煤炭既可以用于传统家用固体燃料燃烧,也可用于现代燃煤电厂发电。但是这两种燃烧方式中,煤炭处理及燃烧条件完全不同。作为传统家用固体燃料的煤炭,多为大块的低品质煤炭,采用直接燃烧方式,燃烧条件不易控制,燃烧效率较低且燃烧不充分。而现代燃煤电厂通常会使用高品质的粉煤,在可控条件下鼓入空气,实现煤炭充分高效燃烧。使用传统家用固体燃料燃烧是影响健康因素的主要大气污染物来源。最显著的区别在于燃煤电厂的燃烧效率更高、燃烧更完全,并且污染物会通过高烟囱排放,不会直接排放到人们的生活区域。总体而言,与传统家用固体燃料燃烧这种低效、高排放的燃料利用方式相比,现代燃煤电厂代

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大咖说:现代燃煤电厂代表了一种更高效、先进、清洁的能源利用方式

2015-03-13 17:36 来源:《基石》杂志 

煤炭既可以用于传统家用固体燃料燃烧,也可用于现代燃煤电厂发电。但是这两种燃烧方式中,煤炭处理及燃烧条件完全不同。作为传统家用固体燃料的煤炭,多为大块的低品质煤炭,采用直接燃烧方式,燃烧条件不易控制,燃烧效率较低且燃烧不充分。而现代燃煤电厂通常会使用高品质的粉煤,在可控条件下鼓入空气,实现煤炭充分高效燃烧。

使用传统家用固体燃料燃烧是影响健康因素的主要大气污染物来源。最显著的区别在于燃煤电厂的燃烧效率更高、燃烧更完全,并且污染物会通过高烟囱排放,不会直接排放到人们的生活区域。总体而言,与传统家用固体燃料燃烧这种低效、高排放的燃料利用方式相比,现代燃煤电厂代表了一种更高效、先进、清洁的方式。

尽管在发达国家并不常见,但目前世界上仍有很多人在使用木材、木炭、煤炭、粪便和农作物秸秆等固体燃料进行取暖、照明和烹饪。据估计,2010年全球有近41%的家庭(约28亿人口)主要使用固体燃料做饭。近期,一项有关室内空气污染引发呼吸风险的综合评估表明,受传统家用固体燃料燃烧产生的废气影响,全球有近三分之一人口面临健康隐患。

本文将比较传统家用固体燃料燃烧产生的污染物和燃煤电厂排放的污染物,分析人们在这两种燃烧方式造成的大气污染物的接触水平。本文取样来源于美国比较旧且污染物控制水平有限燃煤电厂,即使如此仍然较传统家用固体燃料燃烧更为清洁,而现代先进的燃煤电厂则更为环保。

传统家用固体燃料加剧室内空气污染

众所周知,在全球大部分地区,在室内使用低效率、排风差的燃烧设备(如炉灶、火灶或壁炉)燃烧传统家用固体燃料(如木材、木炭、煤炭、牛粪和农作物秸秆)容易产生更多的大气污染物。这主要是因为燃烧设备的燃烧效率较低,燃料不能充分燃烧,而且污染物直接排放到生活区内,排放浓度会不断累积。传统家用固体燃料燃烧排放的烟雾中通常含有大量的未燃尽物质,包括细颗粒物和粗颗粒物(如PM2.5和PM10)、一氧化碳(CO)、二氧化氮、二氧化硫以及其他各类大气污染物,如甲醛、丁二烯、苯、乙醛、丙烯醛、酚类、芘、苯并芘、苯并(a)芘和甲酚等。在传统固体燃料炉中,大约有6% ~ 20%的固体燃料转化成有毒烟雾。污染物的成分取决于燃料的类型和含水量、燃炉技术和操作方式等因素。

颗粒物和CO是不充分燃烧的主要产物,被认为是影响人体健康的最大风险。下图显示了传统家用固体燃料燃烧所产生PM2.5和CO在室内空气中的含量。PM2.5的浓度从每立方米空气中几百微克(1微克=10-6克)到几千微克;CO的浓度高达每立方米数百毫克(1毫克=1000微克=10-3克)到上千毫克。

最近有一项关于随机选取中国2个县区163户农村家庭使用固体燃料燃烧的研究显示,使用不同固体燃料和不同炉灶(通风型、不通风型、可移动炉灶,火坑以及混合通风灶等)产生的污染物浓度各不相同,燃烧木材、农作物秸秆和玉米芯等混合物产生的PM2.5浓度为276微克/立方米,燃烧木材产生的PM2.5浓度是327微克/立方米,燃烧烟煤产生的PM2.5浓度为144微克/立方米,燃烧无烟煤产生的PM2.5浓度为96微克/立方米。

燃煤电厂大气污染物排放模型测算:对大气质量的影响较小

相较于传统的固体燃料,燃煤电厂排放的PM2.5和CO的地面浓度要低很多。根据美国燃煤电厂对周边大气质量影响的公开研究报告,下图总结了模型预测的PM2.5和CO浓度,与新建电厂和改造电厂相比,大多数取样燃煤电厂都是老旧燃煤电厂,没有采用洁净煤技术。

关于颗粒物浓度的计算,多数研究中分别将燃煤电厂直接排放的固体颗粒物(一次粒子)和大气中二氧化硫和氮氧化物附着到大气中的微尘和水汽当中形成的硫酸盐和硝酸盐(二次粒子)考虑在内。

通过两个图标的对比,不难发现,燃煤电厂排放的PM2.5和CO排放的年均值远远低于使用传统家用固体燃料燃烧产生的PM2.5和CO排放的日均值。美国老旧燃煤电厂排放区域空气的PM2.5小于1微克/立方米,而使用传统家用固体燃料燃烧空气中PM2.5排放量却高达每立方米几百到几千微克。有关CO排放量的研究表明,2002年得克萨斯州圣安东尼奥地区的3个燃煤电厂加上燃气电厂排放CO的年均排放量仅为使用传统家用固体燃料燃烧排放的CO的万分之一。

由此可见,室内燃烧传统家用固体燃料排放的PM2.5和CO浓度是美国燃煤电厂污染物排放地面附近浓度的数千倍。即便是没有装设污染物控制设备的传统燃煤电厂,其排放量与发展中国家使用传统固体燃料、缺少国际支持用以提高效率和环保措施的燃煤电厂相当,不同量级的污染物排放观测值也比传统家用固体燃料的排放量低很多。

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