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民用煤清洁燃烧是控霾关键

发布时间:2016-04-25 15:40:00   来源:    浏览次数:306


◎本刊记者  叶晓婷  季天也




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3月23日,北京环宇净能环保科技有限公司的葛苏博士,接受《环境与生活》杂志记者采访。    季天也/摄


3月10日,环保部官网发布了两项征求意见的函,征求意见的对象分别为《民用煤大气污染排放清单编制技术指南》和《农村散煤燃烧污染综合治理技术指南》。我国民用燃煤量大面广,一直是环境管理中的薄弱环节,环保部的文件是否意味着民用煤治理将有标准可依?民用燃煤污染有多大?该如何改进?带着种种疑问,《环境与生活》杂志记者采访了北京环宇净能环保科技有限公司的顾问、PM2.5治理研究专家葛苏博士。




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民用燃煤消费量占煤炭消耗总量比例低于3%,一次PM2.5的排放量却超过其他燃煤行业。


民用燃煤排污是火电厂百倍


3月23日下午,《环境与生活》杂志记者来到北京市海淀区学院南路68号吉安大厦,见到了北京环宇净能环保科技有限公司的葛苏博士,该公司主要从事洁净型煤的研究与推广,为北京门头沟等地提供了民用型煤生产技术。

葛苏博士长期以来为洁净型煤的推广应用四处奔走,不辞辛劳。她1984年出国求学,就读于美国俄勒冈科技研究生院的环境工程专业。读硕士期间,她曾给时任中国总理朱镕基写信,建议中国加大环保力度,朱总理亲自回信肯定她的意见,并鼓励她好好学习、工作。在美国读大气环境专业博士时,因为中国大部分大气污染模式是以煤烟污染为主,葛苏便开始研究煤的细颗粒物排放问题,尤其对型煤加工和应用的技术特别感兴趣。

采访一开始,葛博士便向记者抛出了一个关于民用燃煤污染程度的惊人数字:“根据清华大学环境学院大气所的研究,民用燃煤的一次PM2.5排放因子约为燃煤电厂的100倍。”她解释,排放因子是指烧1公斤煤能排放多少毫克PM2.5,这个因子越高,排放的PM2.5就越多。



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根据清华大学的研究,民用燃煤一次PM2.5排放因子约为燃煤电厂的100倍。


近年来,工业燃煤排放控制越发严格,民用炉具相形之下问题更为突出,且颗粒物排放无任何控制措施,使得消费量占煤炭消耗总量比例仅3%的民用燃煤,其燃烧所造成的污染占总燃煤排放颗粒物的50%以上。




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(传统正烧炉与反式燃烧炉对比)反式燃烧炉(右)比传统正烧炉增加了储煤室,可将大量挥发分脱除并燃尽,提高燃烧效率。



烟煤价格跳水致京霾加重


煤炭的性质也会影响污染物的排放。未经洗选、未经加工的煤叫“原煤”,按其炭化程度由低到高可分为泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤。葛苏介绍,烟煤的价格是天然气的1/4,2012年以来,民用燃煤大多采用烟煤,导致大量PM2.5、二氧化硫、氮氧化物、OC(有机碳,包括多环芳香烃、多氯联苯等16种有毒污染物)直接排放到空气中。“为什么2013年1月北京PM2.5爆表了?因为以前北京主要烧无烟煤和无烟型煤,结果从2012年6月开始,烟煤价格突然跳水,从1吨八九百块降到四五百块,有更便宜的烟煤,大家就找便宜的供暖、炊事。我们一直在供应北京门头沟区的洁净型煤的粘结剂,但是2012年就突然卖不动了。”

为何烧烟煤会造成大面积的雾霾呢?葛苏解释,无烟煤的挥发分与水分较烟煤更低,煤中的有机质在一定温度和条件下,受热分解后产生的可燃气体,称为“挥发分”,它是由各种氮氢化合物、氢、一氧化碳等化合物组成的混合气体。不完全燃烧主要是挥发分的低燃尽率造成的,所以颗粒物减排需要围绕挥发性物质的燃烧效率展开。煤炭化程度低的煤,挥发分比较多。如果燃烧条件不适当,挥发分高的煤燃烧时易产生未燃尽的碳粒,俗称“黑烟”,并产生更多的一氧化碳、多环芳烃类、醛类等污染物,煤炭热效率降低。

烟煤价格便宜,且容易点着,容易被普通民众所接受,但燃烧时火焰高而且有烟,污染很严重。无烟煤虽然污染低、燃烧时间持久,但储量较少,仅占全国的10.4%,价格高,约1000元/吨,且普通的民用锅炉不易点燃,太致密导致燃尽率较低,所以逐利市场上居民基本会主动选择烟煤。“相对于工业(发电、冶金、化工、医药、建材、供热等)用途燃煤,炊事、取暖等非工业用途的散煤燃烧污染源小而分散,必须实行有效的源头控制才可能把握整体污染防治工作。”葛苏博士说,世界卫生组织对民用燃煤的建议是“未处理的原煤不适合作为民用燃料”,这就涉及洁净型煤的开发利用。




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工业燃煤排放控制越来越严格


新技术把“粉煤”变成“型煤”


把原煤过筛,筛出大小不等的块,就是“块煤”,而直径小于0.5毫米的煤炭称为“粉煤”。工业用煤对颗粒度要求比较严格,而粉煤(即煤粉)的粒度很不均匀,还得再加工,成本高且不方便,所以在工业上用途很小。

随着采煤机械化程度不断提高,粉煤的数量在不断增长,“挖的煤100吨里约有七八十吨是粉煤,只有二三十吨是块煤,这是机械化产煤导致的。”葛苏说,粉煤大量堆积是资源浪费,且污染环境,另外燃用粉煤漏损严重,影响锅炉运行。所以,通过适当的工艺方法,将粉煤加工成具有一定形状、大小和理化性能的洁净型煤,可以缓解块煤数量少、供不应求的局面,同时为粉煤的合理、有效利用开辟技术途径。





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葛苏认为,煤炭的清洁高效利用需从源头抓起。



葛苏介绍,其公司团队曾参与国家发改委“九五”项目“新型洁净煤及其环境评价”等科技项目的研究。研究发现,使用型煤代替原煤用于锅炉燃烧时,接火正常,煤的总热效率提高了37%,同样生产1吨蒸汽,节省原煤24.5%,减少了20%的二氧化碳、17%的一氧化碳、63%的二氧化硫排放量,飞灰中所含的碳成分要比原煤燃烧低97%,减少了22%的PM2.5。洁净型煤把“低效”原煤转化成“高效”能源,减排原理是,煤燃烧时析出的挥发分被粘土吸附,然后粘土起催化剂的作用,脱除挥发分,使其裂解并燃烧掉。

葛苏说,他们公司成功开发了“具有突破性的清洁型煤粘结剂及其型煤工艺”,来制造各种洁净民用型煤。





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在葛苏看来,民用燃煤的颗粒物减排,需同时考虑环境收益和经济成本,寻找二者的最佳“交叉点”。


烟煤与无烟煤“混血儿”有特长


葛苏博士还说,其公司还开发了特有的民用型煤技术——半焦粉型煤。“将烟煤或褐煤进行低温干馏,把挥发分提取出来另作别用,如做煤气和煤焦油,剩下的渣子就是半焦粉末,用这些粉末来做型煤就叫‘半焦粉型煤’。2006年,我们就开始研究适合半焦粉的粘结剂和生产线,并与清华大学环境学院大气所合作研究其排放机理。”

葛苏形容“半焦粉型煤”就像烟煤与无烟煤的“混血儿”。清华大学环境学院的试验表明,它综合了烟煤的易燃性、燃尽率高、成本较低的优点,又具备无烟煤排放低的优势。半焦粉的挥发分含量与无烟煤相当,其PM2.5排放因子与无烟煤类似,均远低于烟煤和褐煤。“电镜检查可见半焦粉的空隙非常多,有利于完全燃烧。”

清华大学蒋靖坤教授团队发现,燃烧半焦粉型煤,多环芳烃等16种有毒物质的排放量比燃烧烟煤削减98.7%,而PM2.5的排放比烟煤减少67倍。若我国全面采用半焦粉型煤替代烟煤和褐煤,大气能见度将大约提高27%。葛苏补充道,半焦粉型煤原料是煤炼油和炼煤气后的副产品,是废物利用,产量可不断拓展,价格下降空间也大。

当然,半焦粉型煤也有缺点,其挥发分比无烟煤高两三个百分点,这也并非无计可施。葛苏说,清华大学研究发现,增加煤中的灰分——膨润土的比例,可减少30%~70%的颗粒排放,又能使其成本每吨降低100元。葛博士解释,膨润土在这里起了“骨架”的作用,它使煤更分散,像增加了毛细管,有助于更充分燃烧,挥发分也更容易去除。“型煤中灰分越小的煤,排放因子越高,PM2.5排放量越大。而市场上有些煤号称是‘低硫低灰洁净煤’,殊不知排放量更大。”

葛苏指出,我国目前洁净型煤的标准基本根据煤质的静态状态判断,而不是根据煤燃烧时的排放动态。“低硫低灰并不是清洁煤的标志,清洁煤的标志主要应看在燃烧状态下的排放情况。世卫组织要求根据排放来考虑PM2.5及一氧化碳的排放水平,有必要用PM2.5排放来鉴定洁净型煤的排放标准。”

她还谈到,半焦粉型煤有个问题就是不好成型,她介绍,其团队研发多年的粘接剂可以解决这个难题,粘接剂原材料都来自农作物的副产品,是无毒的有机物,会参与燃烧。





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葛苏认为,煤炭的清洁高效利用需从源头抓起。


京津冀可试点推广半焦粉型煤


据葛博士介绍,半焦粉型煤并不是新技术。“20世纪70年代开始,我国就搞了3回研究,但也垮了3回。这个东西不简单,要满足民众的要求和工业要求,都不容易,以前的研发不注重个性化,后来就垮了。我们这些年比较重视个性化。比如京煤集团最近给我们送来5种样品,要我们找出适合各自的粘结剂,既满足北京市的型煤要求,还要满足京煤集团的要求:防潮、防晒、掉渣少、不结焦……满足客户的要求才能推得动。”

葛苏认为,半焦粉型煤技术的研发成功,与当前的环境形势息息相关。“因为雾霾太重了,有环保方面的动力,另外,现在煤炭产能过剩,他们也就不得不考虑升级换代、提高档次。”

在葛博士看来,民用燃煤的颗粒物减排,需要同时考虑环境收益和经济成本,寻找二者的最佳“交叉点”。据市场调研,每吨半焦粉型煤卖到北京约七八百块钱,略高于烟煤,低于无烟块煤和无烟型煤。民众一旦尝到半焦粉型煤的好处,就可以通过市场行为来遏制烟煤的民用。

她建议,在未能全面推广半焦粉型煤前,可以选择民用燃煤颗粒物污染的重点区域——京津冀优先试点推广,以检验减排效果。当前,半焦粉型煤年产量约为民用消耗量的一半,只要国家政策略做推动,我国中低温干馏工业逐年增加,其工业副产品半焦粉的产量在未来将能满足所有民用燃煤的需求。

她还指出环保部近期公布的《民用煤大气污染排放清单编制技术指南》(征求意见稿) “只主张用型煤,‘半焦粉’却一个字也没提。”她表示自己将对这份指南提出相应意见。





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(中国历史煤炭消费量与年均灰霾天数)我国历年煤炭消费量与年均灰霾天数呈正比,不清洁用煤导致大量污染物排放。


推广清洁煤最好单个部门负责


民用炉具的燃烧效率也是影响燃煤一次颗粒物排放的重要因素。我国有不少民用炉具的热效率低于20%。民用燃煤不仅要改善所用煤的质量,还应改用更科学的好炉具。

葛苏博士介绍,“石家庄买了10万台反式燃烧炉推广民用,但民众烧的仍是低硫低灰的烟煤,只能减排10%~20%左右。如果采用反式炉与半焦粉型煤结合,则能减排95%以上。”葛苏说,在不能用天然气等清洁能源替代燃煤的地区,通过控制民用散煤质量,或提高民用炉具燃烧技术,对减排都是有益的。

最后她还建议,推广清洁煤最好统一到某一个部门,便于协调。“河北目前是农业局搞炉具推广,发改委搞清洁煤补贴,应该放在一个部门统筹为好。”


数据来源:“中国煤炭消费总量控制方案和政策研究”课题组





网络编辑:余雪

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