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散煤采暖竟成河北重霾元兇

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2017/2/7     瀏覽次數:    
散煤焚燒污染的問題如果得以解決,京津冀地區的大氣污染治理,就勝利了一半。一個小爐子,卻是京津冀地區大氣環境的最大污染源,同樣成為河北省治霾的最大工程!




專欄作家 陶光遠(中德可再生能源合作中心履行主任)2015年12月1日,北京市產生了自有PM2.5監測值公布以來最嚴重的一次大氣污染,局部地區大氣中PM2.5的濃度到達了1000微克/立方米以上,能見度只有幾十米。以后,我發表了一篇文章《別分析了!世紀大霾的主要緣故就是它!》,指出京津冀地區的各省市,冬天大氣污染的主要污染源是散煤焚燒采暖。
在我們的工作中,讓大家最為詫異的發現就是:河北省最大的大氣污染源不是工業污染源,而是農村住宅的采暖小燃煤爐/鍋爐——即燃煤土暖氣,而這項污染物,集中在冬天排放。

中國北方上千年來都是用土炕采暖。在城市,因為人生水平較高,在上世紀初逐步轉為燃煤爐,現在大部份已轉為集中供暖,熱源為熱電聯供站或者燃煤燃氣鍋爐房。近年,這些燃煤鍋爐普遍得到了不同程度的污染物排放治理,污染物排放或者多或者少在降落。而泛博的中國北方農村從上千年前到20世紀末,冬天絕大多數家庭都是燒炕采暖。記得“文革”時我哥哥高中畢業后“上山下鄉”,回我母親的老家陜西省周至縣(周至縣是陜西省關中地區較富裕的縣,陜西省關中地區一直有“金周至,銀戶縣,中間夾了個爛眉縣”一說)插隊務農。我寒假時去看我哥哥,他教我高中的數學和物理,我給他做飯。灶就與土炕相連,做飯時的熱煙氣,就順便加熱了炕;燒灶火用的主要是玉米秸稈,玉米芯燃值高,燒水做主食時舍不得用,炒菜的時候要旺火才用。晚上臨睡前再在炕底下用一把玉米秸稈,把炕燒熱一點兒。煤太貴了,用不起。

直至本世紀初

直至本世紀初,跟著人民人生水平的提高,中國北方農村的農民才開始從燒炕采暖逐步改成用小型燃煤鍋爐——俗稱土暖氣(大部份)或者燃煤爐(少部份)采暖。在2005年后,土炕采暖改成土暖氣采暖到達高潮,現在用炕采暖的農村家庭已很少。這類家庭用的小燃煤爐/鍋爐采暖模式,就是所謂的“散煤焚燒采暖”。

過去用土炕采暖,農村每一家每一年燒幾百千克農作物秸稈。而現在用土暖氣采暖,農村每一家一般每一年要燒3-5噸平均熱值約為5000大卡的煤。而且大多數燃煤是煙煤,因而在短短的幾年間,散煤焚燒采暖接踵成為中國北方各地冬天最大的污染源。
依據德國的經驗,在中國的小煤爐或者土暖氣中焚燒煙煤,因為焚燒不充沛,燃煤煙氣中平均含大約700毫克/立方米的顆粒物和估量平均超過2000毫克/立方米的二氧化硫。其中,煙氣中顆粒物的平均濃度是現在河北省工業和供暖燃煤鍋爐煙氣中顆粒物平均濃度的十幾倍,更是燃煤發電廠煙氣中顆粒物平均濃度的幾十倍。焚燒煙氣中有如斯高的顆粒物的緣故是,煙煤中所含煤焦油的比例較高,為5%至15%。如果焦油在爐膛中焚燒不完整,在高溫下就會以氣體狀況通過煤煙排出,煤煙的溫度下降后,其中的煤焦油又凝結成液滴,這類液滴就是我們看到的煙囪中冒出的濃濃的煤煙。但實際上,煙氣中的顆粒物含量波動極大。在爐子里的焚燒溫度較高時,焦油的焚燒充沛,煙氣中殘留的煤焦油比例較低;反之,煙氣中殘留的煤焦油比例就較高。在晚上“封火”后,在爐膛上部承當封火功能的煤炭,基本上處于干餾狀況,估量一半以上的煤焦油都進入到煙氣中了,這時候候,煙氣中的顆粒物含量會到達幾千毫克/立方米,乃至上萬毫克/立方米。這類現象用肉眼就可以看出來,即晚上封火后,煙囪里冒出的煤煙尤其濃——濃濃的都是煤焦油。
需要說明的是,這類煤焦油凝結構成的液滴狀顆粒物的毒性尤其大,其中包含高致癌物苯并芘。
河北省有3000多萬人口棲身在農村、城中村和城鄉接合部,有大約1000萬個家庭,現在是用家用小型燃煤鍋爐/爐采暖,全部冬天要焚燒大約4000萬噸上下的煤炭,燒的大部份是便宜的煙煤。如果燃煤煙氣中平均含大約700毫克/立方米的顆粒物,則每一年焚燒4000萬噸燃煤,顆粒物的排放量就約為:700毫克顆粒物/立方米煙氣x10,000立方米煙氣/噸煤x40,000,000噸煤/年=280,000,000,000,000毫克顆粒物/年=280,000噸顆粒物/年。在河北省的所有污染源中,這是現在獨一超過10萬噸顆粒物/年的污染源。
固然這個估量其實不準確,但也其實不高。每一年焚燒散煤4000萬噸,按煤炭中煤焦油平均含量為7%計,就是280萬噸煤焦油,如果其中的10%排入到煤煙中,就是28萬噸。思考到晚上封火時用的煤中大多數煤焦油都排入到大氣中,應當說這個估量其實不算高。
這4000萬噸焚燒排出的二氧化硫,按河北省散煤的平均硫含量為1%計算,就會到達好幾十萬噸。
因而,雖然散煤焚燒僅僅占河北省全部煤炭損耗的10%上下,然而因為其焚燒時污染物排放的濃度高,因而其排放的顆粒物和二氧化硫,占全部煤炭焚燒所排放的50%上下。思考到這4000萬噸煤是在冬天采暖期的大約5個月內焚燒的,因而,在這個期間,散煤焚燒排放的顆粒物和二氧化硫的排放量確定都超過排放總量的50%。
2016年年底的45天,石家莊市全市的污染企業停工,汽車也單雙號行駛,結果大氣污染依然特別嚴重,也證明了散煤焚燒是冬天最大的大氣環境污染源。
在中國,因為燃煤在這些小型燃煤爐/鍋爐焚燒不充沛,不但造成燃煤煙氣中的污染物排放較高,而且熱效力很低,只有30%-50%。能源效力低,不但增添了能源損耗和相關的費用支出,也由于增添的煤耗使得大氣污染物和二氧化碳過量排放。
順便說一句

順便說一句,2015年至2016年冬季,北京市的散煤焚燒估量為400萬噸上下,約為河北省的1/10,也確定是北京市占總量超過50%的顆粒物和二氧化硫污染源。按單位疆土面積計算,北京市平原上的散煤焚燒強度乃至高于河北省(北京市的平原土地面積不到7000平方千米,而河北省的平原土地面積超過10萬平方千米)。
人們已注意到了,在非采暖季,京津冀地區的空氣質量有了顯明的改良。然而在采暖季,空氣質量幾近沒有改良,乃至感覺在惡化。緣故很為難,散煤采暖污染的治理其實不順利。因為農村人生水平的提高,人們花得起錢買更多的煤了,為了提高室內的舒適度,焚燒了愈來愈多的散煤。許多家庭的室內氣溫,原來只有攝氏10~14度,現在則提高到了攝氏16~20度。要了解,室內溫度每一上升1攝氏度,燃煤損耗就會增添6%上下!因而,最近幾年來,散煤焚燒采暖的煤耗一直在增長。
但這個污染責任其實不在燒散煤的家庭——這些家庭大部份是農民家庭。問題出在燃煤裝備和焚燒的煤炭上。
我們與德國作個對比。德國是一個能源資源以煤炭為主的國家,硬煤與褐煤的資源都特別豐厚。德國歷史上也是一個以散煤焚燒采暖為主的國家。在二次大戰之前,大部份家庭采取小型燃煤爐/鍋爐采暖(德國之前為何不燒炕,這是個謎),只有城市的少數家庭采取集中供暖。二次大戰后,因為中東的便宜石油以及原蘇聯和北海天然氣的發現和大量進口,德國的許多家庭才改成燃油或者天然氣采暖。然而,在原西德的大氣污染基本得到治理的1992年,德國仍有約16%的家庭焚燒固體燃料,其中至關大的比例是焚燒用褐煤(生煙最大的煤)做的型煤,其余的焚燒生物資。須要指出的是,焚燒生物資只是在焚燒煙氣中沒有二氧化硫,而顆粒物的排放與燃煤并駕齊驅。
然而,德國長時間以來特別關注下降小型家用固體燃料采暖爐/鍋爐的污染物排放,并提高焚燒效力。這也是德國國家科研機構弗朗霍夫鉆研院的長時間科研題目和技術服務內容。在上世紀60年代,德國出產的小型家用固體燃料采暖爐/鍋爐的焚燒煙氣顆粒物排放量標準上限即為150毫克/立方米;到上世紀90年代,這個標準的上限已降到75毫克/立方米;從2015年1月1日起,更是降到了20(大功率)~40毫克(小功率)/立方米,這在中國,已到達了燃煤發電廠的標準,只有京津冀地區家用小型燃煤爐/鍋爐煙氣中顆粒物排放濃度的1/20上下。而所焚燒的型煤用低硫褐煤作為原料,在焚燒時,褐煤所做的型煤中的大部份硫會與鈣鎂離子結合生成硫酸鹽,固化在煤灰中,使得煙氣中的二氧化硫含量進一步下降,煙氣中的二氧化硫含量只有京津冀地區散煤焚燒煙氣中二氧化硫平均含量的1/10上下。

德國住宅采暖模式的變化趨勢
德國住宅采暖模式的變化趨勢
需要注意的是,京津冀地區的散煤污染源,是在上世紀末才呈現的,本世紀開始才驟然增長成為冬天京津冀地區的主要大氣污染源。現在京津冀地區使用的大多數家用小型燃煤爐/鍋爐,焚燒煙氣中的顆粒物平均濃度,都在幾百毫克/立方米。與德國相比,中國小燃煤采暖爐/鍋爐的污染物排放水平后進了半個世紀。這是今天散煤焚燒采暖造成京津冀冬天嚴重污染的根本緣故。固然,出產者和市場監管者的責任,不能推到消費者——泛博農民的身上。
德國和中國的散燒煤小鍋爐

德國和中國的散燒煤小鍋爐
為了減少焚燒散煤釀成的大氣污染,近年,京津冀地區的政府部門主要采取了兩種策略:
1)焚燒由無煙煤壓抑的型煤(煤球)。無煙煤里的煤焦油含量低,因而在焚燒時排放出來的焦油顆粒物比起煙煤就大大減少。河北省的許多地區對無煙煤壓抑的型煤(煤球)進行了津貼,激勵燒散煤的家庭使用。然而每一噸無煙煤煤球的價格比煙煤貴了好幾百元。思考到全省每一年焚燒4000萬噸上下的散煤,如果全體補貼,每一年就要補貼上百億元,這是個繁重的財政負擔。然而,如果不補貼,許多家庭就會繼續燒煙煤。如果節制煙煤的銷售,那個工作量和難度可想而知。
2)“煤改氣”或“煤改電”。天然氣和電力的單位能源價格,是燃煤的好幾倍,這無疑會大大增添采暖的能耗支出。一個家庭一年增添幾千元的采暖能耗支出,不管是由誰來承當,都是一筆巨大的財政負擔。像北京這樣較為富裕的地區,財政還能夠負擔,至于河北這樣不是很富裕的地區,如果讓處所政府來承當這筆巨額的支出,就特別難題了,由于這比津貼老百姓購買無煙煤煤球的支出還要高出一至兩倍。
治理散煤焚燒的污染,從長遠看,要根治仍是要采取無煤化采暖。在河北,最好的辦法是采取電力采暖,由于冬天下夜半的采暖高峰,恰是華冬風電多余的高峰;同時,電力采暖,沒有燃氣采暖焚燒煙氣中的氮氧化物污染問題。然而條件是房屋需要做較好的保溫改造,否則采暖費用會太高。河北農村的房屋絕大多數沒有做保溫措施,散熱功率很大。如果對農村住宅進行有效的保溫改造,可以下降60%-80%的采暖能耗。這樣,燃煤改成電力采暖的同時,節省建筑的采暖能耗,能耗損用就不會增添,乃至會減少。一個100平方米的農村建筑,進行節省60%-80%采暖能耗的改造,要花費上萬元甚至幾萬元,具體的花費需要通過示范項目才能較準確地測定。這項工作,如果與新農村建設結合,或許會找到很好的融資模式。無非這已超過了本文討論的范疇。
建筑保溫改造+“煤改電”是個投資較大的解決方案,至于全部河北省來講,雖然長遠的經濟、環境和社會效益好,但需要較長的時間周期。
而散煤清潔焚燒,卻是可以在較短的時間內實現的,本錢也對比低。目前在政府的支撐下,正在緊張地進行這方面的技術開發和示范工程,進展順利。在這方面,因為有德國勝利的經驗可供鑒戒,因而我對項目的勝利持樂觀態度。
散煤焚燒污染的問題如果得以解決,京津冀地區的大氣污染治理,就勝利了一半。一個小爐子,卻是京津冀地區大氣環境的最大污染源,同樣成為河北省治霾的最大工程!我之前真是萬萬沒想到。我的中國和德國同事沒有一個人想到。真是沒有調查就沒有發言權啊!

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