山西省散煤污染治理環(huán)境效益研究

李曉璐， 焦 姣， 武曉暉

（山西省環(huán)境規(guī)劃院， 山西 太原 030000）

1 研究范圍與對(duì)象

本研究以全省原煤散燒源為研究對(duì)象，包括燃煤小鍋爐、農(nóng)村散煤燃燒源等。燃煤鍋爐主要指除工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)使用以外所有單位和居民使用的燃煤小鍋爐、茶浴爐、經(jīng)營(yíng)性小煤爐等以煤炭為主要燃料的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，多用于供水、供暖、洗浴、烘干、餐飲、高溫消毒、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，主要分布于城市區(qū)域。農(nóng)村散煤燃燒指以戶為單位的農(nóng)村居民使用的柴灶、火炕、爐子或土暖氣等，主要分布于城中村、城鄉(xiāng)結(jié)合部及廣大農(nóng)村。

2 散煤污染治理措施研究

治理散煤污染應(yīng)采取綜合施治、多措并舉、分步推進(jìn)的戰(zhàn)略，可采取的措施包括集中供熱替代、煤改電和煤改氣等清潔能源替代、優(yōu)質(zhì)煤替代等[1]，各類措施的實(shí)施需具備一定的條件，否則可能會(huì)出現(xiàn)成本-效益不高、替代不徹底、替代工程實(shí)施難度大等問(wèn)題，因此，實(shí)際操作中需要根據(jù)各地情況進(jìn)行綜合選擇。目前大致治理路線一是“去煤化”，即通過(guò)發(fā)展現(xiàn)代電能、生物質(zhì)能、太陽(yáng)能等清潔能源和可再生能源來(lái)替代化石能源；二是推廣優(yōu)質(zhì)低硫煤和節(jié)能環(huán)保型燃煤爐具等。

2.1 集中供熱替代

集中供熱規(guī)模從小至大可以劃分為：連片供熱、區(qū)域供熱、城市供熱和城際供熱。一般來(lái)說(shuō)集中供熱的規(guī)模越大，使用的鍋爐越大，煤炭的利用效率越高，集中供熱效率也越大。我國(guó)集中供熱的方式主要有熱電聯(lián)產(chǎn)、區(qū)域鍋爐房集中供熱、工業(yè)余熱集中供熱等。2017 年，山西省城市集中供熱面積達(dá)到51 586 m2[2]。

1）熱電聯(lián)產(chǎn)。熱電聯(lián)產(chǎn)是熱能和電能聯(lián)合生產(chǎn)的一種高效能源生產(chǎn)方式。我國(guó)目前大型火力電廠的平均發(fā)電效率僅為33%，實(shí)施熱電聯(lián)產(chǎn)將大大提高了能源利用效率，達(dá)到80%左右。加之目前大型電廠都達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)[3]，把污染物的排放總量降到較低水平，環(huán)境效益很好。

2）區(qū)域鍋爐集中供熱。區(qū)域鍋爐房供熱是以鍋爐房為熱源，裝置大容量、高效率的蒸汽鍋爐或熱水鍋爐，向一定區(qū)域內(nèi)的各類用戶供應(yīng)生產(chǎn)和生活用熱。區(qū)域鍋爐房集中供熱的能源利用率不如熱電聯(lián)產(chǎn)高，但相比分散小型鍋爐供熱效率高。區(qū)域鍋爐房集中供熱作為熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的必要補(bǔ)充，是城市集中供熱系統(tǒng)中必不可少的因素。

3）工業(yè)余熱供熱。工業(yè)余熱供熱是指以工業(yè)設(shè)備回收的余熱，經(jīng)余熱回收技術(shù)處理后作為集中供熱熱源的供熱方式，工業(yè)余熱熱源有工藝高溫?zé)煔夂驮O(shè)備冷卻水等。該方式不僅降低了工業(yè)企業(yè)污染的排放，還大幅減少一次能源使用。

2.2 燃?xì)馓娲?/h3>

天然氣供暖是以天然氣為燃料，使用脫氮改造后的燃?xì)忮仩t等集中式供暖設(shè)施，或壁掛爐等分散式供暖設(shè)施，向用戶供暖的方式，包括燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)、天然氣分布式能源、燃?xì)忮仩t、分戶式壁掛爐等，具有燃燒效率較高、基本不排放煙塵和二氧化硫的優(yōu)勢(shì)。截至2016 年底，我國(guó)北方地區(qū)天然氣供暖面積約22 億m2，占總?cè)∨娣e11%[4]。

2.3 電能替代

電取暖是一種將電能轉(zhuǎn)化成熱能直接放熱或通過(guò)熱媒介質(zhì)在采暖管道中循環(huán)來(lái)滿足供暖需求的采暖方式或設(shè)備，包括蓄能式電采暖設(shè)備、熱泵系統(tǒng)、電熱鍋爐、電熱膜、發(fā)熱電纜、普通電暖器等，電采暖能量轉(zhuǎn)化率較高，在發(fā)達(dá)國(guó)家的普及率非常高。截至2016 年底，我國(guó)北方地區(qū)電供暖面積約4 億m2，占比2%[4]，比例相對(duì)較低。

2.4 生物質(zhì)能替代

很多發(fā)達(dá)國(guó)家已形成以生物質(zhì)能源為主的可再生能源布局。同時(shí)，生物質(zhì)能源符合農(nóng)村資源條件和用能結(jié)構(gòu)分散的特征，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新生長(zhǎng)點(diǎn)。生物質(zhì)能清潔供暖是指利用各類生物質(zhì)原料，及其加工轉(zhuǎn)化形成的固體、氣體、液體燃料，在專用設(shè)備中清潔燃燒供暖的方式。主要包括達(dá)到相應(yīng)環(huán)保排放要求的生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)、生物質(zhì)鍋爐等。截至2016 年底，我國(guó)北方地區(qū)生物質(zhì)能清潔供暖面積約2 億m2。

2.5 太陽(yáng)能供暖

太陽(yáng)能供暖是利用太陽(yáng)能資源，使用太陽(yáng)能集熱裝置，配合其他穩(wěn)定性好的清潔供暖方式向用戶供暖。太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)主要分為太陽(yáng)能低溫地板福射采暖、太陽(yáng)能坑、太陽(yáng)房、太陽(yáng)能空氣采暖系統(tǒng)等。低溫地板福射采暖是以一定溫度的熱水為熱媒，通過(guò)埋設(shè)于地板內(nèi)的熱管加熱地板，以輻射散熱為主，實(shí)現(xiàn)房間采暖，具有熱性能穩(wěn)定、熱環(huán)境舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能供暖多作為其他供暖方式的輔助方式，目前供暖面積較小，同時(shí)存在系統(tǒng)初期投資較高，后期維護(hù)量較大等問(wèn)題，有關(guān)高性能設(shè)備的研發(fā)亟待開(kāi)展。

2.6 推廣優(yōu)質(zhì)低硫煤和節(jié)能環(huán)保型爐具

農(nóng)村地區(qū)近80%的居民分散采暖使用傳統(tǒng)低效爐具、燃用劣質(zhì)散煤，造成冬季大氣污染嚴(yán)重。國(guó)務(wù)院《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》就對(duì)推廣低硫煤和節(jié)能環(huán)保型爐具有過(guò)工作部署。低硫煤與傳統(tǒng)煙煤相比，污染物排放量少。同時(shí)，低硫媒比普通煙煤節(jié)能40%左右，含硫1%以下，尤其含硫0.5%以下、發(fā)熱量2.1×107J（約5 000 kcal）左右的低硫煤逐步被推廣使用。節(jié)能環(huán)保型燃煤爐具是指熱性能和大氣污染物排放指標(biāo)符合民用爐具相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的燃煤爐具。節(jié)能環(huán)保型燃煤爐具由于熱效率的提高，燃料使用量可減少20%～30%。加大節(jié)能環(huán)保爐具的推廣使用，并配套燃用清潔煤對(duì)治理散煤污染具有重要意義。根據(jù)中國(guó)農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會(huì)節(jié)能爐具專委會(huì)提供的在京津冀地區(qū)檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，節(jié)能環(huán)保采暖爐具燃煤最佳排放指標(biāo)為：顆粒物質(zhì)量濃度15～30 mg/m3、二氧化硫質(zhì)量濃度31～95 mg/m3、氮氧化物質(zhì)量濃度81～146 mg/m3，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)型爐具燃煤排放指標(biāo)（顆粒物質(zhì)量濃度108～195 mg/m3、二氧化硫質(zhì)量濃度186～499 mg/m3、氮氧化物質(zhì)量濃度120～341 mg/m3）。

當(dāng)然，從技術(shù)路線上分析，潔凈煤和節(jié)能環(huán)保爐具只是一種過(guò)渡手段，采用補(bǔ)貼方式推廣是不可持續(xù)的，對(duì)生物質(zhì)能、太陽(yáng)能等可再生能源也會(huì)造成不公平競(jìng)爭(zhēng)，不利于農(nóng)村清潔能源的可持續(xù)發(fā)展。

3 散煤污染治理效果

山西省按照國(guó)家和省級(jí)有關(guān)政策，嚴(yán)格落實(shí)散煤治理工作要求，通過(guò)多種散煤治理措施實(shí)現(xiàn)了污染物較大幅度的減排。2013 年—2017 年燃煤小鍋爐的大幅淘汰，實(shí)現(xiàn)散煤削減約1 082 萬(wàn)t，按照大氣污染源排放清單方法計(jì)算[5]，約可減排SO2為18.3萬(wàn)t、PM2.5為2.2 萬(wàn)t、PM10為3.8 萬(wàn)t、NOx為4.1 萬(wàn)t、VOCs 為4.9 萬(wàn)t、CO 為134.5 萬(wàn)t；“煤改氣”“煤改電”等清潔能源替代改造工程實(shí)施后，全省減少散煤消費(fèi)量339 萬(wàn)噸左右，約減排SO25.9 萬(wàn)噸、PM2.5為2.2 萬(wàn)t、PM10為2.8 萬(wàn)t、VOCs 為1.2 萬(wàn)t、CO 為47.3 萬(wàn)t，但可能會(huì)增加NOx排放量1.4 萬(wàn)t。

4 散煤控制措施的可行性分析

1）散煤污染治理各項(xiàng)污染控制措施環(huán)境效益明顯。通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，“煤改氣”“煤改電”對(duì)污染物的削減效果最好，對(duì)大氣主要污染物的削減率在90%以上，但燃?xì)馐褂脮?huì)導(dǎo)致氮氧化物排量增加；除NOx和SO2外，熱電聯(lián)產(chǎn)替代燃煤小鍋爐對(duì)其他污染物的削減率在90%以上，集中供熱削減率在50%以上。可以看出，散煤污染控制的主要手段對(duì)污染物的減排幅度較明顯，但常常會(huì)導(dǎo)致NOx排放量的增加，因此，在未來(lái)制定措施時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注燃燒設(shè)備N(xiāo)Ox減排措施實(shí)施情況。

2）解決城市散煤污染的根本途徑是集中供熱替代，特別是提高熱電聯(lián)產(chǎn)在集中供熱中的占比和充分利用工業(yè)余熱。對(duì)于農(nóng)村地區(qū)，由于農(nóng)村居民分布較分散導(dǎo)致熱網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用太高且通常沒(méi)有熱電廠等集中熱源，基本上可不考慮集中供熱；逐步推行清潔能源替代措施，同時(shí)需做好氣源熱源保障、設(shè)備安全和成本節(jié)約等工作是其主要路徑。同時(shí)，考慮到山西省作為煤炭能源基地以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)難以改變，推廣優(yōu)質(zhì)低硫煤和使用節(jié)能環(huán)保爐具，仍需同步開(kāi)展。