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冬季散煤采暖污染治理,禁煤不是唯一出路

作者:admin     阅览次数:391      发布时间:2018-09-03     [返回上一页]
  陶光远先生80年代初在清华大学自动化系获系统工程专业硕士学位,1988年赴德国留学,并在德国工作多年,见证并参与了德国治理雾霾、能源转型等能源界的重大变迁。近年来,回国致力于大气污染治理和能效提升工作。在我国能源界,他是兼具开阔的国际化视野和很强行动实施能力的一位专家。我经常向他讨教,并合作撰写11月3日的诡异雾霾!北京的雾霾最可能是本地产生的!他写的8篇河北治霾随记也授权在我微信公号发布,广泛发动各界人士参与治霾,参与能源革命。散煤采暖显然是重要的污染源,但一刀切的强制取消散煤不应该成为唯一的对策。陶光远先生在本文中介绍的中德合作开发的超低污染排放燃煤小锅炉值得高度重视。关于散煤治理,我清华大学能源环境经济研究所的师妹霍沫霖的观点我很赞同,全文在我微信公号发布过:散煤长效治理需要“条块结合”的政策支持.冬季散煤采暖污染治理,即将走出至暗时刻中国北方采暖用的大多数户用燃煤小锅炉(俗称土暖气)排放的烟气中颗粒物为700毫克/立方米左右,这是德国能源署与河北省政府合作进行的大气污染治理咨询中,德方专家做出的评估。“煤炭中的挥发分和一氧化碳需要在炉膛中与空气充分混合燃烧2秒钟以上,才能将可燃气体基本燃尽。中国的土暖气炉膛太小,二次风与可燃气体混合后的燃烧时间连半秒钟都不到。”我的一位德国环境工程师同事如此解释。
  中国北方农村的燃煤采暖小锅炉——土暖气后来我查阅了一些中国专家的文章,结论更悲观,中国土暖气的燃烧烟气中的颗粒物达1000毫克/立方米左右,远远高于中国燃煤锅炉的烟气排放上限)。
  也就是说,土暖气排放的烟气中的颗粒物是燃煤锅炉的20倍左右,土暖气排放的烟气中的二氧化硫是燃煤锅炉的3~10倍。根据2017年12月5日国家发改委等十部委共同发布的《北方地区冬季清洁取暖规划》披露的信息:“取暖用煤年消耗约4亿吨标煤,其中散烧煤(含低效小锅炉用煤)约2亿吨,主要分布在农村地区”。中国的全年总煤耗不过30多亿吨标煤,中国北方地区充其量消耗20亿吨,而冬季采暖季除了这2亿吨散煤外,煤炭用量充其量也就是10亿吨。也就是说,冬季散煤采暖燃煤量在中国北方的用量超过总燃煤量的20%,考虑到如上所述散煤燃烧烟气中的颗粒物和二氧化硫是其它燃煤设备的数倍至10多倍,因此中国北方冬季颗粒物和二氧化硫的最大污染源就是散煤燃烧采暖,甚至可能超过50%(如果不考虑大型燃煤设备排放烟气湿法脱硫产生的二次污染物的话)。如何消除散煤采暖对大气的污染?最简单彻底的办法似乎就是煤改气或者煤改电。就极个别地区来说,确是如此。但是,对绝大多数地区而言,却是欲速则不达。散煤采暖的地区,绝大部分是在农村地区。这些地区基本上没有燃气网,配电网的功率也很小。如果煤改气采暖,或煤改电采暖,就要新建燃气网和配电网。建设燃气网和燃气采暖系统需要花多少钱?煤改气的基础设施建设,户均投资是2万多元,这里还不包括建设储气库的投资。冬季采暖是在用气量最多的季节用气,如果不在非采暖季储气,就要在采暖季抢夺别人的用气——这样造成的损失比建设储气库还大。如果加上建设储气库的投资,煤改气的户均投资估计就到3万元人民币左右了。而煤改电采暖就更麻烦了,如果是大规模煤改电采暖,除了配电网几乎要完全新建,高压输电网也需要进行增容改造,甚至还需要新建燃煤发电厂。因为煤改电,京津冀在冬天寒冷的天气上半夜的电力负荷已经接近电厂的最大出力了。如果继续增加煤改电的规模,则就需要新建燃煤电厂。在这种情况下,1个农户煤改电,需要增加大约7千瓦左右的配电网、输电网和燃煤电厂投资,户均投资高达2万元(如果仅需扩建配电网的话)~6万元(如果需要扩建配电网、输电网和燃煤电厂的话)。且不说燃煤电厂每发1千瓦时的电力,需要烧3千瓦时的煤炭,烧的煤比散煤采暖还多。而新增的配电网、输电网和燃煤电厂在全年的其它时间里几乎无用,浪费极大。由于燃气和电力提供的单位热能价格,是燃煤的2~4倍,农村家庭的经济能力又比较弱,因此国家还必须对煤改电和煤改气的每户家庭提供每年1000~3000元的燃气或电力补贴。这就意味者,如果将中国北方约8000万户人家(按平均每户每年烧2.5吨标煤计算)的2亿吨散煤采暖全部改为燃气采暖或电力采暖,需要给燃气和电力基础设施建设投资2~3万亿元,另外每年还要补贴2000亿元左右,要补多少年?还是个天晓得的问题。所以,中国国家领导人对煤改气和煤改电的指示是:“宜气则气;宜电则电”。很遗憾的是,这个指示在执行的时候,这两句话的第一个字似乎在一些地方被遗忘了,于是才有了2017年的煤改气,在许多地方遭受巨大挫折后,在中央政府的有关部门督办下又气改煤了。在中国的很多地方,也进行了用无烟煤制作清洁型煤的尝试,甚至对制作型煤的煤炭制定了标准,有四项指标:挥发分、硫含量、热值、灰分。但是收效很差,一来无烟煤很贵;二来无烟煤并不是无烟,而是烟少一些,烟气中的颗粒物平均也是几百毫克/立方米。这种方法有污染且昂贵,于是也推行不下去。
  2017年2月笔者考察北京郊区小燃煤炉燃烧无烟煤做的清洁型煤排放的情况,肉眼看上去,烟气中的颗粒物含量应该是几百毫克/立方米。但是,广大人民群众对改善大气质量的要求是迫切的。那么除了在冬季忍受散煤采暖污染和花费巨额费用的煤改气+煤改电两条道路之外,有没有其它的既能显著减少散煤采暖污染、经济上现在也可以承受的解决办法?答案是肯定的,并且有成熟的范例。与中国一样,德国也是一个主要能源禀赋是煤炭的国家,缺气缺油。二战前,采暖主要靠散煤。二战后随着生活水平的提高,燃油和燃气采暖的比例不断升高。但尽管如此,今天德国依然有1400多万台烧(烧型煤或木柴等)固体燃料的采暖设备(尽管其中大多数是摆放在客厅的壁炉,有人时才点燃,不是在整个冬季持续使用)。需要说明的是,木柴中有大量的木焦油,如果不在超低排放的炉子里烧,产生的颗粒物一点儿不比烧煤炭少。德国法律规定,所有的固体燃料设备的烟囱必须由专业烟囱师傅定期进行检查清理,烟气排放的环保是否达标也由烟囱师傅审核,因此这个数字特别准确。注:德国有全国统一的烟囱师傅协会,所有的烟囱师傅都是专门注册的。一个地区有多少名烟囱师傅,是固定的,不能轻易增加。这个行业是绝对垄断的。在德国要想当烟囱师傅,一般来说只有两种可能,要么是烟囱师傅的儿子,要么是烟囱师傅的女婿。但正是这种专业性垄断,使得德国的散煤污染治理很容易贯彻执行。德国对散煤污染治理长年重视,政府一直拨专款进行研究,不断进步。德国出厂的户用燃煤炉排放标准中对烟气中颗粒物规定的上限,在上世纪六十年代,是150毫克/立方米;到了上世纪九十年代,是90毫克/立方米;2015年1月1日起,是20毫克/立方米(单个房间)~40毫克/立方米(多个房间),这个限值甚至略低于中国大中型燃煤锅炉的排放上限。我曾经问过我的德国同事,“德国什么时代的散煤燃烧烟气中的颗粒物是700毫克左右/立方米”。我的同事想了半天也没想出来:“也许是在俾斯麦时代吧?也许更早?”而且德国户用燃煤炉的能效很高,75%以上,而中国大多数的户用燃煤炉能效只有30%~50%。需要说明的是,德国的型煤绝大多数是挥发分很大的褐煤,如果在中国普通的户用燃煤采暖炉中燃烧,会比用中国的烟煤排放更多的颗粒物。其实道理也很简单,就是炉膛比中国的户用燃煤炉大得多,而且有优化的二次风系统,焦油和一氧化碳燃烧得充分。考虑到上述情况,我们从2016年起就开始寻找中国的公司,引进德国的户用超低污染排放燃煤炉技术。遗憾的是,找了很多公司都不愿意做这件事情,因为当时的舆论认为散煤污染治理未来只能靠煤改气和煤改电。真是天无绝人之路。2017年初,在笔者的老家陕西省,找到了位踞世界五百强行列里的陕煤化集团(简称陕煤),陕煤的领导表示愿意投资支持这件有利于环保的项目。一家德国的燃煤设备公司,愿意与陕煤合作开发适合中国国情的燃煤采暖小锅炉和型煤。而这里的中国国情是:使用中国唯一的一种廉价低硫煤——产于陕北的低硫长焰煤(烟煤),硫含量只有0.5%。用这种煤作原料,添加粘结剂和脱硫剂,生产出低硫型煤。需要说明的是,颗粒物减排靠炉子,二氧化硫减排靠型煤。需要说明的是,陕北低硫长焰煤的价格远低于无烟煤。不使用风机,因为农村停电的时候比城里多;况且大量的煤改电,会降低电网的可靠性。供暖面积为100平方米时,造价不超过5000元/台;供暖面积为200平方米时,造价不超过8000元/台;
  中德合作开发的产品与国内市场同类产品的外形比较这炉子看起来简单,开发起来却并不容易。历经一年左右的时间,经过计算机设计仿真,几经检测,几经改进,才终于搞定。2018年7月底,德国和中国的检验机构分别对这款超低污染排放燃煤炉进行了检验,效果很理想:颗粒物排放低于20毫克/立方米;二氧化硫排放低于50毫克/立方米;都不到中国现有的散煤采暖烟气排放的1/20。而氮氧化物的排放量则不到200毫克/立方米,比不带低氮燃烧器的燃气炉的排放还要低,也低于中国大中型燃煤锅炉的标准规定排放上限。这样一台能给100平方米左右面积住宅采暖的超低污染排放燃煤采暖小锅炉,其生产成本也就是4000元左右。比起煤改气和煤改电,投资只有其1/10左右,而且今后还不要补贴了。虽然型煤的价格比烟煤贵了30%左右,但因为燃煤炉的能效高,因而燃煤量减少33%左右,算总账:价格与现有的燃煤炉烧烟煤相比,用户买煤的钱是130%x67%<90%,比用现有的燃煤炉烧散煤还便宜了10%左右。需要特别说明的是,由于超低污染排放燃煤采暖炉的能效比现在中国农村绝大部分炉子的能效高50%左右,因此,如果普遍推广,中国现在约2亿吨标煤/年的散煤采暖,就可以节省出约6000万吨标煤/年来,等于每年少排放约1.5亿吨二氧化碳。按发电煤耗为300克计算,等于燃煤电厂每年减少发电2000亿千瓦时的燃煤,相当于1.6亿千瓦的光伏电站减少的燃煤。也就是说,这将会是一个重大的二氧化碳减排项目最后,比较一下煤改气、煤改电和超低排放燃煤的环境和经济指标:
  结果很清楚,就不用评论了。在可以见到的未来,燃煤采暖还是会退出历史舞台的。不过取代燃煤采暖的主要能源,不是其它能源,而是建筑节能,减少使用的能源才是最绿的能源。随着人民生活水平的提高,今后二三十年里,中国农村的住宅还会不断地改造,与城市一样,建筑改造时会进行建筑节能改造。如果未来农村的建筑比今天节能70%以上,采暖是烧气还是用电就无所谓了。但是,距2022年2月2日冬奥会开幕,只有3年多的时间了!
 
 

 




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