京城霧霾成因新解
——天然氣鍋爐排煙是加劇京城灰霾天氣的重要原因
李崇興
2013年1月份，北京持續(xù)嚴重霧霾天氣引起了社會的廣泛關注和各級領導的高度重視，對于霧霾天氣的成因、危害后果和治理措施也是眾說紛紜，莫衷一是。氣象、環(huán)保等部門從專業(yè)角度和主、客觀原因進行剖析；專家、學者從理論上進行論證；輿論、媒體以及有識之士積極獻計獻策，燃煤鍋爐、汽車尾氣、工業(yè)排污和揚塵成為眾矢之的。然而，由于天然氣鍋爐排煙造成的局部空氣水汽的增加和氮氧化物污染對霧霾天氣的影響卻被人忽視，沒有研究成果和相關的報道。我經(jīng)過多年來對燃氣鍋爐煙氣余熱及冷凝水回收的研究和氣象資料的分析，得出初步結論：天然氣鍋爐排煙是造成北京地區(qū)“豐富水汽”主要來源，是加劇灰霾空氣的“幫兇”，同時也揭示北京發(fā)展天然氣是雙刃劍，既有清潔能源的一面，又有排放水汽的負面影響和氮氧化物的污染。在此基礎上，我還提出了解決此問題的方法和技術。期望引起有關部門和領導的關注。
天然氣鍋爐排煙中的水汽是“豐富水汽”主要來源
2013年2月份公布的中科院“大氣灰霾追因與控制”專項組研究結果表明，北京1月份的強霧霾天氣事件是一次自然因素和人為因素共同作用的事件：1.異常天氣形勢；2.中東部大氣穩(wěn)定；3.人為污染排放、浮塵；4.豐富水汽共同作用的結果。并定性為：豐富水汽是灰霾空氣形成的幫兇。從公開的資料看，該項研究沒有進一步分析“豐富水汽”的來源，除了異常天氣的氣象因素外，有沒有人為的成分？我認為，只有弄清水汽的來源，才能有的放矢地采取措施。本文將揭開這個人為因素的謎團。
眾所周知，天然氣的主要成分是甲烷（CH4），燃燒后生成二氧化碳和水。1立方米的天然氣可生成1.55公斤的水。據(jù)了解，北京市2012年采暖季消耗60億立方米天然氣，平均每天消耗5000萬立方米。嚴寒的1月份，每天消耗6000萬~7000萬立方米。也就是說，1月份每天要有10萬噸以上的水排放到北京五環(huán)路以內的空中。這還沒有計算工業(yè)、熱電、汽車、家庭和公共服務等用戶消耗的天然氣（約占總消耗量的45%）。僅僅是采暖鍋爐釋放的水汽就相當于在這個區(qū)域（1000平方公里）內每天有0.1毫米以上的降雨量，足以把空氣濕度增加20~40個百分點。而且大多數(shù)燃氣鍋爐的煙筒高度在8米以下，煙氣低空排放，水汽和污染物難以擴散，對大氣環(huán)境的影響可想而知。據(jù)了解，北京雙榆樹供熱廠是世行貸款的環(huán)保項目，裝機696MW，供熱面積1200萬平方米，當其滿負荷運行時，每天要向空中排放2848噸水。在1月份霧霾天氣時，每天的排水量足以使周邊47平方公里范圍的50米高度內空氣濕度接近飽和。如果兩三天內沒有流動空氣的干擾和擴散，將有100平方公里（約占北京主城區(qū)的1/10）的范圍深受其害。因此，當其他主客觀因素都具備的情況下，這些水汽就是形成和加劇霧霾天氣的關鍵因素，這就是起到了“幫兇”的作用，也是北京中心城區(qū)霧霾比周邊地區(qū)嚴重的原因所在。自2001年來，北京的天然氣用量以20%的增長速度發(fā)展，根據(jù)北京“十二五”規(guī)劃期間燃氣發(fā)展規(guī)劃，到2015年，天然氣的用量將達到180億立方米。采暖期消耗的天然氣是110億立方米，將向空中排放1700萬噸水，其后果不堪想象。
冬季采暖期天然氣鍋爐是京城空氣的加濕器
根據(jù)對北京市13個氣象觀測站的資料分析，采暖期間城區(qū)和近郊區(qū)的夜間0點至5點（可以基本排除其他的人為影響）時段的空氣濕度的變化與正�？諝鉂穸入S溫度變化的數(shù)值相差15%~20%；特別是在靜風和同溫的情況下，空氣的相對濕度仍然呈上升趨勢，中心城區(qū)尤為明顯。對觀測資料研究發(fā)現(xiàn)，在相同氣溫時，中心城區(qū)比遠郊區(qū)的空氣相對濕度高20個百分點，這證明了空氣中20%的水汽來源就是燃氣鍋爐。更直接的證據(jù)是，3月18日零點，北京市停止供暖，燃氣鍋爐停止運行，各個氣象觀測站顯示的空氣相對濕度在零點之后集體跳水，從80%左右急劇降到20%，說明天然氣鍋爐排煙道中的水汽對北京城區(qū)空氣濕度的影響是至關重要的因素，特別是在促進灰霾空氣形成的作用是不可忽視的。
天然氣鍋爐氮氧化物排放的問題
在社會的宣傳和人們的心目中，天然氣是清潔能源，排放無污染，這是一個認識誤區(qū)。天然氣鍋爐的氮氧化物排放標準是100 mg/m3，而燃煤鍋爐的排放標準是200 mg/m3。現(xiàn)實情況是，由于供熱面積不斷增加，在煤改氣的過程中消滅了一個燃煤鍋爐，增加了2~3個燃氣鍋爐，其結果是氮氧化物的排放不減反增，通過煤改氣減排氮氧化物成了一句空話。另外，調查資料顯示，現(xiàn)有的燃氣鍋爐，5%~8%左右超標排放，60%以上的鍋爐雖然達標但其氮氧化物排放超過60 mg/m3，有的達到80 mg/m3以上，因此，數(shù)量龐大的天然氣鍋爐仍然是北京市區(qū)氮氧化物的重要污染源。令人擔憂的是，截至目前，有關部門對此認識不足，減排氮氧化物的目標始終對準燃煤鍋爐和汽車尾氣，從沒有提及燃氣鍋爐這個排放大戶，也沒有針對中小型的燃氣鍋爐減排氮氧化物的技術和行政措施。
解決之道
我們知道，重要的不是提出問題而是提出解決問題的辦法。針對上述的問題，我經(jīng)過5年的艱難困苦，潛心鉆研，終于完成了“燃氣鍋爐煙氣余熱（低品位）利用與空氣源熱泵聯(lián)合供熱節(jié)能技術”的研究并付諸實踐。這項技術可以在回收鍋爐煙氣余熱的同時將90%以上水蒸氣冷凝回收成為水資源再利用，可實現(xiàn)在沒有環(huán)保投資的情況下取得環(huán)保效益，有效地緩解灰霾空氣的形成。
“燃氣鍋爐煙氣余熱（低品位）利用與空氣源熱泵聯(lián)合供熱節(jié)能技術”研究的初衷是為了解決空氣源熱泵在北方地區(qū)冬季運行的問題，但是在實踐中，發(fā)現(xiàn)這項技術還兼有節(jié)能、減排、節(jié)水等經(jīng)濟、環(huán)境和節(jié)水效益。特別是通過煙氣中冷凝水的回收減少了氮氧化物的排放，可以緩解冬季采暖期由于燃氣鍋爐排煙對霧霾天氣的影響。
該項技術于2012年7月4日被中國知識產(chǎn)權局授予發(fā)明專利權，2012年6月列入北京市發(fā)改委等七部門聯(lián)合發(fā)布的《北京市2012年節(jié)能低碳技術產(chǎn)品目錄》。
來源：中國水利網(wǎng)站 2013年3月23日
