分散熱用戶能源利用和污染治理問題探討
當前我國大氣的PM2.5等污染物狀況
近年越來越嚴重的霧霾天氣引起人們對空氣污染的高度關注。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生。空氣污染的影響地域很廣，城市PM2.5污染的一半來自城區以外，其中很大比重來自于中小型燃煤鍋爐和生物質燃燒。農村人口比例很低、燃用天然氣普及較高的北京市區的空氣污染就說明了這一點。據官方披露的北京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%是農村養殖、秸稈焚燒；24.5%來自京外地區；北京市機動車排放僅占22%左右；其他為揚塵和工業噴涂揮發等。可見治理郊區乃至省際間的空氣污染對于最終改善城市地區的空氣質量非常重要。
我國供熱燃料的選用和趨勢
使用天燃氣作為清潔燃料可實現無硫、無塵和低二氧化碳排放，但我國天然氣資源緊缺、燃用天然氣受到諸多條件的限制。到2015年，預計我國天然氣需求量將達到2600億立方米，進口占35%。隨著進口量的增加，天然氣價格定然會像油價一樣逐漸與國際接軌，也即天然氣供熱的燃料成本將會比現在上漲近一倍，與目前的液化氣接近，成本是燃煤的3~4倍。按照規劃，到2015年，預計北京燃氣消費量占全國總量約6.9%、占城市燃氣消費的29%，但北京市常住人口僅占全國人口1.5%。目前北京人均燃氣消費量是天津的3倍，因而北京等大城市的天然氣供應消費很難普及到中小城市。
我國煤炭資源豐富，燃料價格較低，但煤炭燃燒產生的污染問題較多。對于大型鍋爐，可通過先進的脫硫、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。
預計我國未來，大中城市可采用燃氣蒸汽聯合循環或燃煤的熱電廠進行集中供熱，縣鎮和鄉村地區將主要采用燃煤或生物質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可以將天然氣作為供熱燃料的補充。
由于供氣管線長，終端用戶密度低，大多城鎮和鄉村地區無法實現管線供應天然氣。另外，對于無法實現利用燃氣蒸汽聯合循環發電系統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，需要對民用用戶給予高額的財政補貼，企業用戶也會因經濟利益驅動而長期消極應對，因而對分散熱用戶普及天然氣供熱存在巨大的障礙。
所以，對于城市之間的村鎮和鄉村，使用煤作為燃料采暖仍然是主要的方式。
當前其他形式能源供熱方式的問題
目前已得到應用的其他類型能源供熱方式主要包括：地源熱泵技術、空氣熱泵技術和利用低溫廢熱的熱泵技術，生物質燃燒和生物質產沼氣技術，太陽能集熱器及電輔助熱源供熱技術等。
地源熱泵技術由于初投資和運行費均較高，且受地理環境影響較大，多數情況的經濟性不及天然氣供熱，因而很難大面積推廣；空氣熱泵在北方地區供熱的制熱系數過低，能耗很高，經濟性很差；利用低溫廢熱的熱泵技術主要應用于水冷火力發電廠，熱泵系統從凝汽器排出的循環水中吸熱，同時降低了循環水溫，有利于提高汽機排氣真空度，從而提高發電熱力循環效率。該類技術主要用于大型集中供熱，經濟性取決于供熱溫度和供熱負荷量，如果只能用于冬季采暖供熱，則恰好不能利用夏季循環水溫高、汽機真空度低的特點。
生物質是間接利用太陽能的可再生能源，而且不含硫，但由于其能量密度低，收集、存儲、運輸的成本較高，所以更適宜就近利用。利用生物質發酵產沼氣技術較為成熟，但主要用于炊事，冬季發酵反應溫度低，產沼氣能力遠遠滿足不了供熱所需熱量。若將生物質加工成小顆粒燃料以提高使用性能，同時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，經濟性較差。另外，小型燃燒設備燃用生物質時，塵的排放很難治理。
太陽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。根據測算，即使在陽光充足的日照時間，采用太陽能集熱器供熱的經濟性也遠不及采用天燃氣供熱；另外，采用通過能源轉化生產出的品級較高的電能來供熱，不僅經濟性很差，而且環境效益方面也不合理。因為我國燃煤發電占總發電量的約70%，而目前我國燃煤發電的平均供電效率不到38%，加之輸電線損，用電供熱實際上只是部分地轉移了地區污染，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，對于城市之間的村鎮和鄉村，在沒有更經濟適用的技術出現之前，燃煤鍋爐采暖仍會是一種最主要的供暖方式。
中小型燃煤爐的問題和治理
我國冬季需要采暖的人口超過7億，其中至少有2億人相對分散居住，中國能源結構和經濟發展等現實情況決定了燃煤中小型鍋爐將長期存在。由于中小型燃煤鍋爐大多缺乏專業管理，存在設備和系統設計不科學、運行情況復雜而不穩定、燃煤混亂多變等問題，其高污染、低效率和安全隱患較多的問題十分嚴重。
長期以來的艱苦治理，都沒有從根本上改變我國中小型燃煤鍋爐的局面，各級部門和企業實際上已經對其治理喪失信心。在目前中小型燃煤爐對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，應該從對煤的質量控制管理、普及推廣節能環保型鍋爐、推廣建立中小型集中供熱系統三個方面考慮。
對煤的質量控制管理，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；選用節能環保型鍋爐，既可以實現無煙燃燒、降低氮氧化物排放量，還可以通過節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，通過科學和專業化的管理同時實現節能減排、提高村民生活質量的目標。
目前有些地區政府通過財政補貼，使中小型燃煤爐統一燃用無煙煤型煤實現對煤的質量控制，這種措施的出發點是對的，但是并不能真正解決問題，原因是：
1.二氧化硫是首要治理的污染物，其增高煙氣酸露點造成的低溫腐蝕也是影響鍋爐壽命和設計效率的主要因素，而我國無煙煤含硫量絕大多數都比較高，是低硫煙煤的2~3倍，在原先煙煤和無煙煤混燒的地區推廣只燒無煙煤會增加該地區二氧化硫排放量的增加；
2.我國無煙煤資源量少，價格比優質煙煤高許多，政府補貼政策難以普及和持續，較高的煤差價易造成虛報用量、以次充好等管理混亂；
3.無煙煤燃燒速度慢，只能正燒，減少了還原性燃燒過程，無法降低氮氧化物（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
由于治理已相對充分，工業煙氣、汽車的尾氣和工業工藝的治理較難有大的突破，在現有產業結構條件下，只有污染嚴重的散煤和生物質燃燒治理效果會更突出。但靠低收入地區的污染治理改善富裕的城市地區環境，其成本應該由政府（全社會）來承擔。
實際上，雖然中小型燃煤鍋爐污染治理無法達到大型鍋爐的減排率，但相比工業設備改造的治理投入要小。其治理的真正難度不在于技術，而更在于管理。
借鑒國內外已有的經驗和技術發展水平，針對我國中小型燃煤鍋爐的現狀，可以采取如下措施來解決這個急迫的現實問題。
1.政府通過改善市場環境，促進高性能中小型燃煤鍋爐的健康發展。
目前，中小型燃煤鍋爐的市場發展很不健康。由于用戶缺乏專業知識和節能環保意識，因而在低價低質產品的擠壓下，性能更好的產品在市場中很難維持生存，專業人才的流失十分嚴重，市場滑入了粗放、混亂和惡性循環的低級狀態。
但隨著國民經濟的發展和政府、居民對環境質量要求的提高，中小型燃煤鍋爐的市場環境會逐步改善，加大技術和成本投入來提高產品性能的條件已經逐漸成熟。
針對中小型供熱系統，政府應出臺更有力的節能減排政策措施，加大對優質節能減排中小型燃煤鍋爐開發應用的資金補貼力度，不斷提高行業標準和準入門檻，通過市場手段逐步淘汰落后技術。
2.將中小型燃煤鍋爐的應用進行專業化管理。
應改變中小型燃煤鍋爐分散使用、忽視專業管理的傳統，將中小型鍋爐納入專業化管理的軌道。集中專業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%，而先進的中小型集中供熱爐的熱效率可達75%以上；集中專業化管理有利于穩定和提高運行操作人員的技術水平，有利于管控煤、灰，可以低成本地高效利用農作物秸稈等生物質，能夠使簡單有效的煙氣處理等一定的技術手段得以成功應用，并使針對中小型燃煤爐開發的相關技術得以系統地、高質量和持續地發展。專業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，保障供熱質量，顯著提高系統供熱的經濟性和安全性。
蒙古國人口居住得比較分散，其供熱周期長，供熱對國民的生活質量影響較大，因而該國對中小型供熱系統十分重視。該國大多地區甚至對供熱面積在3萬平方米以下的熱用戶也都采用中小型集中供熱的方式，由專業的供熱站統一管理，因而運行水平較高。該國的供熱方式對解決我國中小城鎮和農村地區的供熱管理具有很好的借鑒價值。
3.建立分布式能源站和逐步普及中小型集中供熱系統。
大型集中供熱系統一次投資大、系統復雜，一般都由政府承擔實現，對于居住分散的村鎮和鄉村完全不適合，而簡單的中小型集中供熱系統投資小、系統簡單，尤其對于實現新農村建設相對集中的村鎮，與一家一戶的采暖支出很接近，可以實現村民自治或是在政府的幫助下實現區域集中供熱。
對于相對分散的熱用戶，可通過建立類似于加油站的網點眾多的分布式能源站，由較有實力的專業供熱公司統一進行較全面和系統的管理。各分布式能源站可因地制宜地集中采購、加工和供應燃煤，控制燃用煤質；還可在農村地區，進行農作物秸稈等生物質的粗加工和存儲，并進行與煤的混燒。統一采用可同時降低氮氧化物和黑煙排放的解耦燃燒節能環保鍋爐（由中科院過程工程研究所開發）、燃用優質的低硫煙煤以降低煙氣污染物的原始排放，最后再配以簡單的濕式煙氣處理設備即可大幅提高煙氣排放標準。
在農村地區，農作物秸稈經過自然干燥和簡單截斷，不需破碎加工成型，即可就近直接在中小型解耦燃燒鍋爐燃用，不僅可解決農村地區隨意燃燒秸稈造成的嚴重空氣污染問題，還可大大減小生物質燃料的加工、儲運成本。
推廣新技術和新的管理模式需要采取分階段、分步驟實施。首先對學校、醫院、企業、政府辦公建筑和新建居民區等進行小型集中供熱系統改造。隨著村、鎮居民對生活質量追求的提高，單戶購煤、清灰、污染住房而又不安全的落后供熱方式將逐漸被淘汰。隨著新農村的建設，相對集中居住的新建居民小區項目將不斷增多，中小型集中供熱系統也將隨之發展，由政府補助逐步過渡到與市場接軌，使社會、熱用戶和供熱企業互利，最終形成良性循環。
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