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低碳排放技术在大气污染治理中的应用研究

2024-11-24 59 上传者：管理员

摘要：大气污染作为重要环境问题，对生态环境、人类健康具有一定影响。为有效减少温室气体排放，本文基于低碳排放技术在大气污染治理中的应用展开研究，先简单探讨了其应用意义，之后从减碳、无碳、去碳等方面进行了分析，以期有效改善气候环境，实现可持续发展。

关键词：
低碳排放技术
大气污染治理
太阳能
工业排放
生物质能
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近年来，在建筑施工、汽车尾气、工业排放等方面的综合作用下，城市大气污染逐渐严峻。为更好解决空气质量问题，低碳排放技术逐渐受到人们的关注与重视。在具体应用过程中，相关人员可从多方面入手，积极应用能源效率、清洁能源、二氧化碳捕获与封存等多项技术，推动经济向低碳转型。在不断创新并优化低碳排放技术的基础上，构建低碳、环保、环境友好型社会，实现经济增长与环境保护双赢目标。

1、我国碳排放现状分析

现阶段，为落实双碳目标，对碳排放总量和强度进行控制势在必行。针对我国城市碳排放差距而言，受经济活动、人口规模、技术进步等方面因素影响，碳排放量存在差异。在具体应用低碳排放技术期间，须注重对碳排放总量进行检测，明确碳排放差距，进而合理制定技术应用方案。针对碳排放总量估算方式为：

式中：E代表城市能源消费量；i代表各种燃料能源；NCV代表净发热值；COF代表碳氧化分子；12代表碳的分子量；44代表二氧化碳分子量；CEF代表碳排放系数。

针对碳排放差距衡量方法而言，相关人员需以基尼系数为核心，将其作为主要抓手，有效衡量城市碳排放差距，进而为碳排放技术的开发提供指引。现阶段，受经济结构的影响，我国碳排放总量基尼系数逐渐有所上扬，在城市经济以及技术水平的作用下，碳减排效果有所提升。在分析低碳排放技术期间，应针对碳排放总量较低的城市进行分析，根据其主要工业、农业生产活动，明确生产率对碳排放总量的影响，实现碳排放总量的降低。

2、低碳排放技术在大气污染治理中的具体应用分析

2.1减碳排放技术的应用

2.1.1能源效率技术

能源效率利用技术致力于提高能源利用效率，对于电力，化工等行业而言，通过应用能源利用技术可以有效减少能源消耗与碳排放。以超临界发电技术为例，其主要是运用蒸汽温度与压力进行发电，通过高于水蒸气的临界点，可直接提高发电效率，发电流程如图1所示。

图1超临界发电技术发电流程

基于低碳排放目标，可建立超临界发电技术模型，从锅炉、发电机、汽轮机等方面入手，合理计算超临界发电效率，具体计算公式为：

式中：η发代表超临界发电效率；η汽代表汽轮机效率；η锅代表锅炉效率。针对二氧化碳排放浓度而言，计算公式为：

式中：Vgy代表干烟气量（Nm3/kg）；ρCOÁ代表排放浓度（g/Nm3）。

在做好相关参数计算工作之后，相关人员应基于实际情况，进一步分析锅炉效率与碳排放之间的关系可知，明确超临界技术具有一定节能减排优势。总的来说，超临界技术作为一种洁净煤发电技术，在应用期间，通过合理确定典型参数，可实现供电效率提升目标[1]。

2.1.2农业碳减排技术

从农业方面来看，通过改良管理与种植技术，可在一定程度上减少碳排放。针对农业碳排放源而言，主要包括化肥、农药、电能消耗以及塑料薄膜等部分，具体排放系数如表1所示。

表1农业活动碳排放系数

结合不同农业活动分析，整体碳排放测算公式为：

式中：Efarm代表碳排放；Efe、Epe、Epl、Efg、Ewa分别代表化肥、农药、薄膜、翻耕、灌溉，五个因素导致的碳排放。

相关人员应合理测算碳排放效率，分解碳排放驱动因素，并构建相应模型。例如，生产效率、产业结构、经济水平、农地利用效率等。以薄膜为例，农业生产过程中，其产生碳排放量较大，为减少白色污染，相关人员应严格规范薄膜技术标准，合理应用生态薄膜，采用纳米高分子复合型可降解生态塑料技术，在无需回收的情况下，降低整体生产能耗与成本、农业碳排放量（如图2所示）。同时，在农业灌溉电能消耗方面，应结合实际情况，改进灌溉方式，有效减少能源消耗量，例如，水肥一体化节水灌溉技术、喷灌+滴灌相结合技术等。结合具体情况，利用可再生能源，实现农业能源利用碳排放量的有效降低。

图2可降解农业薄膜

2.1.3清洁燃烧技术

从根本上来说，清洁燃烧技术主要是对燃烧过程进行改良升级，例如，燃气锅炉、富氧燃烧等。本文以富氧燃烧技术为例，其作为一种碳捕集技术，主要是运用O2与CO2的混合气体，使其与煤粉充分反应的同时，提升二氧化碳浓度，进而便于后续实现压缩与分离目标。在应用富氧燃烧系统过程中，其与传统氧气燃烧具有一定差别，在氧气浓度不断提高的前提下，会有效减少脱挥发时间，进而提高燃烧速率。将富氧燃烧技术应用于燃煤锅炉中，可在一定程度上减少烟气量。数据显示，与空气燃烧模式相比，富氧燃烧可提高烟尘浓度1.4倍，进一步提高除尘效果。另外，在富氧燃烧模式下，二氧化硫等气体生产量明显减少，对此，相关人员可积极应用富氧燃烧自动控制系统，尽可能降低有害气体排放，实现经济与环境效益的协同增长。

2.2无碳排放技术的应用

2.2.1风能

风能是无碳排放技术的一种，以风能为核心的发电技术，主要的工作机理为，在风力的作用下，驱动风车叶片旋转，再利用增速机控制旋转的速度，为发电机提供电能，如图3所示。

通过对风能工作原理的分析和研究可知，作为一种清洁可再生能源，风力发电不使用化石燃料，因此不会产生二氧化碳，更不会排放有害气体，对于生态环境的健康发展无不良影响，因此在大气污染治理中，加大对风能发电技术的应用力度，能够强化大气污染治理效果，还有利于促进我国能源结构的转型升级，实现对清洁可再生能源的高效利用[2]。

图3风能发电机工作原理示意

在应用以风能为主导的发电技术时，需要结合当地的实际情况，如风力资源、地理条件以及气象条件等，常规情况下，风能资源丰富、海拔较高、地形起伏较大、风速每秒>3 s的地区，更适合进行风力发电，并且风力发电机适宜在-130℃到+60℃的环境内工作。在计算风能的过程中，可利用公式：

式中：P代表的是功率；ρ代表的是空气密度；A代表的是叶片扫掠面积；V代表的是风速。利用上述公式计算出相关数据后，再建设风能工程，能够为大气污染治理，提供有力的支持。

2.2.2太阳能

在“双碳”战略目标深入推进的背景下，以太阳能资源为核心的光伏发电模式，在我国拥有广阔的市场前景，根据国家能源局数据显示，截至2023年底，全国太阳能发电累计装机容量高达6.1亿千瓦。这种发电技术的工作原理为，在各种光伏组件以及装置的作用下，将太阳能转化为电能，为用户提供稳定的电源。由于太阳能属于清洁可再生能源，因此这种技术在发电期间，不会产生温室气体、硫氧化物以及氮氧化物等污染物，对于大气污染治理工程的高质量推进，起着积极的促进作用。

在应用以太阳能为核心的发电技术时，要科学建设分布式光伏发电系统，其中光伏电池板的设计属于重点内容，在实际操作中，计算光伏电池板的电压公式为：

式中：Upv与Upv+分别代表的是光伏电池板电压、光伏电池组件正极对地电压；Upv-代表的是光伏电池组件负极对地电压。根据相关数据，科学计算出光伏电池板的电压后，还要通过仿真模拟，对光伏发电站的运行参数等进行综合设计，以600 MWp光伏发电站为例，其各项运行参数，如表2所示。

表2 600 MWp光伏发电站运行参数

具体而言，在大气污染治理中，加大对光伏发电技术的应用力度，能够减少二氧化碳的排放，提高大气污染治理成效。

2.2.3生物质能

生物质能指的是太阳能以化学能的形式储存在生物质中，这种能源主要来自于绿色植物的光合作用，具有污染低以及可再生等多种优势特征。在计算生物质能的发电效能时，可利用公式（3）：生物质+O2=CO2+水+热能+电能。在应用生物质能的发电模式时，主要就是燃烧各种生物质，如木材、生活垃圾以及秸秆等，在生物质燃烧的过程中，收集各种废气以及废水，经过净化处理后再排放到大气中，能够减少对生态环境的污染，加快生态文明工程的建设步伐[3]。

2.3去碳排放技术的应用

2.3.1碳捕获

二氧化碳捕捉与封存是一种新型的去碳排放技术，在应用这种技术的过程中，涉及到碳捕获、碳运输以及碳封存三个环节。在操作碳捕获技术时，主要的工艺流程为：燃烧前捕获———富氧燃烧捕获———燃烧后捕获，在不同的工艺环节中，技术操作形式存在较大的差异性。以燃烧前的捕获为例，在这一环节中，需要利用分离技术，将化石燃料中的CO2成功分离出来，分离流程为：化石燃料———H2与CO———H2O与CO2，经过分离处理后，再利用技术处理化石燃料并进行捕获后，就可进入到碳运输阶段[4]。

2.3.2碳运输

常见的碳运输技术，主要有两种形式，一种是管道运输技术，另一种是罐装运输技术，不同运输技术的适用范围存在一定的差异性，其中气态、超临界态以液态等介质，适用于管道运输，这种运输技术的优点在于运输量较大，并且运输距离较长，在二氧化碳的运输中，应用频率较高。在应用管道运输技术时，当管道的耐压强度分类为4.0 MPa时，标称压力应<4.0MPa；当耐压强度为6.4 MPa与10.0 MPa时，耐压强度应分别<6.4 MPa、<10.0 MPa，通常要控制在1MPa～5 MPa以内，确保二氧化碳运输的安全性以及可靠性。另外，罐装运输技术主要就是铁路以及公路运输，这种技术在运输量较小且运输距离较短的情况下，能够发挥出显著的作用和价值[4]。

2.3.3碳封存

碳封存技术的工作原理为在地质结构层中储存二氧化碳，常见的碳封存技术主要有三种，分别是地质、化学以及海洋封存，其中地质封存技术的应用范围较广，在操作该技术时，需要将CO2安全的注入到各类地质层中，如油气层、煤井内部等，通常情况下，CO2在地质层中封存深度要>800 m。

通过对二氧化碳捕捉与封存技术的科学应用，有利于双碳战略目标的顺利实现，能够为大气污染治理工程的顺利推进，提供可靠的技术支持，为生态环境的长效健康发展，注入源源不断的动力，进而推动社会经济的可持续发展。

3、结论

综上所述，在大气污染治理过程中，相关人员需加大对低碳排放技术的研发力度，从源头入手，切实减少污染物的排放。在这一过程中，应积极利用能源效率、农业林业碳减排、清洁燃烧、清洁能源、二氧化碳捕获与封存等多项技术，做好环保宣传工作的同时，营造全民低碳的氛围，促使社会、公众、企业以及政府能够共同努力，积极创造健康生态环境，推动社会实现可持续化、绿色化发展。

参考文献:

[1]魏宗洋.为内燃机低碳排放不懈努力[J].中国环保产业,2023(9):38-40.

[2]王晓东.大气污染环境监测技术及治理[J].黑龙江科学,2023,14(2):162-164.

[3]王一博.城市大气污染治理的政府路径探析[J].山东工业技术,2015(22):80.

[4]李俊荣.低碳环保技术在城市环境污染中的应用[J].资源节约与环保,2020(3):8.

文章来源:聂维.低碳排放技术在大气污染治理中的应用研究[J].科学技术创新,2024,(24):9-12.