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(yán)重霧霾天氣引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注和各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，對(duì)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(jìn)行剖析；專家、學(xué)者從理論上進(jìn)行論證；輿論、媒體以及有識(shí)之士積極獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，燃煤鍋爐、汽車尾氣、工業(yè)排污和揚(yáng)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(duì)霧霾天氣的影響卻被人忽視，沒有研究成果和相關(guān)的報(bào)道。我經(jīng)過多年來對(duì)燃?xì)忮仩t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(jié)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(shí)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(fù)面影響和氮氧化物的污染。在此基礎(chǔ)上，我還提出了解決此問題的方法和技術(shù)。期望引起有關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)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(xiàng)組研究結(jié)果表明，北京1月份的強(qiáng)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(shì)；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(jié)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(xiàng)研究沒有進(jìn)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(rèn)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(gè)人為因素的謎團(tuán)。
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(yán)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(nèi)的空中。這還沒有計(jì)算工業(yè)、熱電、汽車、家庭和公共服務(wù)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(dāng)于在這個(gè)區(qū)域（1000平方公里）內(nèi)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(gè)百分點(diǎn)。而且大多數(shù)燃?xì)忮仩t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(kuò)散，對(duì)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(xiàng)目，裝機(jī)696MW，供熱面積1200萬平方米，當(dāng)其滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，每天要向空中排放2848噸水。在1月份霧霾天氣時(shí)，每天的排水量足以使周邊47平方公里范圍的50米高度內(nèi)空氣濕度接近飽和。如果兩三天內(nèi)沒有流動(dòng)空氣的干擾和擴(kuò)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(dāng)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(guān)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(yán)重的原因所在。自2001年來，北京的天然氣用量以20%的增長(zhǎng)速度發(fā)展，根據(jù)北京“十二五”規(guī)劃期間燃?xì)獍l(fā)展規(guī)劃，到2015年，天然氣的用量將達(dá)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(duì)北京市13個(gè)氣象觀測(cè)站的資料分析，采暖期間城區(qū)和近郊區(qū)的夜間0點(diǎn)至5點(diǎn)（可以基本排除其他的人為影響）時(shí)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(fēng)和同溫的情況下，空氣的相對(duì)濕度仍然呈上升趨勢(shì)，中心城區(qū)尤為明顯。對(duì)觀測(cè)資料研究發(fā)現(xiàn)，在相同氣溫時(shí)，中心城區(qū)比遠(yuǎn)郊區(qū)的空氣相對(duì)濕度高20個(gè)百分點(diǎn)，這證明了空氣中20%的水汽來源就是燃?xì)忮仩t。更直接的證據(jù)是，3月18日零點(diǎn)，北京市停止供暖，燃?xì)忮仩t停止運(yùn)行，各個(gè)氣象觀測(cè)站顯示的空氣相對(duì)濕度在零點(diǎn)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(duì)北京城區(qū)空氣濕度的影響是至關(guān)重要的因素，特別是在促進(jìn)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(huì)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(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)。天然氣鍋爐的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)是100 mg/m3，而燃煤鍋爐的排放標(biāo)準(zhǔn)是200 mg/m3�，F(xiàn)實(shí)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(gè)燃煤鍋爐，增加了2~3個(gè)燃?xì)忮仩t，其結(jié)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(diào)查資料顯示，現(xiàn)有的燃?xì)忮仩t，5%~8%左右超標(biāo)排放，60%以上的鍋爐雖然達(dá)標(biāo)但其氮氧化物排放超過60 mg/m3，有的達(dá)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(dān)憂的是，截至目前，有關(guān)部門對(duì)此認(rèn)識(shí)不足，減排氮氧化物的目標(biāo)始終對(duì)準(zhǔn)燃煤鍋爐和汽車尾氣，從沒有提及燃?xì)忮仩t這個(gè)排放大戶，也沒有針對(duì)中小型的燃?xì)忮仩t減排氮氧化物的技術(shù)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(duì)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?xì)忮仩t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(shù)”的研究并付諸實(shí)踐。這項(xiàng)技術(shù)可以在回收鍋爐煙氣余熱的同時(shí)將90%以上水蒸氣冷凝回收成為水資源再利用，可實(shí)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?xì)忮仩t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(shù)”研究的初衷是為了解決空氣源熱泵在北方地區(qū)冬季運(yùn)行的問題，但是在實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)還兼有節(jié)能、減排、節(jié)水等經(jīng)濟(jì)、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?xì)忮仩t排煙對(duì)霧霾天氣的影響。
該項(xiàng)技術(shù)于2012年7月4日被中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予發(fā)明專利權(quán)，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(shù)產(chǎn)品目錄》。
來源：中國(guó)水利網(wǎng)站 2013年3月23日
