山西省散煤污染治理环境效益研究

李晓璐， 焦 姣， 武晓晖

（山西省环境规划院， 山西 太原 030000）

1 研究范围与对象

本研究以全省原煤散烧源为研究对象，包括燃煤小锅炉、农村散煤燃烧源等。燃煤锅炉主要指除工业企业生产使用以外所有单位和居民使用的燃煤小锅炉、茶浴炉、经营性小煤炉等以煤炭为主要燃料的能量转换设备，多用于供水、供暖、洗浴、烘干、餐饮、高温消毒、农业等领域，主要分布于城市区域。农村散煤燃烧指以户为单位的农村居民使用的柴灶、火炕、炉子或土暖气等，主要分布于城中村、城乡结合部及广大农村。

2 散煤污染治理措施研究

治理散煤污染应采取综合施治、多措并举、分步推进的战略，可采取的措施包括集中供热替代、煤改电和煤改气等清洁能源替代、优质煤替代等[1]，各类措施的实施需具备一定的条件，否则可能会出现成本-效益不高、替代不彻底、替代工程实施难度大等问题，因此，实际操作中需要根据各地情况进行综合选择。目前大致治理路线一是“去煤化”，即通过发展现代电能、生物质能、太阳能等清洁能源和可再生能源来替代化石能源；二是推广优质低硫煤和节能环保型燃煤炉具等。

2.1 集中供热替代

集中供热规模从小至大可以划分为：连片供热、区域供热、城市供热和城际供热。一般来说集中供热的规模越大，使用的锅炉越大，煤炭的利用效率越高，集中供热效率也越大。我国集中供热的方式主要有热电联产、区域锅炉房集中供热、工业余热集中供热等。2017 年，山西省城市集中供热面积达到51 586 m2[2]。

1）热电联产。热电联产是热能和电能联合生产的一种高效能源生产方式。我国目前大型火力电厂的平均发电效率仅为33%，实施热电联产将大大提高了能源利用效率，达到80%左右。加之目前大型电厂都达到超低排放标准[3]，把污染物的排放总量降到较低水平，环境效益很好。

2）区域锅炉集中供热。区域锅炉房供热是以锅炉房为热源，装置大容量、高效率的蒸汽锅炉或热水锅炉，向一定区域内的各类用户供应生产和生活用热。区域锅炉房集中供热的能源利用率不如热电联产高，但相比分散小型锅炉供热效率高。区域锅炉房集中供热作为热电联产集中供热的必要补充，是城市集中供热系统中必不可少的因素。

3）工业余热供热。工业余热供热是指以工业设备回收的余热，经余热回收技术处理后作为集中供热热源的供热方式，工业余热热源有工艺高温烟气和设备冷却水等。该方式不仅降低了工业企业污染的排放，还大幅减少一次能源使用。

2.2 燃气替代

天然气供暖是以天然气为燃料，使用脱氮改造后的燃气锅炉等集中式供暖设施，或壁挂炉等分散式供暖设施，向用户供暖的方式，包括燃气热电联产、天然气分布式能源、燃气锅炉、分户式壁挂炉等，具有燃烧效率较高、基本不排放烟尘和二氧化硫的优势。截至2016 年底，我国北方地区天然气供暖面积约22 亿m2，占总取暖面积11%[4]。

2.3 电能替代

电取暖是一种将电能转化成热能直接放热或通过热媒介质在采暖管道中循环来满足供暖需求的采暖方式或设备，包括蓄能式电采暖设备、热泵系统、电热锅炉、电热膜、发热电缆、普通电暖器等，电采暖能量转化率较高，在发达国家的普及率非常高。截至2016 年底，我国北方地区电供暖面积约4 亿m2，占比2%[4]，比例相对较低。

2.4 生物质能替代

很多发达国家已形成以生物质能源为主的可再生能源布局。同时，生物质能源符合农村资源条件和用能结构分散的特征，是现代农业的新生长点。生物质能清洁供暖是指利用各类生物质原料，及其加工转化形成的固体、气体、液体燃料，在专用设备中清洁燃烧供暖的方式。主要包括达到相应环保排放要求的生物质热电联产、生物质锅炉等。截至2016 年底，我国北方地区生物质能清洁供暖面积约2 亿m2。

2.5 太阳能供暖

太阳能供暖是利用太阳能资源，使用太阳能集热装置，配合其他稳定性好的清洁供暖方式向用户供暖。太阳能供暖系统主要分为太阳能低温地板福射采暖、太阳能坑、太阳房、太阳能空气采暖系统等。低温地板福射采暖是以一定温度的热水为热媒，通过埋设于地板内的热管加热地板，以辐射散热为主，实现房间采暖，具有热性能稳定、热环境舒适、节能等优点。太阳能供暖多作为其他供暖方式的辅助方式，目前供暖面积较小，同时存在系统初期投资较高，后期维护量较大等问题，有关高性能设备的研发亟待开展。

2.6 推广优质低硫煤和节能环保型炉具

农村地区近80%的居民分散采暖使用传统低效炉具、燃用劣质散煤，造成冬季大气污染严重。国务院《大气污染防治行动计划》就对推广低硫煤和节能环保型炉具有过工作部署。低硫煤与传统烟煤相比，污染物排放量少。同时，低硫媒比普通烟煤节能40%左右，含硫1%以下，尤其含硫0.5%以下、发热量2.1×107J（约5 000 kcal）左右的低硫煤逐步被推广使用。节能环保型燃煤炉具是指热性能和大气污染物排放指标符合民用炉具相关标准的燃煤炉具。节能环保型燃煤炉具由于热效率的提高，燃料使用量可减少20%～30%。加大节能环保炉具的推广使用，并配套燃用清洁煤对治理散煤污染具有重要意义。根据中国农村能源行业协会节能炉具专委会提供的在京津冀地区检测数据显示，节能环保采暖炉具燃煤最佳排放指标为：颗粒物质量浓度15～30 mg/m3、二氧化硫质量浓度31～95 mg/m3、氮氧化物质量浓度81～146 mg/m3，远优于传统型炉具燃煤排放指标（颗粒物质量浓度108～195 mg/m3、二氧化硫质量浓度186～499 mg/m3、氮氧化物质量浓度120～341 mg/m3）。

当然，从技术路线上分析，洁净煤和节能环保炉具只是一种过渡手段，采用补贴方式推广是不可持续的，对生物质能、太阳能等可再生能源也会造成不公平竞争，不利于农村清洁能源的可持续发展。

3 散煤污染治理效果

山西省按照国家和省级有关政策，严格落实散煤治理工作要求，通过多种散煤治理措施实现了污染物较大幅度的减排。2013 年—2017 年燃煤小锅炉的大幅淘汰，实现散煤削减约1 082 万t，按照大气污染源排放清单方法计算[5]，约可减排SO2为18.3万t、PM2.5为2.2 万t、PM10为3.8 万t、NOx为4.1 万t、VOCs 为4.9 万t、CO 为134.5 万t；“煤改气”“煤改电”等清洁能源替代改造工程实施后，全省减少散煤消费量339 万吨左右，约减排SO25.9 万吨、PM2.5为2.2 万t、PM10为2.8 万t、VOCs 为1.2 万t、CO 为47.3 万t，但可能会增加NOx排放量1.4 万t。

4 散煤控制措施的可行性分析

1）散煤污染治理各项污染控制措施环境效益明显。通过比较可以发现，“煤改气”“煤改电”对污染物的削减效果最好，对大气主要污染物的削减率在90%以上，但燃气使用会导致氮氧化物排量增加；除NOx和SO2外，热电联产替代燃煤小锅炉对其他污染物的削减率在90%以上，集中供热削减率在50%以上。可以看出，散煤污染控制的主要手段对污染物的减排幅度较明显，但常常会导致NOx排放量的增加，因此，在未来制定措施时应重点关注燃烧设备NOx减排措施实施情况。

2）解决城市散煤污染的根本途径是集中供热替代，特别是提高热电联产在集中供热中的占比和充分利用工业余热。对于农村地区，由于农村居民分布较分散导致热网建设费用太高且通常没有热电厂等集中热源，基本上可不考虑集中供热；逐步推行清洁能源替代措施，同时需做好气源热源保障、设备安全和成本节约等工作是其主要路径。同时，考虑到山西省作为煤炭能源基地以煤为主的能源结构在短期内难以改变，推广优质低硫煤和使用节能环保炉具，仍需同步开展。