能源与大气污染

摘 要： 能源与大气环境的关系至为密切，这是因为能源在开采、运输、加工、转换和利用过程中，对大气环境产生巨大的影响。本文概述中国能源与大气环境的关系。其中主要介绍中国能源构成及特点、中国大气污染的现状、发展趋势及其原因，各种燃煤污染源的现状，以及能源与大气环境的关系。

关键词： 能源分类；大气环境质量；能源结构调整

【中图分类号】 X511 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2017）20-0273-02

大气污染的主要原因是由于各种燃料燃烧过程中的生成物所造成的，它与能源消费结构有着密切的关系。能源的开发和使用，一方面是为满足四化建设和人民生活提高的要求，同时它又是造成环境污染的重要原因。一个地区的能源结构决定着该地区的大气污染类型和污染程度。生活用热、工业生产（主要是电厂锅、工业炉窑）和交通车辆的燃料燃烧是城市中最广泛、最普遍的大气污染源。

1.能源的基本概念及分类

能源是指能够提供可利用能量的一种资源。例如，煤炭、石油、核能、太阳能、风能、水能、潮汐能等等。能源的分类如下：

1.1常规能源和新能源。

根据能源利用的程度，能源可分为常规能源和新能源。已经广泛利用的能源称为常规能源，例如燃料，水能和核能等，燃料包括煤炭、石油、天然气等矿物燃料。矿物燃料加工得到的制品（焦炭、石油制品等）以及生物质能（秸杆、禽粪、薪柴等）.新能源是指沼气、太阳能和风能等古老能源新法利用，以及一些在理论上应具有应用前景。但目前技术上尚不能广泛开发的能源，例如地热、潮汐能、海洋热能等。

1.2一次能源和二次能源。

根据能源转换和利用的层次，能源可分为一次能源和二次能源。从自然界直接开发得到的叫一次能源，例如煤炭、石油、天然气、水能、风能等、由一次能源加工得到的电力、煤气、蒸汽、焦炭等叫二次能源。

1.3可再生能源和不可再生能源。

根据能源本身的增殖情况，能源可分为可再生能源和不可再生能源.太阳能、生物质能、水能、风能等，因其周而复始，用之不竭，故稱为可再生能源.矿物能源，如煤炭、石油及天然气等都是不能再生的，则叫做不可再生能源。

1.4污染型能源和清洁型能源。

根据能源在开发、加工、利用过程中是否造成污染，能源又可分成污染型能源和清洁型能源。煤炭和石油都是污染型能源，水电和太阳能源都是清洁型能源。

2.我国能源结构及特点

2.1能源消费构成长期以煤炭为主。

在1952一1985年期间，我国一次能源消费构成虽有变化，但煤炭一直是我国的主要能源。1952年煤炭在一次能源消费构成中占95%，石油、天然气和水电占5%，到1985年煤炭仍占75.85肠.这种以煤炭为主的能源消费构成，比较符合我国可燃矿产资源的特点和目前工业发展水平。在今后相当长的时期内，也不可能有根本的改变。

2.2我国能源状况的特点。

2.2.1蕴藏量丰富，分布不均衡。

我国是一个能源储量比较丰富的国家。水能蕴藏量居世界第一位，为3.8亿千瓦；煤炭探明储量为7820亿吨；石油远景资源估计为7875亿吨.我国能源的蕴藏主要集中于华北、西南和西北地区，而国土开发程度高的华东、东北地区则主要缺能地区，形成了我国能源分布不均衡的特点。

2.2.2产量较高，人均消费水平低。

以1981年为例，我国一次能源总产量为9亿吨标准煤.但是，由于人口众多，我国人均能源消费量仅为0.9吨标准煤，不到世界平均水平的一半。

2.2.3能源开发潜力大，开发构成不均衡。

从能源开发的总体情况看，目前开发程度较高的是煤炭.我国水力资源虽然非常丰富，但目前已利用的只占可开发装机容量的2.7%。

2.2.4能源城乡分配差异显著，工业与民用分配不合理。

目前我国农村每人每年平均能源消费量为0.4吨标准煤，远远低于城市0.9吨标准煤。在能源的工业与民用分配上也极不合理，往往把清洁能源、优质低硫燃料供给工业，而把污染型、高灰分高硫煤供给民用。

2.2.5能源利用率低，污染严重。

能源利用率低表现为单位产品能耗高和有效利用率低。我国每万美元国民生产总值消耗能源约为21吨标准煤，大体上为工业发达国家的2一3倍.从能源平均有效利用率来看，工业发达国家一般在40一50%以上，而我国仅为30帕左右.由于能源利用率低，加上工业布局不合理，缺乏有效地防治措施，造成了严重的能源大气环境污染问题。

3.我国大气污染的原因

3.1以煤炭为主的能源结构，极易造成大气污染。

在我国能源构成中，多年来煤炭所占比例均在70%以上，在今后相当长的时期内，这种格局也不能改变。1985年，我国消耗煤炭为6.61亿吨标准煤，是世界上用煤最多的国家。据全国26个城市统计，煤炭在每个城市的能源构成中所占比例都相当高。其中，超过70%的市有18个，占所统计城市的70%以上。煤炭与石油、天然气、水电相比，是一种污染型能源，随着燃烧释放出大量及多种大气污染物，其中有烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳等。

我国大气污染物主要来源是燃料燃烧排放的。燃料燃烧排放的大气污染物，在大气污染物的总排放量中所占的比例在70%以上。煤炭燃烧排放的大气污染物，约占燃料燃烧排放量的96%。其中，煤炭燃烧排放的二氧化硫占燃料燃烧排放量的93%，氮氧化物占87%，烟尘占99%。煤炭燃烧排放的二氧化硫约占各种污染源排放的89%，氮氧化物占67%，烟尘占60%。

3.2能源利用率低，加剧了大气污染。

我国煤炭消耗量大，用煤技术落后，大部分煤炭未经洗选、筛选和加工，而以原散煤的方式直接燃烧；燃烧方式落后，多为层燃式。能源利用率低，工业锅炉热效率为50一55%民用小煤炉热效率仅为10一15%。这不但造成能源资源的巨大浪费，而且加重了大气污染。燃煤工业锅炉及民用小煤炉分散，烟囱低矮，又缺乏烟气净化设备，因而造成普遍的煤烟型污染.冬季采暖大量燃烧煤炭，使大气污染骤然加重。此外，城市交通污染源集中，城市规划和工业布局不合理，人口密度和经济密度的疏密，也是我国大气污染的影响因素。

4.我国能源结构的变化与大气污染

4.1燃煤与粉尘污染。

在本世纪五十年代以前，城市大气污染主要是由供煤产生的粉尘污染。当时，由于工向城市集中，人口也向城市集中，城市内工业用煤和居民生活用煤量越来越大，单位时间内排入大气中的煤烟粉尘量便相应地增多，从而使城市常年笼罩在烟雾弥漫之中，粉尘成为污染大气的主要物质。对于这种类型的大气污染，由于改变燃烧结构，由燃煤改为燃石油（煤中的灰分占总量的12—34%，石油中的灰分只有0.2%），并广泛采用除尘效率在99%以上的高效除尘器，因此很快得到了治理。

4.2矿物燃料的开发使用与SO2污染

粉尘污染的问题解决后，随着矿物燃料的开发使用，石油在能源构成中的比重大幅度上升。1913年石油只占世界总能量的5.2%，到1968年已上升为43.9%。同一时期，煤却从世界总能量的94.8%下降到33%。由于能源的变化，石油的大量使用，资本主义国家城市的大气污染也普遍地发生了变化，即在五十年代以后，烟尘污染相对减少，而SO2污染则逐渐加重。石油的灰分虽少，但含硫量却较高，一吨石油一般含有5—30公斤的硫，有时甚至高达50公斤。随着石油消费量的增一长，烧煤和烧油排入大气中的SO2成了大气中最主要的污染物。

SO2是矿物撤料中的硫在燃烧时受空气氧化而生成的，在空气中，SO2经催化氧化或光化学氧化的作用，很易转化为SO3，SO3遇到水蒸汽，就变成危害大得多的硫酸雾。基本反应如下：

硫酸雾再与金属氧化物或氨反应，会生成硫酸盐微粒。在风速小并且有逆温层存在时，硫酸雾与硫酸盐微粒不易扩散，就有可能对城市居民的健康产生巨大危害。对于SO2造成的污染，由于采用低硫燃料，并予先进行脱硫处理，再配之以排烟脱硫等措施，因此在工业发达国家，SO2污染也很快于七十年代初得到了控制。

4.3石油的广泛使用与大气污染。

由于工业的迅速发展，特别是由于汽车数量的增多，使石油和天燃气的消费量急剧增长。与此同时，工业发达国家主要城市的大气污染开始转入到所谓的第三代大气污染，也即光化学烟雾污染。

石油加工处理和燃烧过程中排放的碳氢化合物和氮城化物，经光化学反应形成光化学烟雾的机理是非常复杂的，基本原理可简述为：二氧化氮在强烈的太阳紫外线照射下发生分解，产生一氧化氮（NO）和原子氧（O）；原子氧迅速与空气中的氧（O2）反应生成臭氧（O3）；碳氢化合物被HO、O等自由基和O：氧化，导致醛、酮、醇、酸等产物以及重要的中间产物一RO2、HO2、RCO等自由基的生成，过氧自由基引起NO向NO2转化，并导致O3和过氧乙酞硝酸酯（PAN）等的生成。这些基本反应可以用最简化的化学反应模式表示如下：

关于光化学烟雾污染的控制，各国已做了大量研究工作。目前，防治措施集中于减少汽车排放的碳氢化合物和氮氧化物。例如，改善汽车发动机的工作状态，改进然染料供给和在排气系统安装催化反应器等。但是，由于光化学烟雾的污染源和成因复杂，目前已有的防治措施还不能完全控制光化学烟雾污染，继续研究这类污染的综合防治措施，仍是环境科学工作者今后的重要任务之一。

5.我国的能源现状与大气污染

我国目前的大气污染主要是燃煤造成的煤烟粉尘污染，主要污染物是颗粒物和二氧化硫，这与我国目前的能源现状密切相关。在我国近期的燃料构成中，煤占70%以上。全国年烧煤约5亿吨，其中约2亿吨用于工业锅炉、窑炉和民用采暖锅炉，另有2亿吨用于火力发电和火车，城市居民的生活沪灶年耗煤约1亿吨。上述三部分直接燃煤的污染源每年排放二氧化硫1500万吨，排尘1900万吨，约占全国大气污染总量的70%以上。

我国目前的大部分煤在使用前不进行加工处理，洗煤能力仅占原煤生产能力的1/6，而且主要是供冶金、炼焦和出口用，绝大部分的燃煤是以含灰分高、含硫量高的原煤形式直接烧掉的。目前，我国的除尘装置和排烟脱硫技术还不普及，除大型锅炉有较高效的除尘设备外，大部分的燃烧烟气均不经高效除尘和脱硫处理，携带大量灰分和二氧化硫排入大气。

在煤炭的地区分配上，情况是这样：全国每年约有3亿吨煤（其中包括居民生活和中小型锅炉用煤）是集中在面积不大的城市使用。而且，这些煤主要用于小型锅炉和民用小炉灶，这些燃烧设备效率低（分别不到60%和20%），也不可能按装高效除尘和烟气脱硫装置，加上烟囱低矮，排放的烟尘和二氧化疏难以扩散，从而造成了人口集中的城区严重的局部污染。

要从根本上治理我国目前的大气污染状况，必须改变以煤为主的然料构成。我国目前在能源结构上的发展趋向是：由有烟燃料改为无烟燃料，由固体燃料改为流体燃料。从长远看，我国应走城市然气化的道路，逐步推广使用天燃气、煤气和石油气。这不仅可以改进工业生产状况，而且对于改变城市千家万户的炉灶污染也是很有必要的。在有条件的地方，可以试点推行生活用电，电是化率最高、污染最小的能源。

6.大力开发无污染的新能源

人们在认识了矿物燃料同大气污染的关系后，开发利用无污染的新能源的呼声越来越高。许多国家已投入了大量的人力和物力，正在探索开发这类能源。在已开发的能源中，尽管水力能、潮汐能、风力能、地热能等天燃能源仍有很大的发展潜力，对大气污染也少，但人类最理想的无污染能源是太阳能和氢燃料，它们是取之不尽，用之不竭的清洁能源。

1、太阳能。

太阳能是地球上最丰富的能源。太阳射到地球表面的总能量，估计相当于173亿兆瓦，相当于全世界全部发电厂发出的能量总和的一万八千倍。几个世纪以来，直接从太阳获取能量是科学家们梦寐以求的夙愿。可是，在地球表面利用太阳能，受到太阳光是分散的和间歇的根本限制。近年来，由于技术的进步，太阳能的直接利用得到了较快的发展。目前，太阳能主要用于：一国采暖和致冷。利用太阳能给建筑物供暖，近年來在经济上已可以和电气供暖竞争，今后随着化石燃料价格上涨，太阳能动力将成为最便宜的能源。②太阳能发电。太阳光能通过直接转换法（太阳能电池）变成电，或者通过动力转换法，即利用太阳辐射产生蒸汽。由蒸汽驱动涡轮机来发电.利用太阳能的好处是：它提供了无穷的“燃料”来源，并且对环境无任何污染。

2、氢燃料。

氢将是今后一个宝贵的能源，它既可以直接用作土要燃料，又可转化成各种各样的燃料，如乙炔、甲烷、甲醇及其它碳氢化合物嫩料。氢的适应性很强，用高压或低温可以液化，运输和储存都很方便，而且操作简单。氢可以用做一切动力的来源，既可用于发电，又可用来开动汽车和喷气式飞机，而且不污染大气。氢不象化石然料，它燃烧起来很干净，火焰几乎看不见，不排放二氧化硫、一氧化碳及颗粒物等污染物，燃烧装置无需安装排气设准，一般也不必建造烟囱，所以建设费用比较低廉，而加热效率倒能提高3%。

目前生产氢的方法是：用煤使水还原，或使石油产品部分氧化和裂解。然而，这些方法都要消耗一定的能量和不能更新的能源，会增加氢的生产成本，很不经济。最近，有研究利用太阳能把水直接分解生产氢气。他们用一种氧化钦品体和黑色的铂作为电极，连结并浸在灌满水的水箱里。太阳光射到氧化钦表面后，产生一股电流。电脉冲又分解水，在铂电极表面上产生氢气，在氧化钦晶体表面产生氧气。由于水和太阳光都是取之不尽的，因而用它们来生产氢，在今天被认为是人类寻我无污染的理想新能源中最有希望的一个方法。

7.结语

在大城市中SOX，NOX排尘等污染问题尚未得到解决。汽车污染、居民生活污染随人口的增加会越来越严重，这是大气污染防止法条例所难以解决的问题。由于光化学烟雾和飘尘等产生机理尚长明确，使之难以采取解决措施的污染物质还存在。

随着人类的发展污染物质也不断地发展、增加。最初只是在某些个别地区超过环境容量，逐渐地扩展到整個地理范围，这种使人担心的问题还会出现的。

环境问题于六十年代中期的应急阶段进入了污染预防时期，与此同时能源问题也从以石油为中心的时代进入各种能源时代。因此，也是防治大气污染措施转变的时期。不仅要创造好的环境，也要从更广阔的视野出发，有必要制定出具体的措施与政策并将二者结合起米，这是共同的愿望。

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