大气氮氧化物的排放及控制

而
fk
上
QN i, j(k ), f
t
(1
PN i, j
(k
),
f
(t
))
KN i, j
(k
).
f
(t)Fi,
j
(
k
),
f
(t
)
部门内某燃料类型 NOX脱除率 NOX排放因子 燃料消耗量
➢ 研究区域 ✓ 中国大陆31个省、直辖市和自治区
➢ 时间跨度 ✓ 历史年份：1980年～2000年； ✓ 现状年份：2000年； ✓ 预测年份：2010年，2020年，2030年；
全球NOX排放量估计
排放源类型 矿物燃料燃烧 超音速飞机 平流层光化学 生物质燃烧
雷电 土壤排放 NH3的氧化 海洋NO2－的光解
合计
年生成量（1012g·a-1，以氮计） 14～28 0.15～0.3 0.5～1.5 4～24 2～20 ～8 <5 0.5~1.5 34~88
1999年美国NOX排放状况
乡村居民 1.88 2.25 1.7 16.7 2.49 3.21 1.95 0.88 0.18
0.89
0.70 1.29
能源强度，tce/万元GDP
GDP (万亿元)
中国NOX排放现状
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5
0
0
1980 1985 1990 1995 2000 2005
5 4 3 2 1 0 1980
%
51.1
45.0
43.0
第三产业（服务业）
%
33.6
40.0
44.5
2030年 513253.47 591082.08 680262.38
32901 37890 43607
2030年
10.0
42.0
48.0
终端能源需求预测结果
项目
消费 总量
终端能源需求量（亿tce）
2000～2030年中国终端能源需求总量预测结果
建筑业 0.6%
火力发电 39.6%
工业 27.7%
其他转换 农业 5.8% 1.2%
不同燃料品种对NOX排放总量贡献
2003年NOX排放燃料清单
煤油
汽油1.4% 原油 6.2% 0.6%
煤气
0.8%
柴油 12.5%
焦炭 8.1%
炼厂干气
燃料油 液化石油气 0.0%
3.0%
0.1% 天然气
0.4%
2000～2010年 7.0 7.5 8.0
2010～2020年 6.0 6.5 7.0
2020～2030年 5.0 5.5 6.0
GDP及产业构成的构想
年份
GDP/亿元 （2000年价）
人均GDP (元/人)
未来中国GDP总量发展趋势
方 案 2000年
2010年
2020年
低
175946.35
315093.11
2000
单
年
位 实际值
2010年
低
中
高
2020年
低
中
高
2030年
低
中
高
万 12403 17054 17751 18478 24200 26213 28414 32522 36705 41499
tce
2
0
3
6
4
9
8
4
2
5
45
40
居民生活
服务业
35
交通运输
30
建筑业
25
工业
农业
20
15
10
5
0 基准 2000年
辐射影响： －－直接影响 －－通过气溶胶
－－通过OH影响
PM SO2 NOX VOC NH3 CO2 CH4 N2O
CFCs HFCs SF6
√√√ √ √
√√
√√
√
√√
√
√
√
√√ √
√
√√√ √ √
√√
√
√
NOX污染的环境影响－－酸雨，PM2.5
N污染及其影响
英国氧化态N和还原型N质量平衡
北欧国家酸沉降和富营养化超量中N比例
亿
60亿
全球人口：40
✓ 能源消耗：61亿 TOE ✓ SO2排放： 60 TgS ✓ NO排放： 20 TgN of NO ✓ NH3的排放：23 TgN of NH3
100亿 TOE 75 TgS
33 TgN of NO 50 TgN of NH3
✓ 在25年内，人口增长50％， SO2增长25％ ，NO增长65％, NH3增长120％
清华
( 145 礸/m 3)
未鉴别成分 21%
微量元素 1%
有机物 34%
地壳尘 11%
铵盐离子 5%
硝酸盐离子 8%
元素碳
8% 硫酸盐离子
12%
全球NOX排放量
SO2 NH3 NOX
氮氧化物（NOX）排放量的变化
➢ 1975年(First International 2000年(6th
Acid Rain Conference) International Acid
增长率 （‰）
7.58 10.54 7.60 4.27
城市人口
人数/亿 百分比（%）
4.58
36.22
5.88
42.4
7.68
51.4
9.11
58.4
农村人口
人数/亿 百分比（%）
8.07
63.78
7.89
57.6
7.27
48.6
6.49
41.6
未来中国国民经济增长构想
年份 GDP年均增长率（%）
低方案 中方案 高方案
能源需求预测方法－－部门分析法
➢ 基准年 2000年
➢ 预测年份 2010年 2020年 2030年
➢ 能源需求预测表达式
全国终端能源需求总量
煤炭、焦炭、汽油、柴油、燃料油、天然气、煤气、LPG、热力、电力等
非物质生产部门
物质生产部门 农业 工业 交通 建筑 商业
居民生活消费
城镇
乡村
Gt Git Gi0 1 tt0
➢ 能源生产与消费部门划分 ✓ 火力发电、其他能源转换、农业、工业、建筑业、交 通运输业、服务业及居民生活消费；
➢ 燃料类型 ✓ 商品燃料：煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃 料油、LPG、炼厂干气、天然气及煤气等 ✓ 农村非商品燃料：作物秸秆，薪柴
排放因子确定
➢ NOX排放源
✓ 固定源：电站锅炉、工业锅炉、采暖锅炉、茶浴炉、民用 小煤炉、公福灶、居民炊事灶等；
分部门、燃料品种的NOX排放因子集
排放源类型 煤炭 焦炭 原油 汽油 煤油 柴油 燃料油 LPG 炼厂气 焦炉气 煤气 天然气 薪柴 秸秆
kg/t
kg/m3×10-4
kg/t
火力发电 8.85
7.24 16.7 21.2 7.4 10.06 3.74 0.75 13.64 1.79 40.96
供热
氧化产物
O3 伤害植物
PAN
伤害植物 刺激眼睛
甲醛、丙稀醛等 刺激眼睛
聚合与核长大
气溶胶 光雾
NOX－VOC－O3关系
NＯx污染的环境影响－－北京案例
车公庄
(129 礸/m 3)
未鉴别成分 20%
微量元素 1%
地壳尘 12%
铵盐离子 5% 硝酸盐离子 10%
有机物 30%
元素碳 7%
硫酸盐离子 15%
各省区NOX排放分布, 2003
➢NOX排放大省： 河北、辽宁、江苏、 山东、广东、山西、 河南、四川等
➢80％以上在中东部地区
新疆 宁夏 青海 甘肃 陕西 西藏 云南 贵州 四川 重庆 海南 广西 广东 湖南 湖北 河南 山东 江西 福建 安徽 浙江 江苏 上海 黑龙 吉林 辽宁 内蒙 山西 河北 天津 北京
7.25 9.0 5.09 16.7 7.46 9.62 5.84 2.63 0.53 9.58 1.26 20.85
建筑业
7.25 9.0
16.7 7.46 9.62 5.84 2.63
1.26 20.85
交通运输业
公路 铁路
7.5 9.0
31.7 27.4 27.4 27.4 18.1 36.25 36.25
其它
7.5 9.0 5.09 16.7 27.4 54.1 54.1
20.85
服务业 3.75 4.5 3.05 16.7 4.48 5.77 3.5 1.58 0.32 6.69 0.89 14.62
城市居民 1.88 2.25 1.7 16.7 2.49 3.21 1.95 0.88 0.18 6.69 0.89 14.62
低 中高 2010年
低中 高 2020年
低中 高 2030年
未来能源消费需求总量及构成
项目
一次能源需求总量 其中：煤炭 石油 天然气 水电、核电 一次能源构成
2000年
2010年
单位
基准值
低
中
高
2020年
低
中
高
2030年
低
中
高
万tce 130297 178560 187437 196887 252843 281823 306703 338233 395883 449800
1990
2000
2010
能源消费总量，亿tce
Total NOX emissions (Mt)
1980～2004年： ➢ GDP年均增长率 9.5% ➢ 能源消费年均增长 5.05% ➢能源消费弹性系数： 0.53 ➢能源强度总体下降，近3年反弹
20 2003年，16Mt
15
10
5
0 1980 1985 1990 1995 2000 2005
i
Qt Qit Qt0 1 tt0
i
经济指标
ENt Eit Eit0 (1 )tt0 GitQit Gt gitQit
i
i
i
外部变量 人口指标
能耗指标
人口和国民经济增长构想
未来中国人口发展及城市化的基本假设
年份
2000 2010 2020 2030
总人口 亿人 12.66 13.86 14.95 15.60
煤炭 66.9%
➢燃煤是最大来源： 60％～70% ➢柴油、焦炭、汽油次之
➢近年燃煤贡献率略有下降 ➢汽油、柴油贡献率上升较快
中国能源消费现状，1980－2004
能源生产总量及构成，Mtce
能源消费量(Mtce)
2000 1500 1000
Hydro-power Natural gas
Petroleum Coal
0
30
60
90
120
150
NOX排放量，万t
各省区NOX排放强度分布
>10
•西部地区排放强度很小
各经济部门NOX排放状况
➢ 90%左右NOX排放源于 火力发电、工业、交通运输
➢火电厂已成为最大排放源 ➢交通部门贡献率增长迅速
2003年中国NOX排放的部门清单
服务业 生活消费 2.2% 1.5%
交通运输 21.4%
大气氮氧化物的排放及控制
➢NOX污染的环境影响 ➢氮氧化物的来源与排放趋势 ➢中国NOX排放现状及发展趋势 ➢发达国家NOX排放控制 ➢中国NOX排放控制策略的确定 ➢选择性催化还原技术（SCR）
NOX含义
扩展到温室效应的多种污染物、多种环境影响比价
健康影响： PM O3
植被破坏： O3 酸化 富营养化
500
0 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 (a)
2000 1500 1000
水电(Hydro-power) 天然气(Natural Gas) 石油(Oil) 煤炭(Coal)
500
0 1980
1985
1990
1995
2000
能源消费总量及其构成
年 份 总量（万tce） 煤炭(%) 石油（%) 天然气(%) 水电(%) 1990 98703 76.2 16.6 2.1 5.1 1996 138948 74.7 18.0 1.8 6.1 2000 130297 66.1 24.6 2.5 6.8 2001 2003 170943 67.6 22.7 2.7 7.0 2002 2004 197000 67.7 22.7 2.6 7.0
✓ 移动源：机动车、铁路机车、飞机等 ✓ 其他源：工艺排放源、生物质燃料
➢ NOX排放水平
✓ 典型燃烧设备实际测试; 文献调研、专家咨询等 ✓ 测试方法：《空气和废气监测分析方法》推荐仪器法 ✓ 测试仪器：英国Kane公司KM9106便携式烟气分析仪等 ✓ 测试地点：北京、河北、河南、浙江、安徽、山东等
7.25 9.0 5.09 16.7 7.46 7.4 5.84 2.63 0.53 9.58 1.26 20.85
炼焦
0.37
炼油
0.24
制气
0.75 0.9
5.84
0.96
农业
3.75 4.5 3.05 16.7 4.48 5.77 3.5 1.58 0.32 6.69 1.26 14.62
工业
NOX的形成机理复杂：计算结果 有较大不确定性
煤粉炉NOX排放与燃烧方式关系
中国NOX排放量现状及发展趋势 ： 排放量计算方法
QTN t QiN t
全国
燃料消耗的排放因子法
i
QiN t
QN i, j
t
各省、市、区
自
j
QN i, j
t
QN i, j (k ),
f
(t)
下
省内各部门
中
89442.2
184343.20
346037.52
高
193099.00
379854.96
低
12695
21076
Байду номын сангаас
中
7078
高
13300 13932
23146 25408
未来中国产业结构的构想方案
产业类别
单位
2000年
2010年
2020年
第一产业（农业）
%
15.2
15.0
12.5
第二产业（工业、建筑业）
NOX污染的环境影响
NO2（微量）
NO2 + UV → NO2
NO2 → NO + O
O3
O + O2 → O3
O3 + NO → NO2 + O2
紫外光 NO
O3 + HC → ↓
醛类及其它氧化物
刺激眼睛 醛类
复杂的有机化合物
汽车排气
太阳
HC
NO2
紫外光
HC + O2 + NO2 + UV ↓
O3 + 甲醛 + PAN + 氧化产物