大气治理绕不开煤炭清洁燃烧

“煤改气”工程初衷为环保

随着我国北方乃至全国冬季雾霾天气频发,冬季供暖带来的污染物排放与大气环境保护之间的矛盾日益尖锐。国家加快改善生态环境特别是空气质量的决心也更加坚定。2017年的政府报告中指出,要加快解决燃煤污染,推进北方地区的清洁供暖。

北方地区每年到供暖季节,雾霾就格外严重,大量使用分散的燃煤小锅炉是加剧空气污染的重要原因之一。这些燃煤锅炉存在热效率低、高耗能、高污染等问题,造成的环境压力巨大。大范围、高强度的雾霾天气倒逼能源结构转型,全国许多地区采取调整能源结构的措施,以期采用清洁能源疏解日益严重的大气环境污染问题。

很多人认为燃煤耗能高、污染大,而节能减排必须靠燃气,天然气是清洁高效优质能源,它燃烧充分,产生的灰分含硫量和含氮量降至到非常低的水平。

许多地方“煤改气”工程大范围开展起来。大规模推行“煤改气”效果如何?天然气也是化石能源,也有清洁燃烧的问题,主要是燃烧过程中会产生大量氮氧化物。根据环保部门对天然气锅炉运行情况检测公布的资料,燃气工业锅炉运行中,氮氧化物排放浓度小于200毫克/立方米的只占35%,小于400毫克/立方米的占94%,大部分天然气锅炉氮氧化物排放浓度在300毫克/立方米左右。而以半焦为燃料的解耦燃烧锅炉,却可将氮氧化物排放量控制到200毫克/立方米以下,此外,煤气锅炉更可以把氮氧化物控制到100毫克/立方米以下。

雾霾的主要成份是PM2.5,生成PM2.5的罪魁又是氮氧化物,目前大规模“煤改气”中使用的天然气锅炉,对控制氮氧化物没有任何优势可言。目前在全国各地力推的“煤改气”工作,从公开记载的数据中,很难查到氮氧化物排放量是多少,“煤改气”前后氮氧化物有什么变化。

“煤改气”效果不理想:津京冀PM2.5中氮氧化物是二氧化硫的三倍

以北京市为例,北京市主城区的燃煤锅炉绝大多数已经改为燃气锅炉,但是,PM2.5雾霾严重污染不仅没有消除,还有进一步加剧的趋势。原因就在于,“煤改气”大量增加排放的氮氧化物,加之汽车尾气排放的氮氧化物,是北京PM2.5雾霾日益严重的根本原因,而且有资料表明,北京空气中的氮氧化物已是二氧化硫的3倍。

当北京冬季处在静风或微风时,外地污染对北京影响较小,不到48小时本地空气就会达到严重污染,也就是说环境污染会很快达到极限,当氮氧化物排放量再增加15倍时。

雾霾天数不降反升的尴尬表明,北京的“煤改气”并不成功,并没有改善大气环境,尤其是没有减轻PM2.5造成的雾霾污染。实际上,把北京周围热电厂全部“煤改气”,产生的氮氧化物会更多,PM2.5也更多。

“煤改气”工程难以为继,多地被紧急叫停

我国的能源结构特点是“富煤贫油少气”,煤炭占绝对主导地位,油气供应则受制于人,2017年我国天然气对外依存度也达到了39%,价格上受制于外,并没有话语权。引入可再生资源的利用仍存在供给量、配套建设以及运营成本等诸多条件的限制;国内储气库储气能力不足,调峰压力难减。

而增加后处理设施也要大花钱,对天然气燃料还要长期补贴。部分地区输配价格不合理、供气层级较多,且层层加价的现象仍较显著。由于天然气价格市场化程度不够,在现行价格体系下,以北京为例,采暖“煤改气”后绝大部分居民家庭的燃气采暖支出超过了家庭可支配收入的3%。通过政府补贴,可将这一比例降低,但对地方财政将形成一定压力。

目前,大规模“煤改气”弊端已现,采暖设备安装不及时、基础设施不完善、配套资金落实不到位等现象屡屡发生。

早在去年底,环保部就曾下发《关于请做好散煤综合治理确保群众温暖过冬工作的函》特急文件,要求京津冀及周边“2+26”城市进入供暖季。提出“凡属(煤改气、煤改电工程)没有完工的项目或地方,继续沿用过去的燃煤取暖方式或其他替代方式。”

这些地方包括北京、天津、河北石家庄等。由此看来,“煤改气”工程的持久推进难以为继,今后还要面临更多考验。近日,中央环保督察组点名批评山西省太原市迎泽区禁煤“一刀切”,影响群众温暖过冬。虽属散煤使用、清洁取暖范围,但该事件让煤炭再次成为焦点。到底可不可以用煤,究竟怎么用煤,成为人们讨论的热点。

清洁供暖绕不开“煤炭清洁燃烧”问题

中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长刘中民认为,当前,我国能源发展面临着前所未有的挑战。一方面表现为能源安全形势严峻。富煤、少油、缺气是我国的能源特征,煤炭占绝对主导地位,油气供应则受制于人,2017年我国原油对外依存度已高达68%,天然气对外依存度也达到了39%;谢克昌也指出,中国工程院和国外机构的战略研判均表明,到2030年化石能源在中外一次能源中占比都在80%左右,其中煤炭占中国一次能源结构的50%左右;到2050年,煤炭、油气和非化石能源消费比例为4:3:3。

既然燃煤是造成环境污染的主要因素,只有啃下清洁煤技术这个硬骨头,采用清洁煤技术,改造火电厂,更新燃煤工业锅炉,实现煤炭的清洁利用,才是治理雾霾最有效的途径。清洁煤技术是当前世界各国解决环境问题的主导技术之一,也是国际上高技术竞争的一个重要领域。

实现了清洁高效利用的煤炭就是清洁能源

很多人认为燃煤耗能高、污染大,而节能减排必须靠燃气。清洁供暖不仅是利用可再生能源,采用煤炭清洁燃烧技术,实际上,煤炭是完全可以实现高效清洁利用的。利用新型高效燃烧工业锅炉或热电机组进行集中供热,替代传统的散烧煤小锅炉,也是清洁供暖的一种。这其中包括采用先进的煤粉燃烧技术等改造,以达到提高燃烧效率、减少排放的目标。

煤粉燃烧是一种先进的燃煤技术,具有燃烧速度快、燃尽率高、烟气热损失低等优点,被引入工业锅炉领域。90年代末,我国开始研发煤粉工业锅炉,2006年山西蓝天完成第一台新型煤粉热水工业锅炉和第一台新型煤粉蒸汽工业锅炉的工业设计,并成功投入运行。煤粉工业锅炉是一种先进工业锅炉换代技术,彻底改变了原有工业锅炉装备和技术,集成了多种现代工业技术成果,并与网络技术结合,有利于实施社会化管理和服务。推广新型高效煤粉工业锅炉系统,是实施洁净煤技术战略的重要组成部分。通过多种污染物脱除手段,煤粉工业锅炉在保持了煤粉燃烧技术原有优点的基础上,二氧化硫、烟尘等污染物的排放指标均达到标准要求,且对PM2.5细颗粒污染物也达到了很好的净化效果。山西蓝天环保设备有限公司郎凤娥介绍说。

郎凤娥认为,煤炭燃烧过程中释放二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等有害物质等,但空气污染的根源不在于煤炭,而是燃烧技术和污染物排放的治理不到位。在脱硫和除尘方面,只要法规标准严格执行,在技术上、管理上和成本上,燃煤锅炉都可以达到天然气锅炉的排放标准,综合成本却比燃烧天然气低很多,也不会出现像天然气那样的供应不足问题。

做好煤炭清洁高效利用,加快技术创新,推动煤炭由燃料向燃料与原料并重成

我国石油化工产业在资源禀赋、加工结构和技术创新等方面尚有不足,而推动煤炭由燃料向燃料与原料并重,发展现代煤化工可弥补这些不足,煤化工与石油化工产业应协调发展,形成新的更合理的产业结构。据悉,大连化物所已探索出煤合成气直接制烯烃的新路线,摒弃了传统合成路线中高耗能的水煤气变换过程,有望为煤炭清洁高效转化利用提供变革性技术。

“即使传统煤化工的乙炔存在成本低、污染大、能耗高等问题,但通过技术创新也有出路。”金涌举例,通过技术创新,将氢等离子体与粉煤合成乙炔技术,可降低能耗35%,不排放废渣、废气,而且在此基础上可进一步深加工下游产品。

实际上,煤炭清洁高效利用在我国已经提倡多年,得到了国家政策的大力支持,并被列入“面向2030国家重大项目”。应尽快出台国家标准,大力推广洁净煤技术。国家能源局、环境保护部等主管部门尽快制定洁净煤技术行业标准,对各种洁净煤技术加以甄别和认证,并予以推广,改变目前各地一刀切的限煤政策。此外,还应该加大对洁净煤技术、专有装备、产业化示范项目的政策扶持。建议国家有关部门就洁净煤技术、专有装备、产业化示范项目建立国家层面专项基金,并加大已有政策扶持力度。

实现大气污染治理,解决北方清洁供暖难题,是生态环境保护、关注民生利国利民的大事,应在战略规划,政策制定与执行中应因地制宜,采用多种能源联动协同开发利用。在当前和今后相当长的时期内,煤炭仍在一次能源中占据主导地位,只有啃下煤炭清洁利用这块硬骨头,在煤炭开发、加工、转化、应用过程中,提高效率、减少污染,开发与广泛应用洁净煤技术,才是解决能源环境问题的关键。