近年越來(lái)越嚴(yán)重的霧霾天氣引起人們對(duì)空氣污染的高度關(guān)注。除受氣候等因素的影響，霧霾主要是由于PM2.5污染物等的大量聚集產(chǎn)生。空氣污染的影響地域很廣，城市PM2.5污染的一半來(lái)自城區(qū)以外，其中很大比重來(lái)自于中小型燃煤鍋爐和生物質(zhì)燃燒。農(nóng)村人口比例很低、燃用天然氣普及較高的北京市區(qū)的空氣污染就說(shuō)明了這一點(diǎn)。據(jù)官方披露的北京PM2.5的成因：其中煤炭燃燒占將近17%，尤其是老住戶周邊的散煤燃燒；4.5%是農(nóng)村養(yǎng)殖、秸稈焚燒；24.5%來(lái)自京外地區(qū)；北京市機(jī)動(dòng)車排放僅占22%左右；其他為揚(yáng)塵和工業(yè)噴涂揮發(fā)等?？梢?jiàn)治理郊區(qū)乃至省際間的空氣污染對(duì)于最終改善城市地區(qū)的空氣質(zhì)量非常重要。

當(dāng)前我國(guó)大氣的PM2.5等污染物狀況

近年越來(lái)越嚴(yán)重的霧霾天氣引起人們對(duì)空氣污染的高度關(guān)注。除受氣候等因素的影響，霧霾主要是由于PM2.5污染物等的大量聚集產(chǎn)生?？諝馕廴镜挠绊懙赜蚝軓V，城市PM2.5污染的一半來(lái)自城區(qū)以外，其中很大比重來(lái)自于中小型燃煤鍋爐和生物質(zhì)燃燒。農(nóng)村人口比例很低、燃用天然氣普及較高的北京市區(qū)的空氣污染就說(shuō)明了這一點(diǎn)。據(jù)官方披露的北京PM2.5的成因：其中煤炭燃燒占將近17%，尤其是老住戶周邊的散煤燃燒；4.5%是農(nóng)村養(yǎng)殖、秸稈焚燒；24.5%來(lái)自京外地區(qū)；北京市機(jī)動(dòng)車排放僅占22%左右；其他為揚(yáng)塵和工業(yè)噴涂揮發(fā)等?？梢?jiàn)治理郊區(qū)乃至省際間的空氣污染對(duì)于最終改善城市地區(qū)的空氣質(zhì)量非常重要。

我國(guó)供熱燃料的選用和趨勢(shì)

使用天燃?xì)庾鳛榍鍧嵢剂峡蓪?shí)現(xiàn)無(wú)硫、無(wú)塵和低二氧化碳排放，但我國(guó)天然氣資源緊缺、燃用天然氣受到諸多條件的限制。到2015年，預(yù)計(jì)我國(guó)天然氣需求量將達(dá)到2600億立方米，進(jìn)口占35%。隨著進(jìn)口量的增加，天然氣價(jià)格定然會(huì)像油價(jià)一樣逐漸與國(guó)際接軌，也即天然氣供熱的燃料成本將會(huì)比現(xiàn)在上漲近一倍，與目前的液化氣接近，成本是燃煤的3~4倍。按照規(guī)劃，到2015年，預(yù)計(jì)北京燃?xì)庀M(fèi)量占全國(guó)總量約6.9%、占城市燃?xì)庀M(fèi)的29%，但北京市常住人口僅占全國(guó)人口1.5%。目前北京人均燃?xì)庀M(fèi)量是天津的3倍，因而北京等大城市的天然氣供應(yīng)消費(fèi)很難普及到中小城市。

我國(guó)煤炭資源豐富，燃料價(jià)格較低，但煤炭燃燒產(chǎn)生的污染問(wèn)題較多。對(duì)于大型鍋爐，可通過(guò)先進(jìn)的脫硫、脫硝和布袋除塵等煙氣凈化處理措施去除大部分主要污染物。

預(yù)計(jì)我國(guó)未來(lái)，大中城市可采用燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)或燃煤的熱電廠進(jìn)行集中供熱，縣鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村地區(qū)將主要采用燃煤或生物質(zhì)的中小型鍋爐集中供熱。大城市、具備條件的部分中小城市和市郊地區(qū)可以將天然氣作為供熱燃料的補(bǔ)充。

由于供氣管線長(zhǎng)，終端用戶密度低，大多城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村地區(qū)無(wú)法實(shí)現(xiàn)管線供應(yīng)天然氣。另外，對(duì)于無(wú)法實(shí)現(xiàn)利用燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)集中供熱的分散熱用戶，燃用天然氣和燃煤的供熱成本相差巨大，政府在推行天然氣供熱時(shí)，需要對(duì)民用用戶給予高額的財(cái)政補(bǔ)貼，企業(yè)用戶也會(huì)因經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)而長(zhǎng)期消極應(yīng)對(duì)，因而對(duì)分散熱用戶普及天然氣供熱存在巨大的障礙。

所以，對(duì)于城市之間的村鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村，使用煤作為燃料采暖仍然是主要的方式。

當(dāng)前其他形式能源供熱方式的問(wèn)題

目前已得到應(yīng)用的其他類型能源供熱方式主要包括：地源熱泵技術(shù)、空氣熱泵技術(shù)和利用低溫廢熱的熱泵技術(shù)，生物質(zhì)燃燒和生物質(zhì)產(chǎn)沼氣技術(shù)，太陽(yáng)能集熱器及電輔助熱源供熱技術(shù)等。

地源熱泵技術(shù)由于初投資和運(yùn)行費(fèi)均較高，且受地理環(huán)境影響較大，多數(shù)情況的經(jīng)濟(jì)性不及天然氣供熱，因而很難大面積推廣；空氣熱泵在北方地區(qū)供熱的制熱系數(shù)過(guò)低，能耗很高，經(jīng)濟(jì)性很差；利用低溫廢熱的熱泵技術(shù)主要應(yīng)用于水冷火力發(fā)電廠，熱泵系統(tǒng)從凝汽器排出的循環(huán)水中吸熱，同時(shí)降低了循環(huán)水溫，有利于提高汽機(jī)排氣真空度，從而提高發(fā)電熱力循環(huán)效率。該類技術(shù)主要用于大型集中供熱，經(jīng)濟(jì)性取決于供熱溫度和供熱負(fù)荷量，如果只能用于冬季采暖供熱，則恰好不能利用夏季循環(huán)水溫高、汽機(jī)真空度低的特點(diǎn)。

生物質(zhì)是間接利用太陽(yáng)能的可再生能源，而且不含硫，但由于其能量密度低，收集、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)某杀据^高，所以更適宜就近利用。利用生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)較為成熟，但主要用于炊事，冬季發(fā)酵反應(yīng)溫度低，產(chǎn)沼氣能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了供熱所需熱量。若將生物質(zhì)加工成小顆粒燃料以提高使用性能，同時(shí)可基本消除黑煙的排放，但干燥、破碎、擠壓成型的加工成本很高，經(jīng)濟(jì)性較差。另外，小型燃燒設(shè)備燃用生物質(zhì)時(shí)，塵的排放很難治理。

太陽(yáng)能供熱的初投資很大，而且受夜間和氣候的影響，必須有備用能源。目前通常采用的備用能源是電能。根據(jù)測(cè)算，即使在陽(yáng)光充足的日照時(shí)間，采用太陽(yáng)能集熱器供熱的經(jīng)濟(jì)性也遠(yuǎn)不及采用天燃?xì)夤幔涣硗?，采用通過(guò)能源轉(zhuǎn)化生產(chǎn)出的品級(jí)較高的電能來(lái)供熱，不僅經(jīng)濟(jì)性很差，而且環(huán)境效益方面也不合理。因?yàn)槲覈?guó)燃煤發(fā)電占總發(fā)電量的約70%，而目前我國(guó)燃煤發(fā)電的平均供電效率不到38%，加之輸電線損，用電供熱實(shí)際上只是部分地轉(zhuǎn)移了地區(qū)污染，但增大了燃煤的二氧化碳（溫室氣體）和其他污染物的總排放。

因此，對(duì)于城市之間的村鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村，在沒(méi)有更經(jīng)濟(jì)適用的技術(shù)出現(xiàn)之前，燃煤鍋爐采暖仍會(huì)是一種最主要的供暖方式。

中小型燃煤爐的問(wèn)題和治理

我國(guó)冬季需要采暖的人口超過(guò)7億，其中至少有2億人相對(duì)分散居住，中國(guó)能源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等現(xiàn)實(shí)情況決定了燃煤中小型鍋爐將長(zhǎng)期存在。由于中小型燃煤鍋爐大多缺乏專業(yè)管理，存在設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)不科學(xué)、運(yùn)行情況復(fù)雜而不穩(wěn)定、燃煤混亂多變等問(wèn)題，其高污染、低效率和安全隱患較多的問(wèn)題十分嚴(yán)重。

長(zhǎng)期以來(lái)的艱苦治理，都沒(méi)有從根本上改變我國(guó)中小型燃煤鍋爐的局面，各級(jí)部門和企業(yè)實(shí)際上已經(jīng)對(duì)其治理喪失信心。在目前中小型燃煤爐對(duì)大氣污染影響的壓力下，許多部門重提其治理措施，但依然沒(méi)有找到合理的方式。

從根本上降低中小型燃煤爐的污染物排放，應(yīng)該從對(duì)煤的質(zhì)量控制管理、普及推廣節(jié)能環(huán)保型鍋爐、推廣建立中小型集中供熱系統(tǒng)三個(gè)方面考慮。

對(duì)煤的質(zhì)量控制管理，主要是選擇低硫、低灰、高熱值的兩低一高煤作為中小型爐的燃料，從根本上減少二氧化硫、塵和渣的排放量；選用節(jié)能環(huán)保型鍋爐，既可以實(shí)現(xiàn)無(wú)煙燃燒、降低氮氧化物排放量，還可以通過(guò)節(jié)能減少二氧化碳的排放量；中小型集中供熱可以在基本不提高村民采暖支出的前提下，通過(guò)科學(xué)和專業(yè)化的管理同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、提高村民生活質(zhì)量的目標(biāo)。

目前有些地區(qū)政府通過(guò)財(cái)政補(bǔ)貼，使中小型燃煤爐統(tǒng)一燃用無(wú)煙煤型煤實(shí)現(xiàn)對(duì)煤的質(zhì)量控制，這種措施的出發(fā)點(diǎn)是對(duì)的，但是并不能真正解決問(wèn)題，原因是：

1.二氧化硫是首要治理的污染物，其增高煙氣酸露點(diǎn)造成的低溫腐蝕也是影響鍋爐壽命和設(shè)計(jì)效率的主要因素，而我國(guó)無(wú)煙煤含硫量絕大多數(shù)都比較高，是低硫煙煤的2~3倍，在原先煙煤和無(wú)煙煤混燒的地區(qū)推廣只燒無(wú)煙煤會(huì)增加該地區(qū)二氧化硫排放量的增加；

2.我國(guó)無(wú)煙煤資源量少，價(jià)格比優(yōu)質(zhì)煙煤高許多，政府補(bǔ)貼政策難以普及和持續(xù)，較高的煤差價(jià)易造成虛報(bào)用量、以次充好等管理混亂；

3.無(wú)煙煤燃燒速度慢，只能正燒，減少了還原性燃燒過(guò)程，無(wú)法降低氮氧化物（燃煤的第二大污染物）的排放。

分散熱用戶的供熱方式和管理

由于治理已相對(duì)充分，工業(yè)煙氣、汽車的尾氣和工業(yè)工藝的治理較難有大的突破，在現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)條件下，只有污染嚴(yán)重的散煤和生物質(zhì)燃燒治理效果會(huì)更突出。但靠低收入地區(qū)的污染治理改善富裕的城市地區(qū)環(huán)境，其成本應(yīng)該由政府（全社會(huì)）來(lái)承擔(dān)。

實(shí)際上，雖然中小型燃煤鍋爐污染治理無(wú)法達(dá)到大型鍋爐的減排率，但相比工業(yè)設(shè)備改造的治理投入要小。其治理的真正難度不在于技術(shù)，而更在于管理。

借鑒國(guó)內(nèi)外已有的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)發(fā)展水平，針對(duì)我國(guó)中小型燃煤鍋爐的現(xiàn)狀，可以采取如下措施來(lái)解決這個(gè)急迫的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

1.政府通過(guò)改善市場(chǎng)環(huán)境，促進(jìn)高性能中小型燃煤鍋爐的健康發(fā)展。

目前，中小型燃煤鍋爐的市場(chǎng)發(fā)展很不健康。由于用戶缺乏專業(yè)知識(shí)和節(jié)能環(huán)保意識(shí)，因而在低價(jià)低質(zhì)產(chǎn)品的擠壓下，性能更好的產(chǎn)品在市場(chǎng)中很難維持生存，專業(yè)人才的流失十分嚴(yán)重，市場(chǎng)滑入了粗放、混亂和惡性循環(huán)的低級(jí)狀態(tài)。

但隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和政府、居民對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，中小型燃煤鍋爐的市場(chǎng)環(huán)境會(huì)逐步改善，加大技術(shù)和成本投入來(lái)提高產(chǎn)品性能的條件已經(jīng)逐漸成熟。

針對(duì)中小型供熱系統(tǒng)，政府應(yīng)出臺(tái)更有力的節(jié)能減排政策措施，加大對(duì)優(yōu)質(zhì)節(jié)能減排中小型燃煤鍋爐開(kāi)發(fā)應(yīng)用的資金補(bǔ)貼力度，不斷提高行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)入門檻，通過(guò)市場(chǎng)手段逐步淘汰落后技術(shù)。

2.將中小型燃煤鍋爐的應(yīng)用進(jìn)行專業(yè)化管理。

應(yīng)改變中小型燃煤鍋爐分散使用、忽視專業(yè)管理的傳統(tǒng)，將中小型鍋爐納入專業(yè)化管理的軌道。集中專業(yè)化管理可大幅提高鍋爐熱效率，目前家用爐平均效率不足50%，而先進(jìn)的中小型集中供熱爐的熱效率可達(dá)75%以上；集中專業(yè)化管理有利于穩(wěn)定和提高運(yùn)行操作人員的技術(shù)水平，有利于管控煤、灰，可以低成本地高效利用農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)，能夠使簡(jiǎn)單有效的煙氣處理等一定的技術(shù)手段得以成功應(yīng)用，并使針對(duì)中小型燃煤爐開(kāi)發(fā)的相關(guān)技術(shù)得以系統(tǒng)地、高質(zhì)量和持續(xù)地發(fā)展。專業(yè)化管理也有利于降低水和電等的損耗、成倍增加鍋爐的使用壽命，保障供熱質(zhì)量，顯著提高系統(tǒng)供熱的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

蒙古國(guó)人口居住得比較分散，其供熱周期長(zhǎng)，供熱對(duì)國(guó)民的生活質(zhì)量影響較大，因而該國(guó)對(duì)中小型供熱系統(tǒng)十分重視。該國(guó)大多地區(qū)甚至對(duì)供熱面積在3萬(wàn)平方米以下的熱用戶也都采用中小型集中供熱的方式，由專業(yè)的供熱站統(tǒng)一管理，因而運(yùn)行水平較高。該國(guó)的供熱方式對(duì)解決我國(guó)中小城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)的供熱管理具有很好的借鑒價(jià)值。

3.建立分布式能源站和逐步普及中小型集中供熱系統(tǒng)。

大型集中供熱系統(tǒng)一次投資大、系統(tǒng)復(fù)雜，一般都由政府承擔(dān)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于居住分散的村鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村完全不適合，而簡(jiǎn)單的中小型集中供熱系統(tǒng)投資小、系統(tǒng)簡(jiǎn)單，尤其對(duì)于實(shí)現(xiàn)新農(nóng)村建設(shè)相對(duì)集中的村鎮(zhèn)，與一家一戶的采暖支出很接近，可以實(shí)現(xiàn)村民自治或是在政府的幫助下實(shí)現(xiàn)區(qū)域集中供熱。

對(duì)于相對(duì)分散的熱用戶，可通過(guò)建立類似于加油站的網(wǎng)點(diǎn)眾多的分布式能源站，由較有實(shí)力的專業(yè)供熱公司統(tǒng)一進(jìn)行較全面和系統(tǒng)的管理。各分布式能源站可因地制宜地集中采購(gòu)、加工和供應(yīng)燃煤，控制燃用煤質(zhì)；還可在農(nóng)村地區(qū)，進(jìn)行農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)的粗加工和存儲(chǔ)，并進(jìn)行與煤的混燒。統(tǒng)一采用可同時(shí)降低氮氧化物和黑煙排放的解耦燃燒節(jié)能環(huán)保鍋爐（由中科院過(guò)程工程研究所開(kāi)發(fā)）、燃用優(yōu)質(zhì)的低硫煙煤以降低煙氣污染物的原始排放，最后再配以簡(jiǎn)單的濕式煙氣處理設(shè)備即可大幅提高煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

在農(nóng)村地區(qū)，農(nóng)作物秸稈經(jīng)過(guò)自然干燥和簡(jiǎn)單截?cái)啵恍杵扑榧庸こ尚?，即可就近直接在中小型解耦燃燒鍋爐燃用，不僅可解決農(nóng)村地區(qū)隨意燃燒秸稈造成的嚴(yán)重空氣污染問(wèn)題，還可大大減小生物質(zhì)燃料的加工、儲(chǔ)運(yùn)成本。

推廣新技術(shù)和新的管理模式需要采取分階段、分步驟實(shí)施。首先對(duì)學(xué)校、醫(yī)院、企業(yè)、政府辦公建筑和新建居民區(qū)等進(jìn)行小型集中供熱系統(tǒng)改造。隨著村、鎮(zhèn)居民對(duì)生活質(zhì)量追求的提高，單戶購(gòu)煤、清灰、污染住房而又不安全的落后供熱方式將逐漸被淘汰。隨著新農(nóng)村的建設(shè)，相對(duì)集中居住的新建居民小區(qū)項(xiàng)目將不斷增多，中小型集中供熱系統(tǒng)也將隨之發(fā)展，由政府補(bǔ)助逐步過(guò)渡到與市場(chǎng)接軌，使社會(huì)、熱用戶和供熱企業(yè)互利，最終形成良性循環(huán)。作者：郝江平，孫廣藩中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所復(fù)雜系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室高級(jí)工程師。