冬季散煤采暖污染治理，禁煤不是唯一出路

編者按：

陶光遠(yuǎn)先生80年代初在清華大學(xué)自動(dòng)化系獲系統(tǒng)工程專(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位，1988年赴德國(guó)留學(xué)，并在德國(guó)工作多年，見(jiàn)證并參與了德國(guó)治理霧霾、能源轉(zhuǎn)型等能源界的重大變遷。近年來(lái)，回國(guó)致力于大氣污染治理和能效提升工作。在我國(guó)能源界，他是兼具開(kāi)闊的國(guó)際化視野和很強(qiáng)行動(dòng)實(shí)施能力的一位專(zhuān)家。我經(jīng)常向他討教，并合作撰寫(xiě)11月3日的詭異霧霾！北京的霧霾最可能是本地產(chǎn)生的！他寫(xiě)的8篇河北治霾隨記也授權(quán)在我微信公號(hào)發(fā)布，廣泛發(fā)動(dòng)各界人士參與治霾，參與能源革命。

散煤采暖顯然是重要的污染源，但一刀切的強(qiáng)制取消散煤不應(yīng)該成為唯一的對(duì)策。陶光遠(yuǎn)先生在本文中介紹的中德合作開(kāi)發(fā)的超低污染排放燃煤小鍋爐值得高度重視。

關(guān)于散煤治理，我清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所的師妹霍沫霖的觀點(diǎn)我很贊同，全文在我微信公號(hào)發(fā)布過(guò)：散煤長(zhǎng)效治理需要“條塊結(jié)合”的政策支持.

冬季散煤采暖污染治理，即將走出至暗時(shí)刻

中國(guó)北方采暖用的大多數(shù)戶用燃煤小鍋爐（俗稱(chēng)土暖氣）排放的煙氣中顆粒物為700毫克/立方米左右，這是德國(guó)能源署與河北省政府合作進(jìn)行的大氣污染治理咨詢中，德方專(zhuān)家做出的評(píng)估。“煤炭中的揮發(fā)分和一氧化碳需要在爐膛中與空氣充分混合燃燒2秒鐘以上，才能將可燃?xì)怏w基本燃盡。中國(guó)的土暖氣爐膛太小，二次風(fēng)與可燃?xì)怏w混合后的燃燒時(shí)間連半秒鐘都不到?！蔽业囊晃坏聡?guó)環(huán)境工程師同事如此解釋。

中國(guó)北方農(nóng)村的燃煤采暖小鍋爐——土暖氣

后來(lái)我查閱了一些中國(guó)專(zhuān)家的文章，結(jié)論更悲觀，中國(guó)土暖氣的燃燒煙氣中的顆粒物達(dá)1000毫克/立方米左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中國(guó)燃煤鍋爐的煙氣排放上限（見(jiàn)下圖）。

也就是說(shuō)，土暖氣排放的煙氣中的顆粒物是燃煤鍋爐的20倍左右，土暖氣排放的煙氣中的二氧化硫是燃煤鍋爐的3~10倍。根據(jù)2017年12月5日國(guó)家發(fā)改委等十部委共同發(fā)布的《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃》披露的信息：“取暖用煤年消耗約4億噸標(biāo)煤，其中散燒煤（含低效小鍋爐用煤）約2億噸，主要分布在農(nóng)村地區(qū)”。中國(guó)的全年總煤耗不過(guò)30多億噸標(biāo)煤，中國(guó)北方地區(qū)充其量消耗20億噸，而冬季采暖季除了這2億噸散煤外，煤炭用量充其量也就是10億噸。也就是說(shuō)，冬季散煤采暖燃煤量在中國(guó)北方的用量超過(guò)總?cè)济毫康?0%，考慮到如上所述散煤燃燒煙氣中的顆粒物和二氧化硫是其它燃煤設(shè)備的數(shù)倍至10多倍，因此中國(guó)北方冬季顆粒物和二氧化硫的最大污染源就是散煤燃燒采暖，甚至可能超過(guò)50%（如果不考慮大型燃煤設(shè)備排放煙氣濕法脫硫產(chǎn)生的二次污染物的話）。

如何消除散煤采暖對(duì)大氣的污染？最簡(jiǎn)單徹底的辦法似乎就是煤改氣或者煤改電。就極個(gè)別地區(qū)來(lái)說(shuō)，確是如此。但是，對(duì)絕大多數(shù)地區(qū)而言，卻是欲速則不達(dá)。

散煤采暖的地區(qū)，絕大部分是在農(nóng)村地區(qū)。這些地區(qū)基本上沒(méi)有燃?xì)饩W(wǎng)，配電網(wǎng)的功率也很小。如果煤改氣采暖，或煤改電采暖，就要新建燃?xì)饩W(wǎng)和配電網(wǎng)。

建設(shè)燃?xì)饩W(wǎng)和燃?xì)獠膳到y(tǒng)需要花多少錢(qián)？煤改氣的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，戶均投資是2萬(wàn)多元，這里還不包括建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)的投資。冬季采暖是在用氣量最多的季節(jié)用氣，如果不在非采暖季儲(chǔ)氣，就要在采暖季搶奪別人的用氣——這樣造成的損失比建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)還大。如果加上建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)的投資，煤改氣的戶均投資估計(jì)就到3萬(wàn)元人民幣左右了。

而煤改電采暖就更麻煩了，如果是大規(guī)模煤改電采暖，除了配電網(wǎng)幾乎要完全新建，高壓輸電網(wǎng)也需要進(jìn)行增容改造，甚至還需要新建燃煤發(fā)電廠。因?yàn)槊焊碾姡┙蚣皆诙旌涞奶鞖馍习胍沟碾娏ω?fù)荷已經(jīng)接近電廠的最大出力了。如果繼續(xù)增加煤改電的規(guī)模，則就需要新建燃煤電廠。在這種情況下，1個(gè)農(nóng)戶煤改電，需要增加大約7千瓦左右的配電網(wǎng)、輸電網(wǎng)和燃煤電廠投資，戶均投資高達(dá)2萬(wàn)元（如果僅需擴(kuò)建配電網(wǎng)的話）~6萬(wàn)元（如果需要擴(kuò)建配電網(wǎng)、輸電網(wǎng)和燃煤電廠的話）。且不說(shuō)燃煤電廠每發(fā)1千瓦時(shí)的電力，需要燒3千瓦時(shí)的煤炭，燒的煤比散煤采暖還多。而新增的配電網(wǎng)、輸電網(wǎng)和燃煤電廠在全年的其它時(shí)間里幾乎無(wú)用，浪費(fèi)極大。

由于燃?xì)夂碗娏μ峁┑膯挝粺崮軆r(jià)格，是燃煤的2~4倍，農(nóng)村家庭的經(jīng)濟(jì)能力又比較弱，因此國(guó)家還必須對(duì)煤改電和煤改氣的每戶家庭提供每年1000~3000元的燃?xì)饣螂娏ρa(bǔ)貼。

這就意味者，如果將中國(guó)北方約8000萬(wàn)戶人家（按平均每戶每年燒2.5噸標(biāo)煤計(jì)算）的2億噸散煤采暖全部改為燃?xì)獠膳螂娏Σ膳枰o燃?xì)夂碗娏A(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資2~3萬(wàn)億元，另外每年還要補(bǔ)貼2000億元左右，要補(bǔ)多少年？還是個(gè)天曉得的問(wèn)題。

所以，中國(guó)國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人對(duì)煤改氣和煤改電的指示是：“宜氣則氣；宜電則電”。很遺憾的是，這個(gè)指示在執(zhí)行的時(shí)候，這兩句話的第一個(gè)字似乎在一些地方被遺忘了，于是才有了2017年的煤改氣，在許多地方遭受巨大挫折后，在中央政府的有關(guān)部門(mén)督辦下又氣改煤了。

在中國(guó)的很多地方，也進(jìn)行了用無(wú)煙煤制作清潔型煤的嘗試，甚至對(duì)制作型煤的煤炭制定了標(biāo)準(zhǔn)，有四項(xiàng)指標(biāo)：揮發(fā)分、硫含量、熱值、灰分。但是收效很差，一來(lái)無(wú)煙煤很貴；二來(lái)無(wú)煙煤并不是無(wú)煙，而是煙少一些，煙氣中的顆粒物平均也是幾百毫克/立方米。這種方法有污染且昂貴，于是也推行不下去。

2017年2月筆者考察北京郊區(qū)小燃煤爐燃燒無(wú)煙煤做的清潔型煤排放的情況,肉眼看上去，煙氣中的顆粒物含量應(yīng)該是幾百毫克/立方米。

但是，廣大人民群眾對(duì)改善大氣質(zhì)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費(fèi)巨額費(fèi)用的煤改氣+煤改電兩條道路之外，有沒(méi)有其它的既能顯著減少散煤采暖污染、經(jīng)濟(jì)上現(xiàn)在也可以承受的解決辦法？

答案是肯定的，并且有成熟的范例。

與中國(guó)一樣，德國(guó)也是一個(gè)主要能源稟賦是煤炭的國(guó)家，缺氣缺油。二戰(zhàn)前，采暖主要靠散煤。二戰(zhàn)后隨著生活水平的提高，燃油和燃?xì)獠膳谋壤粩嗌?。但盡管如此，今天德國(guó)依然有1400多萬(wàn)臺(tái)燒（燒型煤或木柴等）固體燃料的采暖設(shè)備（盡管其中大多數(shù)是擺放在客廳的壁爐，有人時(shí)才點(diǎn)燃，不是在整個(gè)冬季持續(xù)使用）。需要說(shuō)明的是，木柴中有大量的木焦油，如果不在超低排放的爐子里燒，產(chǎn)生的顆粒物一點(diǎn)兒不比燒煤炭少。德國(guó)法律規(guī)定，所有的固體燃料設(shè)備的煙囪必須由專(zhuān)業(yè)煙囪師傅定期進(jìn)行檢查清理，煙氣排放的環(huán)保是否達(dá)標(biāo)也由煙囪師傅審核，因此這個(gè)數(shù)字特別準(zhǔn)確。

注：德國(guó)有全國(guó)統(tǒng)一的煙囪師傅協(xié)會(huì)，所有的煙囪師傅都是專(zhuān)門(mén)注冊(cè)的。一個(gè)地區(qū)有多少名煙囪師傅，是固定的，不能輕易增加。這個(gè)行業(yè)是絕對(duì)壟斷的。在德國(guó)要想當(dāng)煙囪師傅，一般來(lái)說(shuō)只有兩種可能，要么是煙囪師傅的兒子，要么是煙囪師傅的女婿。但正是這種專(zhuān)業(yè)性壟斷，使得德國(guó)的散煤污染治理很容易貫徹執(zhí)行。

德國(guó)對(duì)散煤污染治理長(zhǎng)年重視，政府一直撥專(zhuān)款進(jìn)行研究，不斷進(jìn)步。德國(guó)出廠的戶用燃煤爐排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)煙氣中顆粒物規(guī)定的上限，在上世紀(jì)六十年代，是150毫克/立方米；到了上世紀(jì)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（單個(gè)房間）~40毫克/立方米（多個(gè)房間），這個(gè)限值甚至略低于中國(guó)大中型燃煤鍋爐的排放上限。我曾經(jīng)問(wèn)過(guò)我的德國(guó)同事，“德國(guó)什么時(shí)代的散煤燃燒煙氣中的顆粒物是700毫克左右/立方米”。我的同事想了半天也沒(méi)想出來(lái)：“也許是在俾斯麥時(shí)代吧？也許更早？”而且德國(guó)戶用燃煤爐的能效很高，75%以上，而中國(guó)大多數(shù)的戶用燃煤爐能效只有30%~50%。需要說(shuō)明的是，德國(guó)的型煤絕大多數(shù)是揮發(fā)分很大的褐煤，如果在中國(guó)普通的戶用燃煤采暖爐中燃燒，會(huì)比用中國(guó)的煙煤排放更多的顆粒物。其實(shí)道理也很簡(jiǎn)單，就是爐膛比中國(guó)的戶用燃煤爐大得多，而且有優(yōu)化的二次風(fēng)系統(tǒng)，焦油和一氧化碳燃燒得充分。

考慮到上述情況，我們從2016年起就開(kāi)始尋找中國(guó)的公司，引進(jìn)德國(guó)的戶用超低污染排放燃煤爐技術(shù)。遺憾的是，找了很多公司都不愿意做這件事情，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的輿論認(rèn)為散煤污染治理未來(lái)只能靠煤改氣和煤改電。

真是天無(wú)絕人之路。2017年初，在筆者的老家陜西省，找到了位踞世界五百?gòu)?qiáng)行列里的陜煤化集團(tuán)（簡(jiǎn)稱(chēng)陜煤），陜煤的領(lǐng)導(dǎo)表示愿意投資支持這件有利于環(huán)保的項(xiàng)目。一家德國(guó)的燃煤設(shè)備公司，愿意與陜煤合作開(kāi)發(fā)適合中國(guó)國(guó)情的燃煤采暖小鍋爐和型煤。而這里的中國(guó)國(guó)情是：

使用中國(guó)唯一的一種廉價(jià)低硫煤——產(chǎn)于陜北的低硫長(zhǎng)焰煤（煙煤），硫含量只有0.5%。用這種煤作原料，添加粘結(jié)劑和脫硫劑，生產(chǎn)出低硫型煤。需要說(shuō)明的是，顆粒物減排靠爐子，二氧化硫減排靠型煤。需要說(shuō)明的是，陜北低硫長(zhǎng)焰煤的價(jià)格遠(yuǎn)低于無(wú)煙煤。

不使用風(fēng)機(jī)，因?yàn)檗r(nóng)村停電的時(shí)候比城里多；況且大量的煤改電，會(huì)降低電網(wǎng)的可靠性。

供暖面積為100平方米時(shí)，造價(jià)不超過(guò)5000元/臺(tái)；供暖面積為200平方米時(shí)，造價(jià)不超過(guò)8000元/臺(tái)；

中德合作開(kāi)發(fā)的超低污染排放燃煤小鍋爐

中德合作開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品的外形比較

這爐子看起來(lái)簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)起來(lái)卻并不容易。歷經(jīng)一年左右的時(shí)間，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)仿真，幾經(jīng)檢測(cè)，幾經(jīng)改進(jìn)，才終于搞定。2018年7月底，德國(guó)和中國(guó)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)分別對(duì)這款超低污染排放燃煤爐進(jìn)行了檢驗(yàn)，效果很理想：顆粒物排放低于20毫克/立方米；二氧化硫排放低于50毫克/立方米；都不到中國(guó)現(xiàn)有的散煤采暖煙氣排放的1/20。而氮氧化物的排放量則不到200毫克/立方米，比不帶低氮燃燒器的燃?xì)鉅t的排放還要低，也低于中國(guó)大中型燃煤鍋爐的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定排放上限。

這樣一臺(tái)能給100平方米左右面積住宅采暖的超低污染排放燃煤采暖小鍋爐，其生產(chǎn)成本也就是4000元左右。比起煤改氣和煤改電，投資只有其1/10左右，而且今后還不要補(bǔ)貼了。雖然型煤的價(jià)格比煙煤貴了30%左右，但因?yàn)槿济籂t的能效高，因而燃煤量減少33%左右，算總賬：價(jià)格與現(xiàn)有的燃煤爐燒煙煤相比，用戶買(mǎi)煤的錢(qián)是130%x67%<90%，比用現(xiàn)有的燃煤爐燒散煤還便宜了10%左右。

需要特別說(shuō)明的是，由于超低污染排放燃煤采暖爐的能效比現(xiàn)在中國(guó)農(nóng)村絕大部分爐子的能效高50%左右，因此，如果普遍推廣，中國(guó)現(xiàn)在約2億噸標(biāo)煤/年的散煤采暖，就可以節(jié)省出約6000萬(wàn)噸標(biāo)煤/年來(lái)，等于每年少排放約1.5億噸二氧化碳。按發(fā)電煤耗為300克計(jì)算，等于燃煤電廠每年減少發(fā)電2000億千瓦時(shí)的燃煤，相當(dāng)于1.6億千瓦的光伏電站減少的燃煤。也就是說(shuō)，這將會(huì)是一個(gè)重大的二氧化碳減排項(xiàng)目

最后，比較一下煤改氣、煤改電和超低排放燃煤的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：

結(jié)果很清楚，就不用評(píng)論了。

在可以見(jiàn)到的未來(lái)，燃煤采暖還是會(huì)退出歷史舞臺(tái)的。不過(guò)取代燃煤采暖的主要能源，不是其它能源，而是建筑節(jié)能，減少使用的能源才是最綠的能源。隨著人民生活水平的提高，今后二三十年里，中國(guó)農(nóng)村的住宅還會(huì)不斷地改造，與城市一樣，建筑改造時(shí)會(huì)進(jìn)行建筑節(jié)能改造。如果未來(lái)農(nóng)村的建筑比今天節(jié)能70%以上，采暖是燒氣還是用電就無(wú)所謂了。

但是，距2022年2月2日冬奧會(huì)開(kāi)幕，只有3年多的時(shí)間了！