散煤采暖为何成为重霾元凶

　　文/新浪财经意见领袖专栏(微信公众号kopleader)专栏作家 陶光远

　　在我们的工作中，让大家最为惊讶的发现就是：河北省最大的大气污染源不是工业污染源，而是农村住宅的采暖小燃煤炉/锅炉——即燃煤土暖气，而这项污染物，集中在冬季排放。

　　2015年12月1日，北京市发生了自有PM2.5监测值公布以来最大的一次大气污染，局部地区大气中PM2.5的浓度达到了1000微克/立方米以上，能见度只有几十米。

　　之后，我指出京津冀地区的各省市，冬季大气污染的主要污染源是散煤燃烧采暖。

　　在我们的工作中，让大家最为惊讶的发现就是：河北省最大的大气污染源不是工业污染源，而是农村住宅的采暖小燃煤炉/锅炉——即燃煤土暖气，而这项污染物，集中在冬季排放。

　　中国北方上千年来都是用土炕采暖。在城市，由于生活水平较高，在上世纪初逐渐转为燃煤炉，现在大部分已经转为集中供暖，热源为热电联供站或燃煤燃气锅炉房。最近几年，这些燃煤锅炉普遍得到了不同程度的污染物排放治理，污染物排放或多或少在下降。

　　而广大的中国北方农村从上千年前到20世纪末，冬季绝大多数家庭都是烧炕采暖。

　　记得文革时我哥哥高中毕业后上山下乡，回我母亲的老家陕西省周至县(周至县是陕西省关中地区较富裕的县。陕西省关中地区一直有金周至、银户县、中间夹了个烂眉县一说)插队务农。

　　我寒假时去看我哥哥，他给我教高中的数学和物理(文革中学生们无法好好读书，我们那一代中学生高中的数理化基本没学)，我给他做饭。灶就与土炕相连，做饭时的热烟气，就顺便加热了炕，烧灶火用的主要是玉米秸秆，玉米芯燃值高，烧水做主食时舍不得用，炒菜的时候要旺火才用。晚上临睡前再在炕底下用一把玉米秸秆，把炕烧热一点儿。煤太贵了，用不起。

　　直至本世纪初，随着人民生活水平的提高，中国北方农村的农民才开始从烧炕采暖逐渐改为用小型燃煤锅炉——俗称土暖气(大部分)或燃煤炉(少部分)采暖。在2005年后，土炕采暖改为土暖气采暖达到高潮。现在用炕采暖的农村家庭已经很少。这种家庭用的小燃煤炉/锅炉采暖模式，就被称为所谓的散煤燃烧采暖。

　　过去用土炕采暖，农村每家每年烧几百公斤农作物秸秆。而现在用土暖气采暖，农村每家一般每年要烧3至5吨平均热值约为5000大卡的煤，而且大多数燃煤是烟煤。于是在短短的几年间，散煤燃烧采暖相继成为中国北方各地冬季最大的污染源。

　　根据德国的经验，在中国的小煤炉或土暖气中燃烧烟煤，由于燃烧不充分，燃煤烟气中平均含大约700毫克/立方米的颗粒物和估计平均超过2000毫克/立方米的二氧化硫。

　　其中，烟气中颗粒物的平均浓度是现在河北省工业和供暖燃煤锅炉烟气中颗粒物平均浓度的十几倍，更是燃煤发电厂烟气中颗粒物平均浓度的几十倍。

　　燃烧烟气中有如此高的颗粒物的原因是，烟煤中所含煤焦油的比例较高，为5%至15%。如果焦油在炉膛中燃烧不完全，在高温下就会以气体状态通过煤烟中排出。煤烟的温度降低后，其中的煤焦油又凝结成液滴，这种液滴就是我们看到的烟囱中冒出的浓浓的煤烟。

　　但实际上，烟气中的颗粒物含量波动极大。在炉子里的燃烧温度较高时，焦油的燃烧充分，烟气中残留的煤焦油比例较低；反之，烟气中残留的煤焦油比例就较高。

　　在晚上“封火”后，在炉膛上部承担封火功能的煤炭，基本上处于干馏状态，估计一半以上的煤焦油都进入到烟气中了。这时候，烟气中的颗粒物含量会达到几千毫克/立方米，甚至上万毫克/立方米。

　　这种现象用肉眼就能看出来，即晚上封火后，烟囱里冒出的煤烟特别浓——浓浓的都是煤焦油。需要说明的是，这种煤焦油凝结形成的液弟状颗粒物的毒性特别大，其中包括高致癌物苯并芘。

　　河北省有3000多万人口居住在农村、城中村和城乡结合部，有大约1000万个家庭，现在是用家用小型燃煤锅炉/炉采暖，整个冬季要燃烧大约4000万吨左右的煤炭，烧的大部分是廉价的烟煤。

　　如果燃煤烟气中平均含大约700毫克/立方米的颗粒物，则每年燃烧4000万吨燃煤，颗粒物的排放量就为约：700毫克颗粒物/立方米烟气x10,000立方米烟气/吨煤x40,000,000吨煤/年=280,000,000,000,000毫克颗粒物/年=280,000吨颗粒物/年。

　　在河北省的所有污染源中，这是现在唯一超过10万吨颗粒物/年的污染源。

　　当然这个估计并不准确，但也并不高。每年燃烧散煤4000万吨，按煤炭中煤焦油平均含量为7%计，就是280万吨煤焦油，如果其中的10%排入到煤烟中，就是28万吨。考虑到晚上封火时用的煤中大多数煤焦油都排入到大气中，应该说这个估计并不算高。

　　这4000万吨燃烧排出的二氧化硫，按河北省散煤的平均硫含量为1%计算，则排出的二氧化硫就会达到好几十万吨。

　　因此，尽管散煤燃烧仅仅占河北省整个煤炭消耗的10%左右，但是由于其燃烧时污染物排放的浓度高，因此其排放的颗粒物和二氧化硫，占整个煤炭燃烧所排放的50%左右。

　　考虑到这4000万吨煤是在冬季采暖期的大约5个月内燃烧的，因此，在这个期间，散煤燃烧排放的颗粒物和二氧化硫的排放量肯定都超过排放总量的50%。

　　去年年底的45天，石家庄市全市的污染企业停工，汽车也单双号行驶，结果大气污染仍然非常严重，也证明了散煤燃烧，是冬季最大的大气环境污染源。

　　在中国，由于燃煤在这些小型燃煤炉/锅炉燃烧不充分，不仅造成燃煤烟气中的污染物排放较高，而且热效率很低，只有30%至50%。而能源效率低，不仅增加了能源消耗和相关的费用支出，而且也因为增加的煤耗使得大气污染物和二氧化碳的过多排放。

　　顺便说一句，2015年至2016年这个冬天，北京市的散煤燃烧估计为400万吨左右，约为河北省的1/10，也肯定是北京市占总量超过50%的颗粒物和二氧化硫污染源。

　　按单位国土面积计算，北京市平原上的散煤燃烧强度甚至高于河北省(北京市的平原土地面积不到7000平方公里，而河北省的平原土地面积超过10万平方公里)。

　　人们已经注意到了，在非采暖季，京津冀地区的空气质量有了明显的改善。但是在采暖季，空气质量几乎没有改善，甚至感觉在恶化。

　　原因很尴尬，工业污染治理的力度还是很明显的，而散煤采暖污染的治理并不顺利。由于农村生活水平的提高，人们花的起钱买更多的煤了，为了提高室内的舒适度，燃烧了越来越多的散煤。很多家庭的室内气温，原来只有摄氏10~14度，现在则提高到了摄氏16度至20度。

　　须要知道，室内温度每上升摄氏1度，燃煤消耗就会增加6%左右！因此，近年来，散煤燃烧采暖的煤耗一直在增长。

　　但这个污染责任并不在烧散煤的家庭——这些家庭大部分是农民家庭。问题出在燃煤设备和燃烧的煤炭上。

　　我们与德国做个比较。

　　德国是一个能源资源以煤炭为主的国家，硬煤与褐煤的资源都非常丰富。德国历史上也是一个以散煤燃烧采暖为主的国家。在二次大战以前，大部分家庭采用小型燃煤炉/锅炉采暖(德国以前为什么不烧炕，这是个谜)，只有城市的少数家庭采用集中供暖。

　　二次大战后，由于中东的廉价石油以及原苏联和北海的天然气的发现和大量进口，德国的很多家庭才改为燃油或天然气采暖。

　　但是，在原西德的大气污染基本得到治理的1992年，德国仍有约16%的家庭燃烧固体燃料，其中相当大的比例是燃烧用褐煤(烟最大的煤)做的型煤，其余的燃烧生物质。须要指出的是，燃烧生物质只是在燃烧烟气中没有二氧化硫，而颗粒物的排放与燃煤不相上下。

　　但是德国长期以来非常重视降低小型家用固体燃料采暖炉/锅炉的污染物排放，并提高燃烧效率。这也是德国国家科研机构弗朗霍夫研究院的长期科研题目和技术服务内容。

　　在上世纪六十年代，德国生产的小型家用固体燃料采暖炉/锅炉的燃烧烟气颗粒物排放量标准上限即为150毫克/立方米；到上世纪九十年代，这个标准的上限已经降到75毫克/立方米；从2015年1月1日起，更是降到了20(大功率)~40毫克(小功率)/立方米。

　　这在中国，已经达到了燃煤发电厂的标准，只有京津冀地区家用小型燃煤炉/锅炉烟气中颗粒物排放浓度的1/20左右。

　　而所燃烧的型煤用低硫褐煤作为原料，在燃烧时，褐煤所做的型煤中的大部分硫会与钙镁离子结合生成硫酸盐，固化在煤灰中，使得烟气中的二氧化硫含量进一步降低，烟气中的二氧化硫含量只有京津冀地区散煤燃烧烟气中二氧化硫平均含量的1/10左右。

　　德国住宅采暖模式的变化趋势

　　需要注意的是，京津冀地区的散煤污染源，是在上世纪末才出现的，本世纪开始才突然增长成为冬季京津冀地区的主要大气污染源。

　　现在京津冀地区使用的大多数家用小型燃煤炉/锅炉，燃烧烟气中的颗粒物平均浓度，都在几百毫克/立方米。与德国相比，中国小燃煤采暖炉/锅炉的污染物排放水平落后了半个世纪。

　　这是今天散煤燃烧采暖造成京津冀冬季严重污染的根本原因。当然，生产者和市场监管者的责任，不能推到消费者——广大农民的身上。

　　德国和中国的散烧煤小锅炉

　　为了减少燃烧散煤造成的大气污染，最近几年，京津冀地区的政府部门主要采用了两种方法：

　　1) 燃烧由无烟煤压制的型煤(煤球)。

　　无烟煤里的煤焦油含量低，因此在燃烧时排放出来的焦油颗粒物比起烟煤就大大减少。

　　河北省的很多地区对无烟煤压制的型煤(煤球)进行了补助，鼓励烧散煤的家庭使用。

　　但是每吨无烟煤煤球的价格比烟煤贵了好几百元。考虑到全省每年燃烧4000万吨左右的散煤，如果全部补贴，每年就要补贴上百亿元，这是个沉重的财政负担。

　　但是，如果不补贴，很多家庭就会继续烧烟煤。如果控制烟煤的销售，那个工作量和难度可想而知。

　　2) 煤改气或者煤改电。

　　天然气和电力的单位能源价格，是燃煤的好几倍，这无疑会大大增加采暖的能耗支出。

　　一个家庭一年增加几千元的采暖能耗支出，无论是由谁来承担，都是一笔巨大的财政负担。

　　像北京这样较为富裕的地区，财政还能够负担，对于河北这样不是很富裕的地区，如果让地方政府来承担这笔巨额的支出，就非常困难了，因为这比补助老百姓购买无烟煤煤球的支出还要高出一至两倍。

　　治理散煤燃烧的污染，从长远看，要根治还是要采用无煤化采暖。

　　在河北，最佳的办法是采用电力采暖，因为冬季下半夜的采暖高峰，正是华北风电过剩的高峰；同时，电力采暖，没有燃气采暖燃烧烟气中的氮氧化物污染问题。

　　但是前提是房屋需要做较好的保温改造，否则采暖费用会过高。河北农村的房屋绝大多数没有做保温措施，散热功率很大。如果对农村住宅进行有效的保温改造，可以降低60%至80%的采暖能耗。

　　这样，燃煤改为电力采暖的同时，节省建筑的采暖能耗，能耗费用就不会增加，甚至会减少。

　　一个100平方米的农村建筑，进行节省60%至80%采暖能耗的改造，要花费上万元乃至几万元，具体的花费需要通过示范项目才能较准确地测定。这项工作，如果与新农村建设结合，也许会找到很好的融资模式。不过这已经超过了本文讨论的范畴。

　　建筑保温改造+煤改电是个投资较大的解决方案，整个河北省尽管长远的经济、环境和社会效益好，因此需要较长的时间周期。

　　而散煤清洁燃烧，却是可以在较短的时间内实现的，成本也比较低。目前在政府的支持下，正在紧张地进行这方面的技术开发和示范工程，进展顺利。在这方面，由于有德国成功的经验可供借鉴，因此我对项目的成功持乐观态度。

　　散煤燃烧污染的问题如果得以解决，京津冀地区的大气污染治理，就成功了一半。

　　一个小炉子，却是京津冀地区大气环境的最大污染源，也成为河北省治霾的最大工程！我以前真是万万没想到。我的中国和德国同事没有一个人想到的。真是没有调查就没有发言权啊！

　　(本文作者介绍：欧洲能源管理师、中德可再生能源合作中心执行主任)