的低估。

表5 京津冀重点耗煤行业清单比较情况 单位：万t/a

由本清单重点耗煤行业大气污染物排放量与环境状况公报中全工业的污染物排放量相比较可知，本清单中三个行业的SO2排放量和NOx排放量分别为京津冀地区工业总排放量的49.88%和67.01%，京津冀重点耗煤行业大气污染物的排放在京津冀总工业大气污染物排放中的占比较大，其减排空间也不容小视。

2.2.2 煤耗分析及优化措施

2013年，京津冀地区火电总耗煤量 19 639.14万t标煤，其中天津市、石家庄市和唐山市的煤耗分别为3 753.95万t标煤、2 787.31万t标煤和2 547.23万t标煤，明显高于其他城市耗煤量。2013年，京津冀地区钢铁行业总耗煤量5 002.99万t标煤，其中唐山市和邯郸市的煤耗明显高于其他城市，分别为2 417.70万t标煤和918.92万t标煤。焦化行业总耗煤量8 566.56万t标煤，唐山市和邯郸市的煤耗同样很高，分别为4 779.00万t标煤和1 553.85万t标煤。

实现重点耗煤行业减排可考虑从煤质、燃煤机组改造和清洁生产技术改造入手。京津冀地区煤炭若采用煤质更好的煤源，如神华煤炭产品，最高可将收到基灰分降至12%、收到基全硫降至0.4%、热值提升至5 700 kcal/kg，可有较为明显的节能减排效果。在燃煤机组改造方面，以神华国华电力公司为例，该公司优先安排地处京津冀及周边地区（京、津、冀、蒙、鲁、晋）的燃煤机组进行节能环保改造，取得了显著的节能和环保效果[16-19]。在清洁生产技术改造方面，钢铁焦化行业可在干熄焦技术、烧结机脱硫脱硝技术、高炉炉顶余压发电技术等清洁生产技术环节依据实际情况革新工艺，节能减排[20-22]。

2.2.3 火电行业大气污染物排放清单

2013年京津冀地区火电行业共排放SO229.84万t、NOx62.39 万 t， PM107.20 万 t。

河北省火电行业对京津冀地区火电行业污染物排放量的贡献最高，SO2、NOx、PM10的排放量分别为26.53万t、48.58万t、5.96万t，分别占京津冀火电总排放量的88.90%、77.87%、82.78%；北京市火电行业对京津冀地区火电SO2、NOx、PM10排放量的贡献分别占1.30%、1.48%、3.09%；天津市火电行业对京津冀地区火电SO2、NOx、PM10排放量的贡献分别占9.80%、20.64%、14.03%。各市火电行业排放量见图1。

2013年京津冀火电行业SO2排放量以石家庄市（6.01万t，20.13%）最高，其次为邯郸（14.92%）、唐山（14.60%）、天津（9.80%）、张家口、秦皇岛、邢台、保定、衡水、沧州、承德、廊坊、北京；NOx排放量以天津市（12.88万t，20.64%）最高，其次为石家庄（16.15%）、邯郸（14.66%）、唐山（13.31%）、张家口、邢台、保定、沧州、秦皇岛、承德、衡水、北京、廊坊；烟尘排放量以唐山市（PM101.37万t，16.55%）最高，其次为石家庄（15.11%）、天津（14.03%）、邯郸（11.26%）、张家口、保定、邢台、沧州、秦皇岛、北京、衡水、承德、廊坊。可知，天津市和河北省的石家庄、唐山、邯郸、张家口等市仍有较大的减排空间。

2.2.4 钢铁焦化行业大气污染物排放清单

2013年京津冀地区钢铁焦化行业共排放SO242.51万t、NOx69.61万t、PM1023.16万t。其中，北京市无钢铁焦化行业；河北省钢铁焦化行业对京津冀地区钢铁焦化污染物排放量的贡献最高，SO2、NOx、PM10排放量分别为39.92万t、65.60万t、21.92万t，分别占京津冀钢铁焦化总排放量的93.91%、94.25%、94.63%；天津市钢铁焦化行业对京津冀地区钢铁焦化SO2、NOx、PM10排放量的贡献分别占6.09%、5.75%、5.37%。各市钢铁焦化行业排放情况见图2。

图1 2013年京津冀各市火电行业排放量

图2 2013年京津冀各市钢铁焦化行业排放量

2013年京津冀钢铁焦化行业污染物排放涉及天津市及河北省石家庄市、唐山市、秦皇岛市、邯郸市、邢台市、保定市、张家口市、承德市、沧州市和廊坊市等10个城市。唐山市各污染物排放量（SO219.25万t、NOx31.65万 t、PM1012.04万 t， 占 45.29%、45.47%、51.97%）均居第一。SO2及NOx排放量其次为邯郸（占20.45%、20.83%）、天津（占6.09%、5.75%）、承德（占5.55%、5.32%）、廊坊、秦皇岛、石家庄、张家口、沧州、保定；烟粉尘排放量其次为邯郸（占17.63%）、天津（占5.37%）、秦皇岛（占4.53%）、廊坊、石家庄、承德、张家口、邢台、沧州、保定。可知，河北省的唐山、邯郸两市的减排空间很大。

本研究结果表明，2013年京津冀火电、钢铁焦化行业共排放SO272.35万t、NOx131.99万t、PM1030.36万t。

3 结论

（1）2013年京津冀地区火电行业总装机台数为338台，所涉及的单位为133家，在北京、天津、河北三地均有分布；2013年京津冀地区钢铁企业共107家、焦化企业80家，共有焦炉设备105（炉组）套，在唐山、邯郸、邢台三市分布较为密集。

（2）2013年京津冀地区重点耗煤行业共排放SO272.35万 t、NOx131.99万t、PM1030.36万t。其中，火电行业共排放SO229.84万t、NOx62.39万t、PM107.20万t，SO2、NOx、烟尘排放量分别以石家庄、天津、唐山市最高；钢铁焦化行业共排放SO242.51万t、NOx69.61万t、PM1023.16万t，SO2、NOx、烟尘排放量均以唐山市最高，其次为邯郸、天津市。

（3）通过2013年京津冀地区重点耗煤行业排放清单情况可知，京津冀地区大气污染物排放地域分布不平衡，唐山、天津、石家庄、邯郸四市重点耗煤行业在企业数量和污染物排放量上均占前四位。

（4）通过自下而上方式建立的高分辨率排放清单，对于提高污染物排放量统计数据准确程度、分析重点污染物排放源和分析大气污染贡献分布具有较显著的作用，对开展有针对性的污染物减排工作意义重大。

（5）本研究建立的2013年京津冀地区重点耗煤行业排放清单，可依据2013年后推行的一系列重点耗煤行业产业调整方案进行调整和更新，是进一步开展空气质量模式模拟研究的重要数据基础。此外，可作为研究依据，通过减排情景模拟，与2014—2017年实际空气质量情况进行对比，评估京津冀区域减排政策和环境治理政策的实施情况与效果。

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