2. 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室, 北京 100085
2. State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
加快淘汰落后产能是我国转变经济发展方式、调整经济结构、提高经济增长质量和效益的重大举措,是加快节能减排、积极应对全球气候变化的迫切需要,是走中国特色新型工业化道路、实现工业由大变强的必然要求. 自从2007 年国务院发布《关于印发节能减排综合工作方案的通知》(国发[2007]15号)以来,我国通过明确淘汰落后产能总体目标、制定实施淘汰方案,将所涉及行业的淘汰目标任务分解到市、县,落实到具体企业,并充分综合运用法律、经济、技术和必要的行政手段,确保了各年按期实现淘汰落后产能的各项目标. 为实现节能减排的目标,推进淘汰落后产能任务,2011 年12 月,工业和信息化部向各省、自治区、直辖市人民政府下达了“十二五”期间工业领域19个重点行业淘汰落后产能目标任务(工信部产业[2011]612号),比“十一五”淘汰落后产能增加了7个行业,有6个原有行业的淘汰落后产能任务比“十一五”有所增加. 2012 年,国务院印发了《节能减排“十二五”规划》(国发[2012]40号),将淘汰落后产能作为一项主要任务进行安排,规划中要求淘汰21个行业落后产能. 按照淘汰落后产能目标任务,工业和信息化部每年发布《工业行业淘汰落后产能企业名单》,向社会公布每年下达到各地区的淘汰落后产能企业名称、生产线类型、产能等情况. 同时,工业和信息化部、国家能源局来年都发布各行业淘汰落后产能目标任务完成情况,并通报未完成地区和企业.
为了减少和消除持久性有机污染物的排放,2004 年5 月17 日《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》正式生效,当前纳入公约控制的持久性有机污染物已有23 种,由工业热过程排放的非故意产生类持久性有机物染物二噁英类、多氯联苯、六氯苯都在控制名单中. 为了履行《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》,2007 年,国务院批准了由环境保护部会同13个相关部委组织编制的《中国履行〈关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约〉国家实施计划》;2010 年环境保护部联合9部委发布了《关于加强二噁英污染物防治的指导意见》(环发[2010]23号);2012 年,环境保护部通过《全国主要行业持久性有机污染物污染防治“十二五”规划》;目前,已经编制完成的《二噁英污染防治技术政策》也即将公布.
我国由于众多工业产品在世界的产量位居第一,产业结构处于不断优化调整中,二噁英类排放源较多,排放量较大. 郑明辉等[1]在《中国二噁英类POPs排放清单研究》中估算了2004 年我国各类源二噁英类的排放量,排放源主要集中在废弃物焚烧、钢铁生产、有色金属冶炼、发电和供热、含氯化学品的生产和使用等方面.
目前,我国除了通过制定重点行业排放标准和相关政策减少二噁英类排放外,应该重视淘汰落后产能政策带来的二噁英类减排的影响. 因为列入淘汰的生产设施工艺落后,污染物控制技术水平较低,污染物的排放浓度比规模大且配有高效污控设施的企业要高许多. 关停淘汰落后产能不仅可以减少常规污染物的排放,也能大大削减由工业热过程随烟气、残渣等进入环境的二噁英类持久性有机污染物[2, 3]. 而我国目前对淘汰落后产能所减排的污染物进行核算时,主要采用监测数据法、物料衡算法、排放系数法和比率估算法对减排的化学需氧量、二氧化硫和氮氧化物进行核算. 在此过程中降低的持久性有机污染物排放较少被关注. 因此,对淘汰落后产能政策的污染物减排效果缺乏综合全面的评价,这将在很大程度上低估环境政策的减排效果,不能全面反映我国在全球气候变化领域做出的努力. 本课题组曾对2006~2009 年关停落后产能减少的二噁英类进行了估算[2]. 本文将在上次研究的基础上,对2010~2013 年淘汰落后产能政策对电力行业、焦炭行业和钢铁行业(含铁合金)减排的二噁英类进行评价,以充分认识政策实施的环境效益和影响力. 此外国家“十二五”环境污染减排战略实施从单一污染物的总量控制向多种污染物协同控制转变,通过评价将为认识淘汰落后产能政策带来的多种污染物协同控制作用提供更科学的数据支撑.
2 淘汰落后产能政策对电力行业二噁英类减排的影响 2.1 电力行业关停落后小火电机组情况图 1列出了从“九五”期间到目前我国关停的小火电机组的装机容量. 数据显示淘汰小火电机组的工作早在“九五”期间就已启动,在此期间全国共关停小火电机组9 640 MW. “十五”期间,国家发改委曾计划关停15 000 MW的小火电机组,但实际只完成了8 300 MW,这主要是由于国家在这一时期电力供应紧张,小火电由于建设周期短、投资少、见效快而数量急剧增加,关停小火电的进程变得非常缓慢. 大量小火电机组的建设,使我国2005 年全国火电平均单机容量仅为60.9 MW,单机容量100 MW以下的小火电机组有115 GW,占火电装机容量的29.6%. 全国发电用煤占全国煤炭消费总量的近50%和一次能源消费总量的36%,电力行业排放二氧化硫占全国排放总量的53%. 但从2006 年开始,随着我国发布了一系列政策实施关停计划,小火电的关停力度开始逐年加大. “十一五”期间的前4 年,就关停小火电机组60 380 MW,提前实现“十一五”关停50 000 MW小火电的目标. 2009 年关停小火电机组的数量和容量达到了历史最高值,关停机组容量高达26 170 MW. 2010 年后由于小火电机组数量在我国占比降低,电力行业的节能减排压力有所减缓,电力结构调整取得成效,关停落后机组容量呈现了逐年降低的趋势. 国务院印发的《节能减排“十二五”规划》中要求,电力行业在“十二五”期间,淘汰小火电20 000 MW,淘汰对象包括在大电网覆盖范围内,单机容量在100 MW及以下的常规燃煤火电机组,单机容量在50 MW及以下的常规小火电机组,以发电为主的燃油锅炉及发电机组(50 MW及以下);以及在大电网覆盖范围内,设计寿命期满的单机容量在200 MW及以下的常规燃煤火电机组. 从2011~2013 年的完成情况来看,3年累计关停18 792 MW,已经接近关停目标.
![]() | 图 1 各阶段关停小火电机组的装机容量 Fig. 1 Phase-out of small-sized power capacities at different stages |
由于燃煤电厂燃料中硫含量高于氯含量,硫与氯原子发生反应,消耗了二噁英类生成所需要的氯源,抑制了二噁英类的形成[4]. 因此,关于燃煤电厂二噁英类排放的报道很少.
联合国环境规划署(United Nations Environment Programme,UNEP)发布的《二噁英和呋喃排放识别和量化标准工具包2版》(UNEP《工具包》)中建议燃煤发电锅炉二噁英类的大气排放因子(以I-TEQ计,下同)是10 μg·TJ-1 [5]. 欧盟在排放估算中建议,若没有实际检测数据,建议燃煤电厂选用(以燃煤量计)0.1~0.4 μg·t-1排放因子;中小型工业燃煤锅炉选用0.5~1.5 μg·t-1排放因子[6].
关停的小火电在计算其减少的二噁英类排放时,合理选择排放因子是估算的前提. 据国家电力监管委员会和国家发展改革委员会发布的《2007 年度关停小火电机组情况通报》显示,关停的小火电机组平均装机容量仅为26 MW,平均服役27 a,平均供电煤耗483 g·(kW·h)-1. 因此,在估算我国关停小火电机组排放时,排放因子选取国外中小型工业燃煤锅炉的排放因子. 按照欧盟提供的中小型工业燃煤锅炉选用0.5~1.5 μg·t-1的排放因子,选取其中间值1.0 μg·t-1作为本研究小火电机组的排放因子.
二噁英类的减排量可以按照如下公式(1)计算[2]:

根据2010~2013 年全国淘汰落后产能目标完成任务情况公告显示,各年关停小火电机组的装机容量数值见表 1[7]. 《电监会发2012 年统调常规燃煤机组利用小时数情况》中指出2012 年全国统调(省级以上调度)公用常规燃煤机组平均利用小时数为5 080 h. 分容量看,全国1 000、600、300 MW等级利用小时数分别为5 961、5 274、4 996 h. 由于关闭机组均为小型机组,在公式中每年均选取4 996 h为燃煤机组年运行时间. 根据国家电力监管委员会和国家发展和改革委员会《2007 年度关停小火电机组情况通报》,2007 年关停的小火电机组平均供电煤耗为483 g·(kW·h)-1,在公式中每年均选取此数为每千瓦时供电煤耗. 二噁英类排放因子取1.0 μg·t-1. 减少的二噁英类向大气排放量计算结果见表 1,从2010~2013 年,累计使年排放量减少约86.13 g.
![]() | 表 1 关停落后小火电机组减少的二噁英类排放量 Table 1 Reduction of dioxin emissions by eliminating small power units |
若将上述估算数据和本课题组曾估算的2006~2009 年淘汰落后产能二噁英类减排数据相结合,能全面地反映我国自2004 年履行《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》以来在二噁英类污染物减排所做的贡献. 2006~2009 年关停小火电机组容量累计高达60 380 MW,带来的二噁英类向大气减排约145.70 g·a-1. 因此,2006~2013 年累计使年排放量减少231.83 g. 2004年我国化石燃料电厂二噁英类向大气年排放量约为248.4 g[1]. 可见,8年淘汰落后产能使年排放量减少的数值相当于整个行业2004 年排放量的93%.
3 淘汰落后产能政策对焦炭行业二噁英类减排的影响 3.1 焦炭行业淘汰落后产能情况2007 年《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》(国发[2007]15号)提出了“十一五”焦炭行业淘汰炭化室高度4.3 m以下的小机焦产能需达到8 000万t. 实际“十一五”期间累计淘汰落后焦炭落后产能约10 538万t,超额32%完成任务. “十二五”期间,工业和信息化部下达的工业领域19个重点行业淘汰落后产能目标任务中和国务院印发的《节能减排“十二五”规划》中要求,焦炭行业需淘汰焦炭4 200万t,包括土法炼焦(含改良焦炉),单炉产能7.5 万t·a-1以下的半焦(兰炭)生产装置,炭化室高度小于4.3 m焦炉(3.8 m及以上捣固焦炉除外). 按照工业和信息化部工业行业淘汰落后产能企业名单公告,表 2列出了焦炭行业2010~2013 年国家下达的淘汰产能目标任务、涉及企业数和工业和信息化部、国家能源局发布的焦炭行业淘汰落后产能目标任务完成情况[7, 8]. 从中可以看出,焦炭行业每年的实际完成情况均高于目标任务. 从淘汰企业名单上看,2010 年后淘汰的焦炭生产线基本上是小机焦,其中个别地区如新疆和宁夏在2010~2011 年期间还留有少量兰炭炉和土焦生产线被关停,表明我国焦炭行业在基本实现了淘汰土焦、改良焦的基础上,主要是加快对炭化室高度在4.3 m以下小机焦炉和半焦炉等的淘汰.
![]() | 表 2 焦炭行业淘汰落后产能情况(2010~2013 年) Table 2 Phase-out of backward production capacities in coke industry from 2010 to 2013 |
UNEP《工具包》建议对于配有尾气处理装置的现代焦化企业,大气中二噁英类的排放因子可以选用0.3 μg·t-1;对于没有尾气处理装置的焦化厂,二噁英类的排放因子可以选用3 μg·t-1. Liu等[9]证实采用不同炼焦技术和不同尾气处理装置的炼焦企业二噁英类排放有很大差别. 该研究表明,对一个年产20 万t的焦化企业的装煤和推焦两个环节经除尘后产生的烟气进行检测,二噁英类的排放浓度(以WHO-TEQ计)为1 697.7 pg·m-3. 从企业淘汰名单来看,小机焦生产线占了绝大多数,每座焦炉的产能以10 万t居多,因此本研究中选用文献[9]中年产20 万t焦化企业所测二噁英类排放数据,其大气排放因子大约为1.42 μg·t-1进行减排估算. 在淘汰生产线中,还有少部分兰炭炉和土焦炉生产线,这类生产线由于产能较低,因此它们没有能力配套环保设施,其二噁英类排放因子要较一般小机焦高出许多,但由于其淘汰数量占比较少,此处没有分别计算,均采用和小机焦相同的排放因子. 表 3列出了2010~2013 年淘汰落后焦炭生产线所减排的二噁英类,累计使二噁英类向大气年排放量减少133.94 g. 估算中由于兰炭炉和土焦炉采用了比实际情况要低的排放因子,还有部分较小规模的机焦基本没有尾气除尘装置也采用了低排放因子,所以焦炭行业由于关停落后产能实际带来的二噁英类减排量要大于上述估算结果.
![]() | 表 3 淘汰落后焦炭产能减少的二噁英类排放量 Table 3 Reduction of dioxin emissions by eliminating backward production capacities in coke industry |
“十一五”期间我国累计淘汰炼铁落后产能约11 172万t,炼钢落后产能约6 638万t,铁合金落后产能约663 万t,分别超额12%、21%、66%,完成制定任务. “十二五”期间,国务院印发的《节能减排“十二五”规划》以及工业和信息化部下达的工业领域19个重点行业淘汰落后产能目标任务中,提高了对炼铁、炼钢铁合金淘汰生产线的要求,要求淘汰400 m3及以下高炉炼铁产能4 800万t、年产30 万t及以下转炉、电炉炼钢产能4 800万t、6 300 kVA以下铁合金矿热电炉、3 000 kVA以下铁合金半封闭直流电炉、铁合金精炼电炉740 万t. 按照工业和信息化部工业行业淘汰落后产能企业名单公告,表 4和表 5分别列出了炼铁、炼钢工业和铁合金工业2010~2013 年国家计划淘汰产能目标任务和工业和信息化部、国家能源局发布的钢铁行业淘汰落后产能目标任务完成情况[7, 8]. 从中可以看出,钢铁行业每年的实际完成情况均高于下达的目标任务.
![]() | 表 4 炼铁、炼钢淘汰落后产能情况(2010~2013年) Table 4 Phase-out of backward production capacities in iron and steel industrial sectors from 2010 to 2013 |
![]() | 表 5 铁合金淘汰落后产能情况(2010~2013 年) Table 5 Phase-out backward production capacities in ferroalloy industrial sector from 2010 to 2013 |
钢铁行业中铁矿石烧结和电弧炉炼钢是二噁英类生成和排放的主要工业源[10, 11, 12]. 因此,我国针对钢铁行业这两个生产过程中二噁英类排放研究较多[13, 14]. UNEP《工具包》对铁矿石烧结和电弧炉炼钢这两个环节产生的二噁英进行了综述报道,并对不同工艺的生产线给出了建议使用的排放因子[5].
在计算二噁英类削减量时,根据淘汰产能涉及企业情况,针对钢铁行业的高炉炼铁、转炉和电炉炼钢和电炉铁合金冶炼这3个环节进行减排核算. 我国目前针对高炉炼铁二噁英类排放还没有研究报道. 针对炼钢企业,Li等[15]测定了5座转炉炼钢的二类排放情况,其中烟气中二噁英类的排放水平(以WHO-TEQ计)为1.84~10.3 pg·m-3. Zou等[16]测定的电弧炉炼钢企业二类大气排放因子为3 160 ng·t-1. 我国编写的《中国履行〈关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约〉国家实施计划》中对2004 年二噁英类排放估算时,采用了UNEP《工具包》中提供的高炉、转炉和电弧炉向大气排放因子(以I-TEQ计,下同),分别为0.01、 0.1和 3 μg·t-1. 本研究在对 炼铁和炼钢工业由于关闭落后产能而减少的二噁英类排放进行估算时,也采纳该计划中所使用的排放因子. 对于炼铁选取二噁英类排放因子为0.01 μg·t-1,对于转炉炼钢选取二噁英类排放因子为 0.1 μg·t-1,电炉和 中频炉选取二噁英类排放因子为3 μg·t-1.
铁合金是钢铁工业和机械铸造行业必不可少的重要原料之一,其主要用途:一是作为脱氧剂,消除钢液中过量的氧;二是作为合金元素添加剂,改善钢的质量与性能. 我国生产铁合金主要采用电炉工艺,电炉可分为敞口电炉、半封闭电炉和封闭电炉,目前采用半封闭电炉居多. 半封闭电炉生产铁合金过程中,矿石中大量的金属因高温而挥发到烟气. 对于电炉铁合金烟气中二噁英含量方面的数据报道很难查询,近期黄凤兰等[17]对电炉铁合金飞灰中二噁英类的分布特征进行了报道,浓度范围为33.792~88.125 ng·g-1. Lv等[18]对我国使用冲天炉的铸铁企业二噁英类监测数据显示,二噁英类大气排放因子约为2 719 ng·g-1. 介于淘汰落后铁合金企业主要以电炉生产为主,因此对于铁合金工业由于关闭落后产能而减少的二噁英类排放进行估算时,采用和电炉炼钢同样的排放因子3 μg·t-1.
由于2010~2013 年工业和信息化部、国家能源局发布的炼钢工业淘汰落后产能目标任务完成情况中没有将电炉炼钢和转炉炼钢分别统计,而这两种炉型的排放因子不同,因此,在计算二噁英类减排时,炼钢工业对应的产能是根据工业和信息化部淘汰落后产能企业名单中下达的淘汰产能,不是实际淘汰产能. 炼铁工业和铁合金工业不涉及此问题,因此在计算二噁英类减排时选用的淘汰产能是实际淘汰产能. 据此,2010~2013 年淘汰落后炼铁、炼钢和铁合金企业累计可以使二噁英类向大气年排放量减少约为78.78 g,见表 6.
![]() | 表 6 淘汰落后炼铁、炼钢、铁合金产能减少的二噁英类排放量 Table 6 Reduction of dioxin emissions by eliminating backward production capacities in iron,steel and ferroalloy industries |
然而,需要强调的是钢铁行业由于关停落后产能实际带来的二噁英类减排量要大于上述估算结果. 一是对关停的企业二噁英类排放因子选取较保守造成. 如电弧炉炼钢企业,关停的电弧炉企业规模均较小,其尾气除尘装置非常简陋,而且在原料的使用中不进行控制,使原料较容易搀杂进一些包含重油、塑料的物质,而这些因素将增大其二噁英类的排放量. UNEP《工具包》建议对于使用受污染的、含有切削油和塑料的废钢的电弧炉,以及那些配备废钢预热并且操控较差的电弧炉,选用排放因子为10 μg·t-1[5],因此实际的排放因子可能远大于国家估算中采用的3 μg·t-1排放因子. 此外,高炉炼铁和转炉炼钢的二噁英类的排放因子选用的是0.01 μg·t-1和 0.1 μg·t-1,而一般此类排放因子主要是针对带有较好烟气处理系统的企业,但关停的这些企业环保设施较落后,因此实际排放因子要高于所选用的排放因子. 二是对于炼钢行业关停产能选用的是工业和信息化部淘汰落后产能企业名单中下达的淘汰产能,这个产能要低于实际关停产能. 三是对于重点排放源铁矿石烧结没有进行估算. 国家在对落后钢铁企业关闭的同时,强调若有与之配套的烧结机等设备也应一并纳入进行淘汰. 但由于烧结机关停的数量没有报道,因此其产生的减排效应没有被估算. 综合考虑,钢铁行业实际减排量比估算值要大.
除了上述提到的重点工业部门,关闭落后产能还涉及到水泥、铜冶炼(含再生铜)、电解铝、铅冶炼(含再生铅)、锌冶炼(含再生锌)和造纸等行业. 2010~2013 年国家累计淘汰水泥(熟料及磨机)、铜冶炼(含再生铜)、电解铝、铅冶炼(含再生铅)、锌冶炼(含再生锌)和造纸产能分别为65 935、229、155.7、328.1、115.3和3 258.3 万t. 目前我国对这些工业热过程和化学生产中产生的二噁英类污染物均有研究[19, 20, 21, 22, 23, 24]. 其中的再生有色金属行业和造纸行业已被我国列为二噁英类优先控制的重点排放源. 上述关停的企业同样由于规模小、技术落后、管理水平低,污染物排放浓度将会更高,因此,这些工业行业部门淘汰落后产能也会显著减少我国二噁英类的排放.
此外,文中仅对向大气中排放的二噁英类进行了减排估算. 而工业热过程和化学生产中产生的二噁英类污染物除了随烟气进入环境,也可以随水、产品和残余物进入环境[25]. 淘汰落后产能可以减少二噁英类向各介质(空气、水、土地、产品、残渣)的排放.
今后随着我国二噁英类监测能力的提高,二噁英类排放因子的不断修正和完善,可以对淘汰落后产能涉及到的行业进行多介质全面减排估算. 本文为今后的评估提供了估算思路和方法支持.
5 结论(1)工业生产是二噁英类的重要来源. 对于那些技术条件较为落后的小型工业企业,生产工艺运行较不稳定,并且工业尾气排放一般没有配备良好的尾气处理系统,这样大大增加了二噁英类的生成与排放. 将电力、水泥、钢铁、焦炭、造纸、化工等行业落后产能大力度进行淘汰,成为我国自“十一五”以来优化产业结构、促进节能减排的重要措施. 通过关闭落后产能、提高先进技术的应用,在对能源消耗和常规污染物排放减少的同时,对工业行业的二噁英类减排也起到有效的作用.
(2)2010~2013 年电力行业累计关闭落后小火电机组35 692 MW,带来的二噁英类向大气减排约86.13 g·a-1. 2010~2013 年累计关停焦炭产能9432 万t,减少二噁英类向大气排放约133.94 g·a-1. 2010~2013 年累计关停炼铁产能8 988万t,减少二噁英类向大气排放约0.90 g·a-1;累计5 247.8万t炼钢产能列入淘汰落后产能名单,实际关停任务超额完成,减少二噁英类向大气排放约48.05 g·a-1;累计关停铁合金产能994.3 万t,减少二噁英类向大气排放约29.83 g·a-1.
(3)水泥、铜冶炼(含再生铜)、电解铝、铅冶炼(含再生铅)、锌冶炼(含再生锌)和造纸等行业,均可以由于关闭落后产能带来二噁英类的减排. 系统地进行落后产能行业二噁英类减排估算能更全面反映我国履行《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》以来在二噁英类污染物减排所做的贡献.
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