何麗雄

(1.福建省環(huán)境科學(xué)研究院,福建 福州 350013;2.福建省環(huán)境工程重點(diǎn)實驗室,福建 福州 350013)

1 概述

作為典型的資源能源依賴型產(chǎn)業(yè),建材行業(yè)是我國碳排放(CO2排放)和工業(yè)廢氣排放最多的行業(yè)之一,分別約占全國碳排放總量的12%和工業(yè)廢氣排放總量的18%[1-2]。目前,針對建材行業(yè)大氣污染物排放清單研究主要集中在全國視角或如京津冀地區(qū)、河南省、陜西省、四川省、重慶市等重點(diǎn)區(qū)域和城市[2-4],有關(guān)福建省的排放清單研究鮮見。建材行業(yè)CO2排放主要產(chǎn)生于化石能源燃燒和原料煅燒,與常規(guī)大氣污染物的排放具有一定程度上的同根同源性,且兩者在減排過程中具有協(xié)同效應(yīng)。建材行業(yè)是福建省制造業(yè)的重要組成部分,以水泥、平板玻璃、建筑衛(wèi)生陶瓷制造為主,也是福建省工業(yè)領(lǐng)域大氣污染物和CO2排放的主要來源。因此,有必要建立福建省建材行業(yè)大氣污染物與CO2排放清單,分析排放分布特征,并開展減污降碳路徑研究,為福建省建材行業(yè)大氣污染物和碳排放的控制管理政策制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與科學(xué)參考。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 活動水平數(shù)據(jù)來源

以福建省為研究區(qū)域,以2021年為基準(zhǔn)年,涉及行業(yè)類別包括水泥熟料、水泥粉磨、石灰、磚瓦、建筑陶瓷和平板玻璃制造等6個行業(yè)共503家企業(yè),企業(yè)生產(chǎn)工藝信息、產(chǎn)品類型及產(chǎn)量、原燃料類型及用量、末端治理設(shè)施等數(shù)據(jù)主要來源于環(huán)境統(tǒng)計、排污許可及企業(yè)調(diào)研。

2.2 排放因子來源

常規(guī)大氣污染物SO2、NOx和顆粒物排放因子及末端處理技術(shù)去除效率等數(shù)據(jù)來自生態(tài)環(huán)境部2021年發(fā)布的《排放源統(tǒng)計調(diào)查產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊》,根據(jù)建材企業(yè)的工段、產(chǎn)品類型、原燃料類型、工藝技術(shù)和規(guī)模等級及末端控制措施等信息進(jìn)行選取;CO2排放因子和計算系數(shù)主要來自《省級二氧化碳排放達(dá)峰行動方案編制指南》和《省級溫室氣體排放清單編制指南(試行)》;電力排放因子取2021年全國電網(wǎng)平均排放因子0.581 tCO2/MWh。

2.3 排放量計算

采用排放因子法對建材行業(yè)大氣污染物和CO2排放量進(jìn)行計算。

大氣污染物排放量計算公式如下:

Ep=∑Ai×EFi×(1-η)

(1)

式(1)中,Ep為大氣污染物(SO2、NOx、顆粒物)排放量;Ai為建材企業(yè)各工段活動水平;EFi為排放因子;η為污染物控制措施的去除效率。

CO2排放量計算公式如下:

EC=E燃燒+E工藝+E電=∑ADi×EFi+Q×FR0+Ae×EFe

(2)

式(2)中,EC為CO2排放總量;E燃燒、E工藝、E電分別為化石燃料燃燒活動、工業(yè)生產(chǎn)過程、電力消耗產(chǎn)生的CO2排放量;ADi為不同種類化石能源(包括煤炭、石油、天然氣等)的消費(fèi)量(折算標(biāo)準(zhǔn)量);EFi為不同種類化石能源的CO2排放因子;Q為工業(yè)生產(chǎn)過程中涉碳排放原料消耗量;FR0為生產(chǎn)過程原料碳排放因子;Ae為電力消費(fèi)量;EFe為電力CO2排放因子。

2.4 不確定性分析

由于在估算分析過程中存在著監(jiān)測誤差、隨機(jī)誤差、關(guān)鍵數(shù)據(jù)缺乏,以及數(shù)據(jù)代表性不足等固有因素,排放清單不可避免地存在不確定性[5]。本研究的不確定性主要來自排放因子和計算系數(shù),活動水平數(shù)據(jù)主要來自環(huán)境統(tǒng)計和企業(yè)調(diào)研,不確定性相對較小。排放因子來自于相關(guān)技術(shù)指南手冊,代表行業(yè)平均水平,缺少本地化的排放因子,可能與企業(yè)實際排放情況存在偏差。同時,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中部分工段工藝技術(shù)、產(chǎn)品、燃料類型等信息的不規(guī)范或缺失,也會導(dǎo)致在選擇排放因子時也產(chǎn)生一定的不確定性。

3 結(jié)果與討論

3.1 福建省建材行業(yè)排放清單結(jié)果

2021年,福建省建材行業(yè)503家企業(yè)大氣污染物和CO2排放清單計算結(jié)果如表1所示。SO2、NOx、顆粒物和CO2排放總量分別為15348 t、66839 t、28995 t和6376.8萬t,水泥熟料、建筑陶瓷和平板玻璃行業(yè)是主要的排放來源。福建省建材行業(yè)排放突出的大氣污染物為NOx,建筑陶瓷和水泥熟料是NOx排放量最大的兩個行業(yè),占比分別為47.5%和44.5%,建筑陶瓷行業(yè)排放量超過水泥熟料行業(yè)。SO2、顆粒物和CO2排放量最大的行業(yè)均為水泥熟料行業(yè),31家水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)共排放SO28656 t、顆粒物22146 t和CO25263.5萬t,分別占建材行業(yè)總排放量的56.4%、76.4%和82.5%;其次為建筑陶瓷行業(yè),SO2、顆粒物和CO2排放量分別為3207 t、3494 t和675.2萬t,占比分別為20.9%、12.1%、10.6%;平板玻璃生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量較少,但SO2、NOx和CO2排放僅次于水泥熟料和建筑陶瓷行業(yè),居建材行業(yè)第三,排放量分別為1885 t、3413 t和249.5萬t。水泥粉磨行業(yè)排放顆粒物2358 t,占建材行業(yè)顆粒物排放量的8.1%。

表1 2021年福建省建材行業(yè)大氣污染物和CO2排放清單

3.2 福建省建材行業(yè)大氣污染物排放分布特征

如圖1所示,福建省建材行業(yè)大氣污染物排放呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域集中分布特征,龍巖、三明和泉州合計排放了全省建材行業(yè)74.5%的SO2、79.7%的NOx和85.5%的顆粒物。福建省水泥工業(yè)集中在龍巖、三明、泉州和南平一帶,建筑陶瓷生產(chǎn)企業(yè)主要集中在泉州晉江和南安、福州閩清和漳州等地,以泉州為主產(chǎn)區(qū);平板玻璃工業(yè)主要分布在漳州和福州;石灰、磚瓦等其他建材企業(yè)規(guī)模小、布局分散。與建材產(chǎn)業(yè)集群分布狀態(tài)一致,龍巖和三明水泥熟料行業(yè)分別排放SO24979 t和2874 t,合計占全省建材行業(yè)排放量的50%左右,其次泉州建筑陶瓷和漳州平板玻璃分別排放SO22138 t和1480 t,分別占全省建材行業(yè)的13.9%和9.6%。NOx排放量最大的是泉州建筑陶瓷行業(yè)(23641 t),占全省建材行業(yè)NOx排放總量的35.4%,其后依次為龍巖、三明的水泥熟料行業(yè)及福州建筑陶瓷行業(yè),排放占比分別為22.3%、17.0%及9.7%。顆粒物主要排放來源為龍巖、三明、泉州的水泥熟料和泉州的建筑陶瓷行業(yè),分別占全省建材行業(yè)顆粒物排放總量的33.4%、26.2%、13.6%、8.5%。其他建材行業(yè)大氣污染物排放量相對較小,占比較低。

(a)SO2

(b)NOx

(c)顆粒物

(d)CO2圖1 福建省建材行業(yè)大氣污染物與CO2排放區(qū)域分布情況

近年來,福建省臭氧污染日益凸顯,已成為影響福建省空氣質(zhì)量的首要因子。NOx作為臭氧的前體物,其排放控制對于遏制臭氧污染趨勢具有十分重要的意義。福建省目前正在全面推進(jìn)水泥行業(yè)超低排放改造和鼓勵建筑陶瓷企業(yè)開展尾氣脫硝改造,末端污染深度治理對于NOx的減排潛力巨大。福建省現(xiàn)有水泥熟料生產(chǎn)行業(yè)NOx排放績效約為0.504 kg/t熟料,按照水泥窯超低排放改造后NOx排放濃度為100 mg/m3時對應(yīng)績效值0.25 kg/t熟料估算,全面實施水泥行業(yè)超低排放改造估計可減少水泥行業(yè)50%以上的NOx排放量。建筑陶瓷、磚瓦等行業(yè)多數(shù)企業(yè)發(fā)展方式較為粗放,污染治理水平較差,有必要進(jìn)一步完善地方排放標(biāo)準(zhǔn),促進(jìn)建材行業(yè)持續(xù)提升污染治理水平,以改善區(qū)域空氣質(zhì)量。

3.3 福建省建材行業(yè)CO2排放特征

基于大氣污染物和CO2排放高度同根同源的特征,如圖1所示,福建省建材行業(yè)CO2排放分布地域特征與大氣污染物相似,主要來源于龍巖、三明等地水泥熟料和泉州建筑陶瓷行業(yè)。

從CO2排放源類型看,工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放是福建省建材行業(yè)的主要來源,占比51.8%,最主要來自水泥熟料煅燒環(huán)節(jié)碳酸鹽原料分解產(chǎn)生,其次為化石燃料燃燒排放,占40.4%,電力消費(fèi)蘊(yùn)含的碳排放占7.8%。福建省水泥熟料行業(yè)60.4%的碳排放來源為生產(chǎn)過程,能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主,燃煤消耗排放占比為34.5%,電力消費(fèi)碳排放僅占5.1%。建筑陶瓷行業(yè)生產(chǎn)過程碳排放占比一般低于1%,忽略不計,能源活動中燃煤、天然氣和電力消費(fèi)碳排放占比分別為44.3%、33.8%和21.9%。平板玻璃生產(chǎn)過程中純堿、石灰石等原料分解產(chǎn)生碳排放占比20.9%,化石燃料消費(fèi)類型主要為天然氣、石油焦及燃油,排放占比分別為29.3%、20.5%和19.4%,電力消費(fèi)排放占比9.9%。

4 對策建議

一般而言,源頭降碳措施普遍具有協(xié)同控制大氣污染物排放的效果,如需求減量、總量控制、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、原(燃)料回收和替代、節(jié)能和能效提升等;末端控制措施一般只對某一方面有益,如脫硫脫硝除塵等減污措施和碳捕集技術(shù)(CCS)可以分別減少大氣污染物和CO2的排放,但不具有協(xié)同效應(yīng)[6-8]。

①根據(jù)“控總量、嚴(yán)準(zhǔn)入、優(yōu)結(jié)構(gòu)”原則,從源頭減少污碳排放。強(qiáng)化總量控制,嚴(yán)格落實水泥、平板玻璃行業(yè)產(chǎn)能置換政策。優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),淘汰低效落后的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)能,推動建材行業(yè)集中集聚發(fā)展,發(fā)揮規(guī)模效益,降低單位產(chǎn)品能耗,提高污染物排放控制水平。以水泥行業(yè)為例,2021年,福建省共有14家水泥企業(yè)的19條熟料生產(chǎn)線規(guī)模低于4000 t/d,若通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)行置換升級,全部整合改造為規(guī)模不低于4000 t/d的水泥熟料生產(chǎn)線,以本研究清單結(jié)果為基準(zhǔn),采用排放績效對比的方法估算,可減排NOx 1834 t和CO2269.3萬t。

②實施原料替代和用能結(jié)構(gòu)優(yōu)化,提高資源能源利用效率。燃料及原料是污染物質(zhì)和碳排放的直接來源,選擇清潔能源和原料,提高燃料燃燒充分度,降低燃煤消耗量,可直接有效減少污染產(chǎn)出。充分發(fā)揮水泥窯爐優(yōu)勢,推動水泥窯協(xié)同處置生活垃圾、工業(yè)副產(chǎn)石膏、建筑垃圾等固廢資源化利用,提高垃圾衍生燃料、廢輪胎、生物質(zhì)燃料等可燃廢棄物替代燃煤比例。加大清潔低碳能源利用比重,有序提高平板玻璃行業(yè)天然氣使用比例,推動福州閩清、漳州平和等地建陶企業(yè)窯爐煤改氣。推行清潔生產(chǎn),加快節(jié)能降碳、提質(zhì)增效改造,提高行業(yè)能源利用效率水平。

③開展水泥窯煙氣碳捕集利用試點(diǎn)示范和末端治污提升改造。盡管末端污染治理提升改造耗能會帶來一定的CO2增排,但污染治理設(shè)施電耗僅占生產(chǎn)過程電耗極小的一部分,污染深度治理或超低排放改造增加的額外電耗產(chǎn)生的碳排放量相對有限。從環(huán)境效益上看,末端污染深度治理措施能夠快速、顯著地降低企業(yè)大氣污染物排放,是實現(xiàn)區(qū)域空氣質(zhì)量改善的必要措施。

5 結(jié)束語

2021年,福建省建材行業(yè)SO2、NOx、顆粒物和CO2排放量分別為15348 t、66839 t、28995 t和6376.8萬t。污碳排放呈現(xiàn)出區(qū)域集中分布特征,主要分布在龍巖、三明和泉州等地。水泥熟料和建筑陶瓷行業(yè)是排放貢獻(xiàn)率最大的兩個行業(yè),具有較大的減排潛力。

通過強(qiáng)化控制產(chǎn)能規(guī)模、深化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、持續(xù)淘汰落后工藝、實施清潔能源和原料替代等舉措,可實現(xiàn)福建省建材行業(yè)協(xié)同減污降碳。NOx減排對控制大氣臭氧污染具有重要意義,建議推行建材行業(yè)清潔生產(chǎn),加快實施水泥、平板玻璃行業(yè)超低排放改造,有序推進(jìn)建筑陶瓷等行業(yè)污染深度治理,促進(jìn)區(qū)域空氣質(zhì)量的持續(xù)改善。