應用煤制天然氣防治大氣污染合理性評估

陳增博,錢方圓,陳定江（清華大學化學工程系工業生態研究中心,北京 100084）

應用煤制天然氣防治大氣污染合理性評估

陳增博,錢方圓,陳定江*（清華大學化學工程系工業生態研究中心,北京 100084）

以京津冀地區燃煤制天然氣（SNG）鍋爐為對象,基于生命周期角度對其大氣污染物排放進行了分析.結果顯示,燃SNG鍋爐全生命周期排放少于燃煤鍋爐,但存在著污染向 SNG產地轉移的效應.為進一步評估 SNG防治大氣污染的效果,對京津冀地區燃煤鍋爐改造為燃SNG鍋爐,以及燃煤鍋爐末端排放治理2種方式在生命周期排放、資源消耗、經濟性3方面進行了對比.結果顯示,在全生命周期過程中,SNG鍋爐相比末端處理方式有更多大氣污染物排放,但若忽略污染轉移現象而只考慮京津冀地區,則SNG鍋爐相比末端處理排放更少；燃SNG鍋爐相比末端處理會消耗更多的能源和水資源；SNG鍋爐同時需要更高的投資和成本.以煤制天然氣作為防治大氣污染的選擇需要謹慎考慮,不宜過度發展.

煤制天然氣；燃煤鍋爐；生命周期評價；霧霾防治

近年來,我國空氣質量惡化趨勢明顯,極端大氣污染事件頻繁發生,造成了嚴重的社會損失.其中,京津冀地區尤為嚴重［1-2］.面對著嚴峻的大氣污染形勢,國家出臺了一系列政策來治理大氣污染.其中,綱領性文件《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》［3］指出,在京津冀等重點區域,積極采用天然氣等清潔能源替代燃煤,即稱為“煤改氣”政策.

在眾多大氣污染物排放源中,工業鍋爐具有耗煤量大、大氣污染物排放量多的特點,成為“煤改氣”政策的重點整改對象［4］.國家為控制京津冀地區工業鍋爐的污染物排放,出臺了多項針對性政策［5］.然而,我國的能源稟賦富煤少氣,天然氣供應量不足成為制約“煤改氣”政策落實的一大問題.針對氣源不足的形勢,國家一方面鼓勵國內天然氣的開采,同時著力布局天然氣的進口戰略；另一方面,國家也首次提出了加快推進煤制天然氣的戰略.2013年9月,國務院印發的《大氣污染防治行動計劃》［6］正式提出：“全面整治燃煤小鍋爐”、“加快推進‘煤改氣'工程建設”、“加快煤制天然氣產業化和規模化步伐”.

煤制天然氣是近年來受到廣泛關注,同時引起巨大爭議的一類能源替代型技術［7］.此項技術通過煤氣化、甲烷化等工藝,可以將低階煤炭轉化為天然氣.然而,能耗較高、CO2排放高、水資源消耗大、規模化應用技術尚不成熟等問題,使煤制天然氣產業的發展在國內受到廣泛爭議［8-11］.在國外,煤制天然氣項目爭議同樣存在.在全世界范圍內,目前僅有一個煤制天然氣項目在美國大平原煤制氣廠商業化運行.對于煤制天然氣項目,國外已有一些研究從技術角度、商業運行角度對其進行分析［12-14］；同時,亦有研究以生命周期評價方法,從能源效率、CO2排放角度對煤制天然氣項目進行評估,并認為其不適宜大規模發展［15-18］.

綜合來看,煤制天然氣在國內外都受到一定爭議.同時,目前尚沒有相關研究從防治大氣污染的角度,對煤制天然氣項目進行評估.由于相關爭議的存在,長期以來,國家對煤制天然氣產業保持謹慎態度,對該產業施行嚴格準入,限制規模的規定.然而,隨著大氣污染形勢的加劇,“煤改氣”政策的落實需要充足的天然氣供應,在這樣的背景下,煤制天然氣項目首次在一定程度上得到了國家的支持.在政策的支持下,大批煤炭企業紛紛開始規劃煤制天然氣項目［19］.

面對煤制天然氣產業潛在的巨大產能,煤基天然氣用于“煤改氣”工程的治霾效果需要定量的評估.一方面,煤基天然氣本身成分與常規天然氣基本一致,屬于相對清潔能源［20］.但在煤炭開采、煤制天然氣生產等過程中,會有較多排放發生在原產地,存在污染物排放的區域間轉移問題.本文基于全生命周期角度,分析煤基天然氣替代燃煤在整體上能否起到大氣污染物減排的效果.另一方面,對排放未達標的燃煤工業鍋爐,除“煤改氣”之外,增設更先進的脫硫脫硝除塵設備的末端處理方式,是同樣重要的一種手段.為進一步評估煤制天然氣防治大氣污染的綜合效果,本文將從減排效果、資源消耗、經濟性三個方面,針對“煤改氣”政策,與末端處理方式進行對比.

1　煤基天然氣、煤炭用于工業鍋爐的生命周期分析

首先,基于生命周期的角度,以每產生1GJ熱量為基準,分別分析煤基天然氣、煤炭用于工業鍋爐的排放情況,以分析利用煤基天然氣替代燃煤能否起到大氣污染物減排的效果.

1.1研究對象與系統邊界界定

1.1.1研究對象 排放未達標的燃煤鍋爐是本文的主要分析對象.對于煤制天然氣項目,選取了國內某年產 40億 m3煤制天然氣項目為參考研究對象.該項目已部分投產開工,并直接向京津冀地區供氣,是京津冀地區實施“煤改氣”的重要氣源.

1.1.2全生命周期邊界設定 SNG項目的系統邊界如圖1所示,其中煤制氣用于燃氣鍋爐包括如下主要環節：（1）煤炭開采和洗選；（2）煤炭運輸；（3）SNG生產；（4）SNG運輸；（5）燃氣鍋爐燃燒.其中燃煤鍋爐包括如下環節：（1）煤炭開采和洗選；（2）煤炭運輸；（3）燃煤鍋爐燃燒.

這里需要指出的是,煤制天然氣項目中的工廠建設、建材運輸、項目退役等環節,在整個生命周期中影響很小,可以忽略不計［21］.因此,本文在分析過程中沒有考慮這些較為邊緣化的影響因素.

圖1　SNG鍋爐與燃煤鍋爐的生命周期系統邊界Fig.4　The scale of SNG-fired boilers and coal-firedboilers in life cycle assessment

本文生命周期的分析指標主要是大氣污染物排放.綜合考慮京津冀地區大氣污染現狀,參考相關學者在城市供暖領域“煤改氣”減排效果的研究［22］,為了能夠全面考量大氣污染物的排放狀況,本文所選取的環境排放清單包括了CO、NOx、SO2、顆粒物這4種大氣污染物［23］.

關于生命周期清單數據,主要分為2部分：一是排放因子參數,以工業鍋爐排放因子為例,清單中包括CO、NOx、SO2、顆粒物4種污染物的排放因子,以g/GJ為單位；二是生產及運輸參數,主要包括企業生產、銷售、使用過程中的數據,例如SNG運輸距離、工業鍋爐燃燒效率等.目前相關的研究主要使用的是國外的LCA數據庫,其相關參數對中國,尤其是對京津冀地區的情況未必適用.本文所需的基礎數據主要來源于中國核心生命周期數據庫CLCD,以及其他國內出版物,同時輔以典型企業生產的數據、及其他國內文獻作為參考.清單數據的主要來源見表1.

表1　生命周期清單數據來源Table 1　Data sources of life cycle inventory

1.1.3全生命周期排放計算過程 本文在生命周期分析（LCA）的框架下,對污染物的排放量進行計算.以燃煤鍋爐每產生1GJ能量所排放大氣污染物的量計算過程為例,說明全生命周期排放的計算過程.根據圖1邊界所示,燃煤鍋爐的生命周期包括煤炭開采和洗選、煤炭運輸、燃煤鍋爐3個模塊.首先根據原煤平均熱值、燃煤鍋爐效率計算出每產生1GJ能量所需煤炭的量,利用所需煤炭的量乘以不同模塊對應的排放因子,即可求出各模塊的4種大氣污染物排放的量,最后將各個模塊排放量加總,即可得到燃煤鍋爐全生命周期4種污染物的排放量.在全生命周期過程中,由于一部分污染排放在京津冀地區,一部分污染排放在其他地區,因此本文在關注全生命周期污染排放總量的同時,也將關注污染物排放所發生的區域,以衡量污染轉移問題.

1.2清單分析

根據前文設定的系統邊界,清單將包括以下5個模塊（1）煤炭開采和洗選；（2）煤炭運輸；（3）SNG生產；（4）SNG運輸；（5）鍋爐燃燒（包括燃氣鍋爐和燃煤鍋爐）.其中鍋爐燃燒將具體分為燃煤鍋爐和燃SNG鍋爐兩類.本模型用于分析SNG及其替代選擇的應用領域的生命周期評價,每個模塊的數據將會在下文呈現.

1.2.1煤炭開采和洗選 中國每年消耗超過30 億t原煤.其中,每開采1t煤,要消耗34°電和27kg原煤.另外,每噸煤的洗選要消耗3°電［24］.

1.2.2煤炭運輸 燃SNG鍋爐與燃煤鍋爐在煤炭運輸環節上有較大的差別.為了節約運輸成本,煤制天然氣工廠通常建設在距離煤礦坑口較近的位置.針對本文所選取的煤制天然氣項目,由于煤炭產地水資源缺乏,未能在產地附近建設煤制氣工廠,而是在與坑口距離170km的水資源豐富處建設工廠.其中煤炭采用鐵路專線運輸.而對于京津冀地區的燃煤鍋爐,其所消耗的煤炭主要有3個來源：從秦皇島港口購入；來自山西、內蒙等省份調入；京津冀地區直接開采使用.運輸過程中的排放主要發生在京津冀地區內,少量發生在其他地區.運輸方式方面包括鐵路運輸和公路運輸2類.京津冀地區的煤炭以鐵路運輸為主,運輸距離平均取 300km；由于煤炭的鐵路運輸線路較為完善,公路運輸只占較少的一部分,影響較小,本文以典型的中型柴油運煤貨車為代表.

1.2.3SNG生產 SNG生產即煤轉氣過程.煤基合成天然氣的生產需要以下幾個步驟：第1步是煤氣化；接下來是氣體凈化和成分調節,合成氣被轉換成甲烷；為了使產品達到燃氣管道系統的要求,在過程鏈的最末端,水和二氧化碳會被分離出去.根據本文選取的煤制天然氣工廠的數據,生產13億m3的SNG需要364.7萬t燃料煤和516 萬t原料煤.SNG生產過程中的環境排放,主要參照該項目的環評報告.環評報告顯示,該項目SO2排放為 11480t/a,煙塵排放為 1307.0t/a,工業粉塵排放為792.5t/a.由于我國SNG項目商業化運營較少,暫時缺乏NOx、CO的排放統計數據,NOx、CO的排放則通過我國燃煤工業鍋爐平均排放因子進行估算［21］.

1.2.4SNG運輸 煤基天然氣成分與常規天然氣區別不大,在常溫、常壓下為氣體,可壓縮性很強,且流動性好.這些特點決定了管道是運輸天然氣的最合適方式.國內煤基天然氣通常會選擇并入已有的輸氣管線進行長途運輸,距離較短的可能會自建管道進行輸氣.對于本文選取的煤制天然氣項目,一期生產出的煤基天然氣將主要供向北京,全部采用管道輸送的方式,輸送距離為359km.

1.2.5鍋爐燃燒 在我國,為了與發電用大型鍋爐相區別,工業鍋爐指廣泛應用于生產、生活、采暖等方面的各種容量、壓力、溫度的蒸汽鍋爐和熱水鍋爐.中國工業鍋爐量大面廣,具有平均容量小、運行效率不高的特點.在我國,工業鍋爐按燃料類型主要分為兩類：燃煤鍋爐和燃氣鍋爐.燃煤鍋爐的效率一般在55%～75%之間,平均為69%；燃氣鍋爐的效率在 80%～85%之間,平均效率為83%.另外,由于工業鍋爐排放大量煙塵以及 SO2和 NOx等污染物,是我國大氣主要煤煙型污染源［28］.因此工業鍋爐成為我國減少大氣污染的主要改造對象之一.

1.3計算結果

1.3.1全生命周期排放 根據本文所界定的邊界,利用清單數據,對每個模塊排放的大氣污染物排放量進行加總,可以計算出燃SNG鍋爐、燃煤鍋爐每產生1GJ能量所排放大氣污染物的量.各階段的排放見圖 2,其中天然氣密度取0.7174kg/m3.

圖2　SNG鍋爐與燃煤鍋爐的生命周期排放數據Fig.4　Comparative emission results during the life cycle of SNG-fired boilers and coal-fired boilers

由計算結果的對比可知,“煤改氣”后,SO2、顆粒物全生命周期污染物排放有所降低,而 CO、NOx排放稍有增加.現一步分析, “煤改氣”后脫硝效果不佳,是由于SNG生產企業在煤制天然氣的過程中沒有額外設置脫硝裝置,導致全生命周期的NOx排放情況未能得到顯著改善；相對地, “煤改氣”后SO2全生命周期排放顯著降低,主要是由于我國目前依然有大量小型燃煤鍋爐沒有設置脫硫裝置,因此一旦進行“煤改氣”后 SO2排放會顯著降低.

綜合來看,將煤基天然氣用于“煤改氣”,一定程度上減少了大氣污染物的排放.

如圖3所示.對燃SNG鍋爐而言,CO、SO2、NOx的排放主要來源于SNG生產過程,顆粒物的排放則更多地來源于煤炭的開采與洗選過程.而對燃煤鍋爐而言,絕大多數排放都發生在鍋爐燃燒環節.

圖3　SNG鍋爐及燃煤鍋爐生命周期各階段大氣排放核算結果Fig.4　Accounting results of atmospheric emission in SNG-fired boiler and coal-fired boiler's life cycle

1.3.2污染轉移效應 由于煤制天然氣項目主要建設在內蒙、新疆等地,全生命周期中相當一部分排放發生在原產地,而非京津冀地區.其中,分區域的排放比例情況如圖4所示.也就是說,煤制天然氣項目存在著污染轉移的特性.這是在將不清潔能源轉化為相對清潔能源的過程中所付出的代價,也是緩解京津冀地區環境壓力所進行的環境壓力轉移.

圖4　SNG鍋爐大氣污染排放在不同區域的比例Fig.4　Proportion of atmospheric emissions fromSNG-fired boilers in different regions

為了定量描述污染轉移效應,本文計算了污染物的轉移比例,即目標地區每減排一單位污染物,在其他地區需要額外增排污染物的量.經計算,SO2、NOx、顆粒物的污染轉移比例分別可達到0.237、1.482、0.564.其中當污染轉移比例＞1時,說明該污染物在全生命周期會發生增排.

2　煤基天然氣用于“煤改氣”與末端處理方式對比

通過第一節的分析可知,燃SNG鍋爐相比燃煤鍋爐在全生命周期的排放更少,這證明了利用SNG用于“煤改氣”政策確實可以減少大氣污染物的排放,這一結論與人們的直觀認識相符,也與政策制訂的初衷一致.然而,當這一結論應用于具體區域時,還需要做進一步的考慮.根據相關機構的調研結果,我國工業燃煤鍋爐排放達標率很低,脫硫、脫硝、除塵裝置并沒有大規模推廣,特別是考慮到目前鍋爐排放標準大幅提升的背景,燃煤鍋爐減排有很大的改進空間［20］.針對某一區域內排放未達標的工業燃煤鍋爐,通過增設脫硫脫硝除塵裝置——即末端處理方式使其排放達標,是更直觀、更常規的解決方式.這種解決方式與SNG用于“煤改氣”都可以減少大氣污染物的排放,但二者效果孰優孰劣需要進一步比較.

因此,為進一步分析SNG用于“煤改氣”在特定區域的減排效果,還需要將其與末端處理方式進行對比.本節選取大氣污染較嚴重的,同時也是SNG唯一應用區域的京津冀地區為代表,以京津冀地區內排放不達標的燃煤鍋爐為改造對象,對兩種改造情景進行對比——即所有未達標鍋爐全部進行“煤改氣”,以及所有未達標鍋爐全部按照國家排放標準進行末端處理2種情景,以對比2種改造方式在京津冀地區總體減排效果的差異.2種改造方式的生命周期邊界與第一節中的邊界相一致,在計算其全生命周期排放時,也將以第一節中的計算結果為基礎.

同時,為了更全面地比較兩種治理方式的資源代價與經濟效果,本節將在資源消耗、經濟性 2個方面,針對 2種治理方式一并加以考慮,以達到客觀、全面地評價煤基天然氣用于“煤改氣”的效果.

2.1京津冀地區燃煤工業鍋爐改造情景

由于“煤改氣”與末端處理的改造原理不同,對于不同規模的燃煤鍋爐不一定都適用.因此需要首先篩選出京津冀地區既適合于“煤改氣”,又適合于進行末端處理的工業燃煤鍋爐數量,才能對SNG“煤改氣”與末端處理進行對比.

2.1.1改造對象選取 根據相關研究,京津冀地區工業鍋爐是大氣污染的重要排放源［29］.為了改善工業燃煤鍋爐行業的大氣排放污染情況,國家不同部門出臺了多項治理、改造政策.涉及燃煤鍋爐淘汰、改造、末端處理多個方面.

結合相關政策規定,以及燃煤鍋爐的特性,對改造對象進行選取.由于改造成本較高,10t/h以下的小鍋爐并不適用于末端處理,有條件的要改為燃油和燃氣鍋爐,同時要結合舊城改造、城鎮化進程改造為集中供熱或并網,不具備改燃清潔能源和集中供熱并網的,要發展優質型煤鍋爐和生物質成型燃料鍋爐［30］.另外,根據《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》,在城區范圍內 10t/h以下的燃煤小鍋爐也將逐漸淘汰.小鍋爐面臨著“不改造即淘汰”的現狀.因此在本情景中,不考慮生產能力在10t/h以下的鍋爐.

另一方面,對于 35t/h以上的燃煤鍋爐,由于規模較大,進行“煤改氣”改造的投資成本過高,只適合采用末端處理的改造方式,因此在本情景中也不予考慮［29］.而對于10～35t/h的工業燃煤鍋爐,目前相關政策、規定繁多,有進行“煤改氣”和末端處理兩種整改方案可供選擇,面臨較大的不確定性.因此,10～35t/h的工業燃煤鍋爐是本文情景中選取的主要對象.

2.1.2京津冀地區燃煤鍋爐排放標準 對于末端處理情景,改造后原本排放不達標的燃煤鍋爐的將會達到標準,其排放情況的將按照國家的排放標準進行計算,因此需要厘清京津冀各地區的排放標準.2014年7月,國家頒布了最新的《鍋爐大氣污染物排放標準》第三次修訂稿,大幅提升了工業鍋爐的排放標準.其中,燃煤鍋爐的排放標準按地區為分兩級：普通排放標準、重點控制區特別排放限值標準.

根據2013年環保部公布的《關于執行大氣污染物特別排放限值的公告》,天津市以及河北省的石家莊、唐山、保定、廊坊四市被列為重點控制區,需要執行最新《鍋爐大氣污染物排放標準》中較嚴格的大氣污染物特別排放限值標準.另外,北京市于2014年5月開始著手修訂新的地方排放標準,相比國家標準更為嚴格.綜上所述,對于3地的燃煤工業鍋爐,北京市采用最為嚴格的自定排放標準；天津、石家莊、唐山、保定、廊坊 5市采用相對嚴格的大氣污染物特別排放限值標準；河北其他地區則采用普通排放標準,排放標準的具體要求見表2.

表2　新工業燃煤鍋爐排放標準（mg/m3）Table 1　New emission standard of air pollutants for coal-fired boilers in Beijing-Tianjin-Hebei （mg/m3）

2.1.3情景設定 根據相關機構的統計可以得到我國燃煤工業鍋爐的容量分布情況.同時,根據相關文獻查證,可以得到北京、天津、河北3地的燃煤工業鍋爐的容量分布.進一步地,由于河北省石家莊、唐山、保定、廊坊4市需要執行不同的排放標準,需要根據當地工業煤耗數據估算出4市的鍋爐容量.同時,根據《鍋爐大氣污染物排放標準》制訂方的相關調研結果,可以確定京津冀地區10～35t/h的工業燃煤鍋爐的不達標比例［20］.據此可推算出京津冀地區需要改造的燃煤鍋爐數量.不同地區需改造的鍋爐總容量見表3.

表3　京津冀地區排放不達標的燃煤鍋爐容量Table 1　Capacity of substandard coal-fired boilers in Beijing-Tianjin-Hebei

根據上述信息,本文設置以下2個情景進行對比：以排放未達標的10～35t/h范圍內的燃煤鍋爐為改造對象,改造容量即為表3中的不達標容量,分別完全用于“煤改氣（SNG）”、末端處理兩種不同的改造方式,以確定這部分工業燃煤鍋爐的減排潛力、減排區間.其中“煤改氣”指將燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐,并使用 SNG作為燃料.末端處理技術包括脫硫、脫硝、除塵技術.

2.2“煤改氣”與末端處理極端情景結果對比

對兩種情景的結果進行計算,并從減排效果、資源消耗、經濟性3方面對比,計算過程數據的主要來源見表4.

表4　情景對比數據來源與參數取值匯總Table 1　Data sources and parameters of scenarios comparison

2.2.1減排效果 按照前文所設置的情景,以及需要改造的工業鍋爐數量,結合第一節生命周期分析的計算結果,可計算出極端減排效果如圖 5所示.

圖5　減排效果對比Fig.4　Comparison in emission reduction

由圖 5可見,從全生命周期角度來看,“煤改氣（SNG）”在 SO2減排方面稍有優勢,但會引起NOx的增排,同時顆粒物的減排量也少于末端處理,說明末端處理要優于“煤改氣（SNG）”.但若只考慮京津冀地區,利用SNG進行“煤改氣”效果更好,可減排 SO2、NOx、顆粒物的量分別可達到25.1,6.0,8.3萬t,但會以其他地區的明顯增排作為代價.

2.2.2資源消耗 煤基天然氣用于“煤改氣”的過程中,需要以煤為原料制取天然氣,同時必須消耗大量的水資源.而末端處理方式則不會引入更多的資源消耗.根據煤制天然氣項目的相關參數,可以計算出 2種改造方式對資源的消耗.經計算,“煤改氣”改造方式將消耗約1億t煤炭,以及0.84億t水；而末端處理方式只需消耗0.34億t煤炭. “煤改氣”將會消耗更多的煤炭、水資源.這是由SNG生產過程必須消耗更多的煤炭和水資源所決定的.

2.2.3經濟性 不同改造方式的經濟性也是影響決策的重要因素,本文主要考慮改造投資、總運營成本2大方面來衡量其技術經濟性.其中,末端處理所采用的改造技術,考慮可操作性,采用濕法脫硫、空氣分級技術、電袋復合除塵3項技術進行改造.需要指出的是,由于本情景下只對鍋爐運行階段進行分析,因此在經濟性分析過程不包括 SNG生產階段.總成本包括兩部分,燃料成本和運營成本,其中運營成本包括人工費用、財務費用等.相關經濟性數據主要來源于文獻,以及政府針對鍋爐行業發布的報告［29,31-32］.在具體計算過程中,“煤改氣”不需要額外的污染物脫除運行費用,末端處理則需要額外的脫除費用.每 MW鍋爐改造過程的投資與費用,以及京津冀地區的總改造投資、總運營費用見表5.

表5　技術經濟性對比（萬元）Table 1　Comparison in techno-economics （×104 yuan）

從經濟性的角度來看,“煤改氣”改造方式相比末端處理,需要更高的投資額,也會產生更高的運營費用,即“煤改氣”的經濟性要低于末端處理.

3　結論

3.1利用煤基天然氣替代燃煤,一定程度上減少了全生命周期大氣污染物的排放.但是,由于SNG生產過程是排放的主要來源,全生命周期過程中存在著污染轉移效應,即在SNG應用區域減排的同時會引起原產地的增排.文章以污染物轉移比例衡量了煤制天然氣全生命周期過程中污染轉移效應,結果顯示SO2、NOx、顆粒物的轉移比例分別為 0.237、1.482、0.564.證明了應用煤制天然氣在全生命周期起到減排效果的同時,也是一項以原產地增排為代價的特殊手段.

3.2以大氣污染較嚴重的京津冀地區為代表,SNG用于“煤改氣”的改造方式在全生命周期減排量更少,資源消耗更多,經濟性更差,3方面皆不如對燃煤鍋爐進行末端處理的方式.但若僅以京津冀地區的大氣污染物減排為唯一目標, SNG應用于“煤改氣”對京津冀地區的減排效果會更好,但同時需要承擔污染轉移、高資源消耗、低經濟性的代價.

3.3 從全生命周期角度比較,將SNG應用于“煤改氣”工程,不比對燃煤鍋爐進行末端處理的方式更優,并不是一個較好的選擇,應審慎發展.若以緩解京津冀地區的大氣污染為唯一目標,作為一種非常規的手段,煤制天然氣的應用可以起到比常規燃煤鍋爐改造更好的效果,但考慮到此手段同時要承擔污染轉移、高資源消耗,以及低經濟性的代價,不建議大規模投入應用.

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Evaluation of the use of coal-based synthetic natural gas for haze prevention in China.

CHEN Zeng-bo, QIAN Fang- yuan, CHEN Ding-jiang*（Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China）.

China Environmental Science, 2015,35（9）：2615～2622

Life-cycle atmospheric emissions were assessed for the use of Synthetic natural gas （SNG） in refitted coal-fired boilers in Beijing-Tianjin-Hebei. Results show, SNG-fired boilers emit less pollution than traditional coal-fired boilers in the life cycle, while also effects a massive pollution transfer. Further analysis involves the comparison between the emissions from coal-fired boilers with a conventional treatment and SNG-fired boilers. This comparison includes three aspects： life-cycle emissions, resource consumption, and techno-economical analysis. Results show that SNG-fired boilers emit more atmospheric pollutants than the conventional treatment in the life cycle, in addition to consuming more energy and water, having a higher refit investment and operating cost. We conclude that the policy of SNG use for haze prevention should be cautiously implemented, and coal-based synthetic natural gas should not be supported overly.

synthetic natural gas （SNG）；coal-fired boiler；life cycle assessment （LCA）；haze prevention

X51

A

1000-6923（2015）09-2615-08

2015-02-09

國家“十二五”科技支撐計劃課題（2012BAC03B01）

*責任作者, 副研究員, chendj@mail.tsinghua.edu.cn

陳增博（1991-）,男,吉林通化人,清華大學化學工程系碩士研究生,研究方向為能源技術評價.