随着国民经济的高速发展,城市化进程的加快,机动车保有量急速增长和能源密集型工业的快速发展,使得我国氮氧化物(NOx)人为排放量显著增加。据相关数据统计,我国氮氧化物(NOx)总排放量1980年约为468万t, 2000年增至1177万t,平均年增长4.6%,到2004年又猛增至1600万t。近两年,中国NOx的排放量仍然呈现出快速增加的态势,若不采取进一步的排放控制措施,到2020年,中国的氮氧化物(NOx)排放总量将可能达到2363-2914万t,致使环境污染进一步加剧。 近十年来,NOx排放量的剧增使我国城市大气中的NOx污染程度加重。国家环境质量标准规定,居住区的平均浓度必须低于0.10 mg/m3,年平均浓度低于0.05 mg/m3。1997年在全国357个城市中,NOx浓度年均值范围为0.001-0.140 mg/m3,其中291个城市NOx浓度年均值达到国家二级标准(0.05 mg/m3),占81.5%,66个城市超二级标准,占18.5%。1998年全国311个城市,NOx浓度年均值范围为0.006-0.152 mg/m3,其中252个城市NOx浓度年均值达到国家二级标准(0.05 mg/m3),占81.0%,59个城市超二级标准,占19.0%。1997-1998年,NOx浓度年均值超过国家三级标准(0.10 mg/m3)的城市有北京、广州和上海三市。根据1991-1998年8个年度的统计,环境空气中NOx平均浓度的年度变化趋势不明显,但北京等少数特大城市的污染有加重趋势。 氮氧化物的大量排放,也是酸雨形成的一个重要因素。近年酸雨中硝酸盐离子的浓度明显呈迅速上升趋势。据1985年以来《华南酸雨研究》、《中挪酸雨综合监测项目》有关课题在四川、贵州、福建、辽宁、山东和浙江等地所做的硫酸盐离子、硝酸盐离子监测值可知,20世纪80年代,中国大部分地区酸性降水中硫酸盐离子浓度和硝酸盐离子浓度比例为10左右,表明硫酸盐离子污染占有绝对优势;但是90年代末该比值已下降至6左右;而最近的监测结果表明,部分地区酸性降水中硫酸盐离子浓度和硝酸盐离子浓度的比例进一步降低,甚至达到3以下或更低。因此,防止酸雨污染,不但要控制SO2,还必须同时控制氮氧化物(NOx)。 氮氧化物(NOx)以燃料燃烧过程中所产生的数量最多, 70%左右来自于煤炭直接燃烧。目前,以各种炉窑等燃烧设备为代表的固定源是NOx排放的主要来源,其余主要来自机动车辆为代表移动源,此外,一些工业生产过程也是NOx的排放的重要来源。2000年,中国氮氧化物排放总量约1177万t,其中,火力发电已成为最大的排放源,约占全国排放总量的35.8%、其次是工业生产过程,其排放量约占30.9%,机动车排放量约占21.3%,火力发电、工业生产和交通运输部门对NOx排放量的贡献率之和高达90%左右。根据相关预测研究,在很长的一段时间内,火电厂仍然是中国NOx排放的第一大来源,并且所占比例将进一步提高,机动车对NOx排放的贡献将超过工业生产过程的排放量,成为中国NOx排放的第二大来源。 中国电力工业的发展至今,不断跨跃新的台阶,1987年中国电力装机容量迈上1亿千瓦台阶后,到2006年底,中国发电装机容量已达6.22亿千瓦,其中火电装机容量约占总装机容量的77.82%,达到4.84亿千瓦。火电厂燃煤消耗量也由1990年的2.91亿吨增至2006年的近12亿吨,占当年全国原煤总消耗量的50.6%。据统计2007年1-8月,全国发电总装机容量为6.4亿千瓦,其中火电装机总容量为5.14亿千瓦,发电耗用原煤8.07亿吨,同比增长了16.18%。预计2007年全国火电发电量将在2006年的基础上增长15%左右,消耗原煤13.3亿吨,同比增加11%。到2010年火电发电量中以原煤为燃料的发电量约为3.15亿千瓦时,消耗原煤15.3亿吨。未来三年,火电原煤消耗量年均增速6.3%左右,煤炭仍然是火力发电中的最主要燃料。 近年来火电装机容量增长迅速,且增速高于全国电力总装机容量增速。根据国家发改委电力工业最新发展规划,到2010年,中国电力装机总容量将达到8.4亿千瓦,其中煤电装机5.93亿千瓦,水电装机将达1.9亿千瓦,核电装机1,000万千瓦,风电装机500万千瓦,生物质发电装机550 万千瓦,天然气发电装机3,600万千瓦。按此数据测算,未来几年火电装机容量年均增速将在6%左右,其所占比重从目前的77.82%略微下降到74.64%,但绝对额仍然较大。 表1
1990~2006年我国电力总装机容量、火电总装机容量及燃煤消耗量 与发达国家相比,我国现有的煤电机组设备总体技术水平落后,发电煤耗高,能源利用率低,进一步加剧了煤炭燃烧造成的气体排放及环境污染。 2006年全国供电煤耗(标准煤)为366克/千瓦时,比2005年降低4克/千瓦时,2007年1-8月,全国供电煤耗进一步下降到354克/千瓦时,比去年同期下降10克/千瓦时,已达到2007年4月份国家发改委发布的《能源发展“十一”规划》的要求,该规划中提出,计划到2010年实现火电供电煤耗由2005年的370克/千瓦时下降到355克/千瓦时。截止2007年6月30日,全国已经关停小火电机组551万千瓦,随着单位能耗量大的小火电厂的逐步关闭,到2010年火电供电单位耗煤量有望降至约348克/千瓦时的水平。我国火电发电量中近99%来自于燃煤,其余1%左右来自于燃油和燃气(包括天然气、煤气、液化石油气等)。火电单位能耗的小幅下降并不能改变电煤需求的增涨趋势。 表3全国发电标准煤耗、供电煤耗以及部分国家的供电煤耗参考 表4
我国火电厂发电量、NOx排放量及单位发电量的NOx排放量 相对于我国火电的总装机容量和总发电量而言,火电厂氮氧化物(NOx)排放量的增加速率明显小于我国火电发电量的增加速率,我国火电单位发电量的NOx排放水平总体呈逐步下降趋势。根据我国历年(1990~2004年)火电机组NOx排放量分析,同期火电机组发电量增加了2.65倍,NOx排放量增加1.91了倍,。
但是值得注意的是,同世界主要发达工业国家比较,我国的火电NOx排放水平仍然很高。 2004年我国火电厂NOx 排放量665.7万t,单位火电NOx的排放值为 3.68g/kW· h,与美国、日本、英国、德国等发达国家1985 年的排放水平相比, 仍然高出许多。 专家预测,如果按目前的排放情况,只控制SO2排放,而不采取有效措施控制NOx的排放,预计到2010年NOx排放量将达850万t左右,2015-2020年,火电NOx排放总量将会超过SO2,成为电力行业的第一大酸性气体污染物。因此,控制火电厂NOx排放对缓解我国NOx排放量不断增长的趋势至关重要。
资料来源互联网,数据准确性有待考证~
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