基于技术的水泥工业大气颗粒物排放清单
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
综合使用模型工具和地面、卫星观测, 研究我国 大气颗粒物, 尤其是细颗粒物对区域大气环境的影 响, 并用于空气质量管理决策, 已经成为大气环境研 究的热点之一. 了解大气颗粒物的源排放量、排放特 征、排放地理分布, 以及部门、技术分布对排放的影 响, 对此类研究具有重要意义. 然而, 目前中国大气
颗粒物排放清单的研究刚刚起步. 张强等[ 3] 以 2001 年为基准年计算了我国人为源各种粒径范围大气颗 粒物( TSP、PM10 和 PM2. 5 ) 的 排放量, 指 出水泥工业 是我国最主要的人为 PM2 5 排放源.
大气颗粒物是影响我国城市空气质量的主要污
染物, 2006 年空气质量未达到国家二级标准的城市 中, 可吸入颗粒物( PM10 ) 未达标的占 89% [ 1] . 细颗粒
物( PM2. 5 ) 会危害人体的呼吸系统, 降低能见度, 并
有可能通过长距离传输影响区域空气质量. 大气颗 粒物中的盐基阳离子( Ca2+ 、Mg2+ 、N a+ 、K + ) 作为碱 性物质, 是影响酸沉降量的重要因素[ 2] .
模型需要输入分省的 分窑型水泥 产量. 其中, 1979 年以来分省的新型干法水 泥产量和水泥总产 量通过中国水泥协会的历年分省产能统计和中国统 计年鉴得到; 根据水泥协会统计资料及相关文 献[ 4, 6, 7] 中统计的中国立窑和除新型干法外的旋窑产 量, 以及这些旋窑的产能比重, 利用分段插值的方法 得到历年中国立窑和其他旋窑的水泥产量. 1979~ 2004 年我国各种窑型的水泥产量如图 1 所示.
第 29 卷第 8 期 2008 年 8 月
环 境科 学 ห้องสมุดไป่ตู้NVIRONMENTAL SCIENCE
Vol. 29, No. 8 Aug. , 2008
基于技术的水泥工业大气颗粒物排放清单
雷宇1 , 贺克斌1* , 张强2 , 刘作毅3
( 1 清华大 学环境科学与工程系, 北京 100084; 2 美国阿贡国家实验室, 阿贡 60439; 3 中 国水泥协会 信息工作 部, 北京
控制, E mail : leiyu98@ mails. tsinghua. edu. cn * 通讯联系人, E mail: hekb@ tsinghua. edu. cn
8期
雷宇等: 基于技术的水泥工业大气颗粒物排放 清单
2 367
达 81% [ 4] ; 近年来先进的新型干法水泥生产线迅猛 发展, 其产量在 2000~ 2004 年间翻了两番. 由于不 同的水泥生产工艺在颗粒物产生、除尘设施的应用 上都有巨大差异, 统一的排放系数不能反映水泥生 产工艺的空间分布和随时间的变化对水泥工业大气 颗粒物排放的影响, 也不能对水泥工业大气颗粒物 排放控制政策的提出提供足够的科学支持. 鉴于此, 本研究在对水泥工业的工艺分布及除尘设施的应用 调研基础上, 建立了一个基于技术、自下而上的动态 水泥工业大气颗粒物排放计算模型, 利用该模型计 算了 1990~ 2004 年我国水泥工业各种粒径 范围大 气颗粒物( TSP、PM10 和 PM2 5 ) 的排放量, 并探讨了水 泥生产工艺及颗粒物控制技术对我国水泥工业大气 颗粒物排放特征的影响.
为 i 省 m 技术对应的水泥产量; ef m, y 为 m 生产技术
下粒径范围为 y 的颗粒物的排放系数. EFm 为 m 技
术的 TSP 产污系数; Fm, y 为 m 技术所产生的总颗粒
物中粒径范围 y 的颗粒物所占比例; Cm, n 为颗粒物
控制技术 n 在生产技术 m 中的应用比例; n , y 为控
术考虑了布袋除尘器、静电除尘器、湿式除尘器、旋
风除尘器等.
1 2 模型参数的确定
根据式( 1) 和式( 2) , 模型计算各粒径范围颗粒 物排放时需要确定的参数包括: 各种生产技术对应 的分省水泥产量, 各种生产技术的 TSP 产污系数及 其中不同粒径颗粒物的质量百分比, 不同水泥生产 技术所对应的颗粒物排放控制技术分布, 以及这些 控制技术对颗粒物的分级去除效率. 以下逐一讨论 这些模型参数的确定过程. 1 2 1 水泥产量
Technology Based Emission Inventory of Particulate Matters ( PM) from Cement
Industry
LEI Yu1 , HE Ke bin1 , ZHANG Qiang2 , LIU Zuo yi3
( 1. Department of Environmental Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. Argonne National Laboratory,
Argonne, Illinois 60439, USA; 3. Department of Information, China Cement Association, Beijing 100831, China)
Abstract: A bottom up PM emission model was developed based on the production technologies and PM emission control devices in Chinese cement industry. Through analyzing the historical distribution of technologies in cement producing and the impact of standards on PM emission control from cement industry, emission factors of cement industry in China during 1990 2004 were generated by this technology based model, and emission inventories were developed thereby. Emission factor decreased from 27 9 kg t- 1 cement in 1990 to 8. 05 kg t- 1 cement in 2004. Emissions of PM from cement industry in China reached the peak value in 1997, with 1 044 104 t of TSP, 716 104 t of PM10 , 436
目前的排放清单在计算中对所有的水泥工艺都 采用了统一的排放系数[ 3] . 而我国的水泥工业存在 着多种生产工艺并存的现象, 发达国家早已淘汰的 立窑在 1985~ 2004 年的 20 a 间一直占据了我国水 泥产量的 60% 以上, 在 20 世纪 90 年代中期一度高
收稿日期: 2007 07 16; 修订日期: 2007 08 20 基金项目: 国家重点基础研究发展规划( 973) 项目( 2005CB422201) 作者简介: 雷宇( 1980~ ) , 男, 博士研究生, 主要研究方向为大气污 染
A i, m ef m, y
( 1)
m
# ef m, y = EFm Fm, y
Cm, n ( 1 - n, y ) ( 2)
n
式中, i 为省( 直辖市, 自治区) ; y 为粒径范围; m
为水泥生产技术类型; n 为颗粒物排放控制技术类
型; Ei, y 为 i 地区粒径范围 y 的颗粒物排放量; A i, m
图 1 1979~ 2004 年我国分生产技术的水泥产量 Fig. 1 Product ions of cement by product ion technologies during 1979~ 2004
1 2 2 水泥生产过程的颗粒物产生系数 水泥生产的全过程, 每一步都产生颗粒物污染,
其中水泥窑是最主要的大气颗粒物排放源. 通过文 献调研[ 8~ 10] , 获取了不同水泥窑及其他水泥生产工 序的大气颗粒物产生系数, 以及不同窑型和工序所 产生的大气颗粒物中不同粒径颗粒物所占的质量分 数, 如表 1 所示. 1 2 3 除尘措施对颗粒物的去除效率
100 831) 摘要: 针对我国水泥工业的生产技术及生产过程中的 大气颗 粒物排 放控制 技术分类, 建 立了一 个基于 技术、自下而 上的大 气 颗粒物排放模型. 通过分析我国水泥工业不同 生产工艺所占比重的历史变化趋势, 以及不 同时期水泥 工业大气 颗粒物控制 标 准的影响, 利用此模型计算了 1990~ 2004 年全国 水泥工业大气颗粒物的排放系数和排放量. 我国水泥 工业的大 气颗粒物的 排 放系数由 1990 年的27 9 kg t- 1 水泥下降至 2004 年的8 05 kg t- 1 水泥; 大气颗 粒物排 放量自 1990 年起逐 年增加, 于 1997 年 达 到最高值1 044 104 t, 其中 PM10 排放量为 716 104 t, PM2 5排放量为 436 104 t; 此后逐年降低, 到 2001 年后又有缓慢增加. 我国 水泥工业大气颗粒物排放量的地理分布很不均衡, 山东、广东、河北、江苏、浙江和河南的排放量 超过了全国 总排放量 的 50% . 新型干法水泥生产线替代立窑生产线的进程以及 2004 年!水泥工业大气 污染物排放标准∀ 的颁布将很可能大幅 降低我国水 泥 工业的大气颗粒物排放量, 从而在很大程度上 影响我国的大气颗粒物污染特征. 关键词: 大气颗粒物; 水泥工业; 排放系数; 排放清单; 基于技术 中图分类号: X513 文献标识码: A 文章编号: 0250 3301( 2008) 08 2366 06
104 t of PM2. 5 emitted, then decreased until 2001, and increased slowly again during 2001 2004. The distribution of PM emissions among provinces is uneven. Shandong, Guangdong, Hebei, Jiangsu, Zhejiang, and Henan contribute more than 50% of emissions of China. Rapid spread of pre calcining kilns in China and implementation of Emission Standard of Air Pollutants for Cement Industry in 2004 will probably decrease PM emissions from cement industry to a large extent, leading to obvious variation on PM pollution characteristics in China. Key words: particulate matters; cement industry; emission factor; emission inventory; technology based
制技术 n 对于粒径范围y 的颗粒物的去除效率.
模型的研究区域包括中国大陆的 31 个省、自治
区和直辖市. 根据我国水泥生产工艺的分布现状, 模
型研究的水泥生产技术包括新型干法窑、预热器窑、
干法中空带余热发电窑、立波尔窑、湿法窑和立窑等
6 种窑型, 以及其它生产工艺设备, 如熟料冷却机、
煤磨、生料磨、水泥磨、破碎机等. 颗粒物排放控制技
1 方法与数据
1 1 计算方法 参照国际应用系统分析研究所的大气颗粒物排
放计算方法[ 5] , 建立了一个列表模型, 采用自下而上 的方法计算中国水泥工业大气颗粒物排放量. 模型 将颗粒物分为> PM10 、PM2 5~ 10 和 PM2 5 粒径范围, 分 别计算排放量. 计算公式如下:
# Ei , y =
颗粒物排放清单的研究刚刚起步. 张强等[ 3] 以 2001 年为基准年计算了我国人为源各种粒径范围大气颗 粒物( TSP、PM10 和 PM2. 5 ) 的 排放量, 指 出水泥工业 是我国最主要的人为 PM2 5 排放源.
大气颗粒物是影响我国城市空气质量的主要污
染物, 2006 年空气质量未达到国家二级标准的城市 中, 可吸入颗粒物( PM10 ) 未达标的占 89% [ 1] . 细颗粒
物( PM2. 5 ) 会危害人体的呼吸系统, 降低能见度, 并
有可能通过长距离传输影响区域空气质量. 大气颗 粒物中的盐基阳离子( Ca2+ 、Mg2+ 、N a+ 、K + ) 作为碱 性物质, 是影响酸沉降量的重要因素[ 2] .
模型需要输入分省的 分窑型水泥 产量. 其中, 1979 年以来分省的新型干法水 泥产量和水泥总产 量通过中国水泥协会的历年分省产能统计和中国统 计年鉴得到; 根据水泥协会统计资料及相关文 献[ 4, 6, 7] 中统计的中国立窑和除新型干法外的旋窑产 量, 以及这些旋窑的产能比重, 利用分段插值的方法 得到历年中国立窑和其他旋窑的水泥产量. 1979~ 2004 年我国各种窑型的水泥产量如图 1 所示.
第 29 卷第 8 期 2008 年 8 月
环 境科 学 ห้องสมุดไป่ตู้NVIRONMENTAL SCIENCE
Vol. 29, No. 8 Aug. , 2008
基于技术的水泥工业大气颗粒物排放清单
雷宇1 , 贺克斌1* , 张强2 , 刘作毅3
( 1 清华大 学环境科学与工程系, 北京 100084; 2 美国阿贡国家实验室, 阿贡 60439; 3 中 国水泥协会 信息工作 部, 北京
控制, E mail : leiyu98@ mails. tsinghua. edu. cn * 通讯联系人, E mail: hekb@ tsinghua. edu. cn
8期
雷宇等: 基于技术的水泥工业大气颗粒物排放 清单
2 367
达 81% [ 4] ; 近年来先进的新型干法水泥生产线迅猛 发展, 其产量在 2000~ 2004 年间翻了两番. 由于不 同的水泥生产工艺在颗粒物产生、除尘设施的应用 上都有巨大差异, 统一的排放系数不能反映水泥生 产工艺的空间分布和随时间的变化对水泥工业大气 颗粒物排放的影响, 也不能对水泥工业大气颗粒物 排放控制政策的提出提供足够的科学支持. 鉴于此, 本研究在对水泥工业的工艺分布及除尘设施的应用 调研基础上, 建立了一个基于技术、自下而上的动态 水泥工业大气颗粒物排放计算模型, 利用该模型计 算了 1990~ 2004 年我国水泥工业各种粒径 范围大 气颗粒物( TSP、PM10 和 PM2 5 ) 的排放量, 并探讨了水 泥生产工艺及颗粒物控制技术对我国水泥工业大气 颗粒物排放特征的影响.
为 i 省 m 技术对应的水泥产量; ef m, y 为 m 生产技术
下粒径范围为 y 的颗粒物的排放系数. EFm 为 m 技
术的 TSP 产污系数; Fm, y 为 m 技术所产生的总颗粒
物中粒径范围 y 的颗粒物所占比例; Cm, n 为颗粒物
控制技术 n 在生产技术 m 中的应用比例; n , y 为控
术考虑了布袋除尘器、静电除尘器、湿式除尘器、旋
风除尘器等.
1 2 模型参数的确定
根据式( 1) 和式( 2) , 模型计算各粒径范围颗粒 物排放时需要确定的参数包括: 各种生产技术对应 的分省水泥产量, 各种生产技术的 TSP 产污系数及 其中不同粒径颗粒物的质量百分比, 不同水泥生产 技术所对应的颗粒物排放控制技术分布, 以及这些 控制技术对颗粒物的分级去除效率. 以下逐一讨论 这些模型参数的确定过程. 1 2 1 水泥产量
Technology Based Emission Inventory of Particulate Matters ( PM) from Cement
Industry
LEI Yu1 , HE Ke bin1 , ZHANG Qiang2 , LIU Zuo yi3
( 1. Department of Environmental Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. Argonne National Laboratory,
Argonne, Illinois 60439, USA; 3. Department of Information, China Cement Association, Beijing 100831, China)
Abstract: A bottom up PM emission model was developed based on the production technologies and PM emission control devices in Chinese cement industry. Through analyzing the historical distribution of technologies in cement producing and the impact of standards on PM emission control from cement industry, emission factors of cement industry in China during 1990 2004 were generated by this technology based model, and emission inventories were developed thereby. Emission factor decreased from 27 9 kg t- 1 cement in 1990 to 8. 05 kg t- 1 cement in 2004. Emissions of PM from cement industry in China reached the peak value in 1997, with 1 044 104 t of TSP, 716 104 t of PM10 , 436
目前的排放清单在计算中对所有的水泥工艺都 采用了统一的排放系数[ 3] . 而我国的水泥工业存在 着多种生产工艺并存的现象, 发达国家早已淘汰的 立窑在 1985~ 2004 年的 20 a 间一直占据了我国水 泥产量的 60% 以上, 在 20 世纪 90 年代中期一度高
收稿日期: 2007 07 16; 修订日期: 2007 08 20 基金项目: 国家重点基础研究发展规划( 973) 项目( 2005CB422201) 作者简介: 雷宇( 1980~ ) , 男, 博士研究生, 主要研究方向为大气污 染
A i, m ef m, y
( 1)
m
# ef m, y = EFm Fm, y
Cm, n ( 1 - n, y ) ( 2)
n
式中, i 为省( 直辖市, 自治区) ; y 为粒径范围; m
为水泥生产技术类型; n 为颗粒物排放控制技术类
型; Ei, y 为 i 地区粒径范围 y 的颗粒物排放量; A i, m
图 1 1979~ 2004 年我国分生产技术的水泥产量 Fig. 1 Product ions of cement by product ion technologies during 1979~ 2004
1 2 2 水泥生产过程的颗粒物产生系数 水泥生产的全过程, 每一步都产生颗粒物污染,
其中水泥窑是最主要的大气颗粒物排放源. 通过文 献调研[ 8~ 10] , 获取了不同水泥窑及其他水泥生产工 序的大气颗粒物产生系数, 以及不同窑型和工序所 产生的大气颗粒物中不同粒径颗粒物所占的质量分 数, 如表 1 所示. 1 2 3 除尘措施对颗粒物的去除效率
100 831) 摘要: 针对我国水泥工业的生产技术及生产过程中的 大气颗 粒物排 放控制 技术分类, 建 立了一 个基于 技术、自下而 上的大 气 颗粒物排放模型. 通过分析我国水泥工业不同 生产工艺所占比重的历史变化趋势, 以及不 同时期水泥 工业大气 颗粒物控制 标 准的影响, 利用此模型计算了 1990~ 2004 年全国 水泥工业大气颗粒物的排放系数和排放量. 我国水泥 工业的大 气颗粒物的 排 放系数由 1990 年的27 9 kg t- 1 水泥下降至 2004 年的8 05 kg t- 1 水泥; 大气颗 粒物排 放量自 1990 年起逐 年增加, 于 1997 年 达 到最高值1 044 104 t, 其中 PM10 排放量为 716 104 t, PM2 5排放量为 436 104 t; 此后逐年降低, 到 2001 年后又有缓慢增加. 我国 水泥工业大气颗粒物排放量的地理分布很不均衡, 山东、广东、河北、江苏、浙江和河南的排放量 超过了全国 总排放量 的 50% . 新型干法水泥生产线替代立窑生产线的进程以及 2004 年!水泥工业大气 污染物排放标准∀ 的颁布将很可能大幅 降低我国水 泥 工业的大气颗粒物排放量, 从而在很大程度上 影响我国的大气颗粒物污染特征. 关键词: 大气颗粒物; 水泥工业; 排放系数; 排放清单; 基于技术 中图分类号: X513 文献标识码: A 文章编号: 0250 3301( 2008) 08 2366 06
104 t of PM2. 5 emitted, then decreased until 2001, and increased slowly again during 2001 2004. The distribution of PM emissions among provinces is uneven. Shandong, Guangdong, Hebei, Jiangsu, Zhejiang, and Henan contribute more than 50% of emissions of China. Rapid spread of pre calcining kilns in China and implementation of Emission Standard of Air Pollutants for Cement Industry in 2004 will probably decrease PM emissions from cement industry to a large extent, leading to obvious variation on PM pollution characteristics in China. Key words: particulate matters; cement industry; emission factor; emission inventory; technology based
制技术 n 对于粒径范围y 的颗粒物的去除效率.
模型的研究区域包括中国大陆的 31 个省、自治
区和直辖市. 根据我国水泥生产工艺的分布现状, 模
型研究的水泥生产技术包括新型干法窑、预热器窑、
干法中空带余热发电窑、立波尔窑、湿法窑和立窑等
6 种窑型, 以及其它生产工艺设备, 如熟料冷却机、
煤磨、生料磨、水泥磨、破碎机等. 颗粒物排放控制技
1 方法与数据
1 1 计算方法 参照国际应用系统分析研究所的大气颗粒物排
放计算方法[ 5] , 建立了一个列表模型, 采用自下而上 的方法计算中国水泥工业大气颗粒物排放量. 模型 将颗粒物分为> PM10 、PM2 5~ 10 和 PM2 5 粒径范围, 分 别计算排放量. 计算公式如下:
# Ei , y =