“共軛燃燒” 霧霾治理突破口

煤在傳統(tǒng)燃燒方式下燃燒效率很低，會(huì)產(chǎn)生大量的污染，影響空氣質(zhì)量。“共軛燃燒”作為一種與傳統(tǒng)燃燒方法完全不同的燃燒技術(shù)，通過(guò)利用全新的燃燒原理，在提高燃燒效率方面取得根本性的突破，有利于破除霧霾頑疾。

取暖季又到了。燃煤污染是造成空氣污染的重要來(lái)源。煤在傳統(tǒng)燃燒方式下燃燒效率很低，大量燃料并沒(méi)有釋放熱能，而是以各種污染物的形式排放到大氣當(dāng)中。

如果能夠創(chuàng)造理想的燃燒條件，有效抑制可變產(chǎn)物的產(chǎn)生，煤炭這種傳統(tǒng)意義上非清潔燃料，是可以實(shí)現(xiàn)清潔燃燒的。“共軛燃燒”就是這樣一種新型的燃燒技術(shù)。

散煤燃燒是京津冀霧霾產(chǎn)生重要原因

京津冀地區(qū)一直是全國(guó)空氣質(zhì)量較差的區(qū)域。共發(fā)的霧霾頑疾，讓京津冀在環(huán)境領(lǐng)域成為命運(yùn)共同體。環(huán)保部在《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中，對(duì)京津冀地區(qū)污染物排放、能源結(jié)構(gòu)、科學(xué)應(yīng)對(duì)、加強(qiáng)監(jiān)督等方面制定了明確指標(biāo)。在《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》中，生態(tài)環(huán)境亦被列為先行啟動(dòng)、率先突破的三大領(lǐng)域之一。京津冀多地支柱產(chǎn)業(yè)為鋼鐵、水泥、火電、石化等高耗能產(chǎn)業(yè)，污染物排放總量大、單位GDP排放強(qiáng)度高，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)和以重化工為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致京津冀大氣污染加重。

探尋近年來(lái)京津冀地區(qū)頻繁遭遇霧霾背后的深層次原因，除了特殊的氣象條件外，人為的污染排放是重要因素，華北地區(qū)煤炭消耗遠(yuǎn)超全國(guó)平均水平。來(lái)自環(huán)保部的數(shù)據(jù)表明，重污染期間，化石燃料或生物質(zhì)燃燒排放的一次顆粒物增加明顯，原煤散燒對(duì)近地面污染貢獻(xiàn)最高，低矮面源污染對(duì)PM2.5濃度貢獻(xiàn)最大。從觀測(cè)數(shù)據(jù)看，與燃煤排放直接相關(guān)的有機(jī)物、硫酸鹽、黑炭等物質(zhì)，是PM2.5的主要組成成分，也證明了煤炭污染，特別是城鄉(xiāng)接合部與廣大農(nóng)村地區(qū)的原煤散燒，是導(dǎo)致華北地區(qū)大范圍空氣污染的重要來(lái)源。河北省在國(guó)新辦發(fā)布會(huì)上表示，河北治霾的癥結(jié)正是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重型化、能源結(jié)構(gòu)不合理，煤炭消費(fèi)占比高達(dá)80%，污染嚴(yán)重。為有效破解燃煤污染的難題，當(dāng)前京津冀地區(qū)正在大力推廣潔凈型煤，限制高硫、高灰劣質(zhì)煤的生產(chǎn)使用，同時(shí)推廣使用替代能源，實(shí)施電能替代、集中供熱。

傳統(tǒng)煤炭燃燒方式帶來(lái)較大環(huán)境承載壓力

傳統(tǒng)燃煤爐的類型較多，其中最主要的一種是層煤燃燒爐。大量燃燒試驗(yàn)證明，污染物的產(chǎn)生是由燃燒條件決定的，燃料在燃燒不充分時(shí)會(huì)產(chǎn)生可變物質(zhì)排放。煤之所以被認(rèn)為是非清潔燃料，是因?yàn)槊涸趥鹘y(tǒng)燃燒方式下燃燒效率很低，大量燃料并沒(méi)有釋放熱能，而是以各種污染物的形式排放到大氣當(dāng)中。傳統(tǒng)燃煤爐燃燒室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤灰層在下、焦炭氧化層在中、原煤干餾層在上，在爐膛中安裝固定爐排，燃燒后的煤灰從爐排下面的坑中排出。只有當(dāng)爐溫很高時(shí)且必須保持穩(wěn)定，煤在爐膛中才能充分燃燒。當(dāng)煤量添加過(guò)量會(huì)出現(xiàn)缺氧燃燒，導(dǎo)致燃燒不充分，黑色煙塵(包括“一次顆粒”和“二次顆粒”)從煙囪中排入大氣。當(dāng)沒(méi)有及時(shí)加煤時(shí)，由于供風(fēng)不能動(dòng)態(tài)調(diào)整，多余的風(fēng)量就會(huì)帶走大量熱能，同樣導(dǎo)致燃燒效率大大降低。

“共軛燃燒”實(shí)現(xiàn)燃燒效率的根本性突破

軛本指兩頭牛背上的架子，軛使兩頭牛同步行走，共軛即為按一定的規(guī)律相配的一對(duì)。“共軛燃燒”是一種與傳統(tǒng)燃燒方法完全不同的燃燒技術(shù)，通過(guò)利用全新的燃燒原理，在提高燃燒效率方面取得根本性的突破。

“共軛燃燒”技術(shù)認(rèn)為，如果能夠創(chuàng)造理想的燃燒條件，有效抑制可變產(chǎn)物的產(chǎn)生，煤炭這種傳統(tǒng)意義上非清潔燃料，是可以實(shí)現(xiàn)清潔燃燒的。

“共軛燃燒”技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)手燒燃煤鍋爐，進(jìn)行了大量解剖研究，分析了鍋爐中每個(gè)部件的作用、相互聯(lián)系與影響參數(shù)，并進(jìn)行了多次的燃燒試驗(yàn)。“共軛燃燒”技術(shù)發(fā)現(xiàn)，只要當(dāng)供風(fēng)與煤的熱氧化反應(yīng)時(shí)消耗的氧氣平衡，爐膛內(nèi)的燃燒就可以達(dá)到狀態(tài)最佳，只有極少的污染物產(chǎn)生。同時(shí)，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的可燃性中間物質(zhì)，如果返回到爐膛的高溫區(qū)進(jìn)行二次燃燒，就會(huì)進(jìn)一步減少污染物的排放，并且提供更多的熱能。

在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)傳統(tǒng)燃煤爐的爐膛、煙道進(jìn)行了重大革新，設(shè)計(jì)制造了共軛燃燒煤爐。該爐型在使用時(shí)，不依靠催化劑和任何其他輔助設(shè)施，僅僅依靠物理結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化和改造，就可以實(shí)現(xiàn)污染物排放的極大降低。“共軛燃燒”技術(shù)的主要特點(diǎn)包括：

研究使用者的操作習(xí)慣，人工操作過(guò)多必然會(huì)擾亂爐膛中燃料的燃燒穩(wěn)定性，影響燃燒效率，共軛燃燒煤爐將人工操作和干預(yù)行為大大減少。

優(yōu)化了爐膛結(jié)構(gòu)，采用負(fù)壓力供風(fēng)使燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的可燃性中間物質(zhì)，返回到爐膛的高溫區(qū)與主燃料進(jìn)行二次約束性燃燒，加快熱化學(xué)反應(yīng)提高燃燒效率。

對(duì)煙道系統(tǒng)進(jìn)行革新，使燃燒過(guò)程的供氧量隨新添加的燃料在燃燒過(guò)程中自然調(diào)節(jié)，始終保持燃料與氧氣的最佳匹配量，既不欠風(fēng)導(dǎo)致產(chǎn)生中間揮發(fā)性可燃物，也不供風(fēng)過(guò)量導(dǎo)致降低燃燒效率，同時(shí)順利排放二氧化碳和水。

“共軛燃燒”技術(shù)在京津冀應(yīng)用前景廣闊

當(dāng)前，改善空氣質(zhì)量、提高霧霾治理效果已經(jīng)成為京津冀地區(qū)環(huán)境治理的當(dāng)務(wù)之急。以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，造成我國(guó)總體能源使用效率低下、污染嚴(yán)重，尤其是中小型燃煤場(chǎng)所，燃煤量可能僅占燃煤總量的10%，而污染物排放卻可能占到排放總量的50%以上。傳統(tǒng)的燃燒技術(shù)在燃燒效率方面的提升空間已十分有限，而煙氣處理工藝只能降低必然排放，不能夠有效處理可變排放。

供暖是北方地區(qū)冬季的必備措施，大多以燃煤為主，供暖季是我國(guó)一年中霧霾災(zāi)害最為嚴(yán)重的階段，尤其是京津冀地區(qū)。為有效降低煤炭燃燒帶來(lái)的污染，“煤改氣”是立竿見影的方法，但是鑒于我國(guó)天然氣資源供應(yīng)現(xiàn)狀，以及北方農(nóng)村地區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)形成的以散煤作為燃料的生活習(xí)慣，短時(shí)間內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)天然氣的完全替代。

燃煤產(chǎn)生的霧霾災(zāi)害，主要責(zé)任不在于煤炭本身，而是在于千百年以來(lái)人類采用的傳統(tǒng)燃燒技術(shù)存在的固有缺陷。煤炭、秸稈、塑料、橡膠等主要由碳?xì)浠衔锏冉M成的有機(jī)物類，也可以像天然氣一樣進(jìn)行高效清潔燃燒。

向霧霾宣戰(zhàn)，就是向傳統(tǒng)燃燒技術(shù)宣戰(zhàn)，要從根本上解決傳統(tǒng)燃燒技術(shù)效率低下的固有缺陷，解決我國(guó)總體能源使用效率低下的問(wèn)題。中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心關(guān)于共燃煤爐和傳統(tǒng)煤爐的對(duì)比測(cè)試表明，相對(duì)傳統(tǒng)煤爐，共燃煤爐的PM2.5、氨、CO、溫室氣體(甲烷)等的減排量可高達(dá)約90%，能源利用率比傳統(tǒng)煤爐可提高20%左右(從炭平衡測(cè)算)，也可極大程度避免煤氣中毒悲劇的發(fā)生。

“共軛燃燒”技術(shù)的出現(xiàn)，為優(yōu)化我國(guó)當(dāng)前“多煤、少油、缺氣”能源結(jié)構(gòu)和解決環(huán)境困局提供嶄新的思路。新型共燃煤爐的示范與推廣，必將在減輕我國(guó)區(qū)域霧霾污染以及溫室氣體減排等方面發(fā)揮積極推動(dòng)作用。

延伸閱讀

“共軛燃燒”技術(shù)需在實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證

基于燃料同一性原理的“共軛燃燒”技術(shù)的出現(xiàn)，為優(yōu)化我國(guó)當(dāng)前“多煤、少油、缺氣”能源結(jié)構(gòu)和解決環(huán)境困局提供嶄新的思路。但是新技術(shù)的實(shí)踐和廣泛應(yīng)用是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，不可能一蹴而就，需要結(jié)合使用效果進(jìn)行驗(yàn)證。

“共軛燃燒”技術(shù)目前只能提高燃料中碳?xì)湓氐娜紵?，SO2、N2O以及不能燃燒的固體粉塵等，還需要通過(guò)技術(shù)處理加以消除，從而實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

共軛燃燒煤爐未來(lái)可以演變出各種類型的實(shí)用爐型，滿足不同的燃燒目的、要求、規(guī)模的需要，打造性能優(yōu)良的個(gè)性化差異產(chǎn)品。當(dāng)前，需要發(fā)揮政府部門的有形之手，有計(jì)劃、高效率地加快新的技術(shù)應(yīng)用推廣，更好地發(fā)揮市場(chǎng)在資源配置中的決定性作用。