民用煤清潔燃燒是控霾關鍵葛蘇博士：推廣半焦粉型煤或可救急

◎本刊記者 葉曉婷 季天也

?

民用煤清潔燃燒是控霾關鍵葛蘇博士：推廣半焦粉型煤或可救急

◎本刊記者 葉曉婷 季天也

3月23日，北京環宇凈能環保科技有限公司的葛蘇博士，接受《環境與生活》雜志記者采訪。季天也/攝

3月10日，環保部官網發布了兩項征求意見的函，征求意見的對象分別為《民用煤大氣污染排放清單編制技術指南》和《農村散煤燃燒污染綜合治理技術指南》。我國民用燃煤量大面廣，一直是環境管理中的薄弱環節，環保部的文件是否意味著民用煤治理將有標準可依？民用燃煤污染有多大？該如何改進？帶著種種疑問，《環境與生活》雜志記者采訪了北京環宇凈能環保科技有限公司的顧問、PM2.5治理研究專家葛蘇博士。

民用燃煤排污是火電廠百倍

3月23日下午，《環境與生活》雜志記者來到北京市海淀區學院南路68號吉安大廈，見到了北京環宇凈能環保科技有限公司的葛蘇博士，該公司主要從事潔凈型煤的研究與推廣，為北京門頭溝等地提供了民用型煤生產技術。

葛蘇博士長期以來為潔凈型煤的推廣應用四處奔走，不辭辛勞。她1984年出國求學，就讀于美國俄勒岡科技研究生院的環境工程專業。讀碩士期間，她曾給時任中國總理朱镕基寫信，建議中國加大環保力度，朱總理親自回信肯定她的意見，并鼓勵她好好學習、工作。在美國讀大氣環境專業博士時，因為中國大部分大氣污染模式是以煤煙污染為主，葛蘇便開始研究煤的細顆粒物排放問題，尤其對型煤加工和應用的技術特別感興趣。

采訪一開始，葛博士便向記者拋出了一個關于民用燃煤污染程度的驚人數字：“根據清華大學環境學院大氣所的研究，民用燃煤的一次PM2.5排放因子約為燃煤電廠的100倍。”她解釋，排放因子是指燒1公斤煤能排放多少毫克PM2.5，這個因子越高，排放的PM2.5就越多。

近年來，工業燃煤排放控制越發嚴格，民用爐具相形之下問題更為突出，且顆粒物排放無任何控制措施，使得消費量占煤炭消耗總量比例僅3%的民用燃煤，其燃燒所造成的污染占總燃煤排放顆粒物的50%以上。

民用燃煤消費量占煤炭消耗總量比例低于3%，一次PM2.5的排放量卻超過其他燃煤行業。

煙煤價格跳水致京霾加重

煤炭的性質也會影響污染物的排放。未經洗選、未經加工的煤叫“原煤”，按其炭化程度由低到高可分為泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤。葛蘇介紹，煙煤的價格是天然氣的1/4，2012年以來，民用燃煤大多采用煙煤，導致大量PM2.5、二氧化硫、氮氧化物、OC（有機碳，包括多環芳香烴、多氯聯苯等16種有毒污染物）直接排放到空氣中。“為什么2013年1月北京PM2.5爆表了？因為以前北京主要燒無煙煤和無煙型煤，結果從2012年6月開始，煙煤價格突然跳水，從1噸八九百塊降到四五百塊，有更便宜的煙煤，大家就找便宜的供暖、炊事。我們一直在供應北京門頭溝區的潔凈型煤的粘結劑，但是2012年就突然賣不動了。”

為何燒煙煤會造成大面積的霧霾呢？葛蘇解釋，無煙煤的揮發分與水分較煙煤更低，煤中的有機質在一定溫度和條件下，受熱分解后產生的可燃氣體，稱為“揮發分”，它是由各種氮氫化合物、氫、一氧化碳等化合物組成的混合氣體。不完全燃燒主要是揮發分的低燃盡率造成的，所以顆粒物減排需要圍繞揮發性物質的燃燒效率展開。煤炭化程度低的煤，揮發分比較多。如果燃燒條件不適當，揮發分高的煤燃燒時易產生未燃盡的碳粒，俗稱“黑煙”，并產生更多的一氧化碳、多環芳烴類、醛類等污染物，煤炭熱效率降低。

煙煤價格便宜，且容易點著，容易被普通民眾所接受，但燃燒時火焰高而且有煙，污染很嚴重。無煙煤雖然污染低、燃燒時間持久，但儲量較少，僅占全國的10.4%，價格高，約1000元/噸，且普通的民用鍋爐不易點燃，太致密導致燃盡率較低，所以逐利市場上居民基本會主動選擇煙煤。“相對于工業（發電、冶金、化工、醫藥、建材、供熱等）用途燃煤，炊事、取暖等非工業用途的散煤燃燒污染源小而分散，必須實行有效的源頭控制才可能把握整體污染防治工作。”葛蘇博士說，世界衛生組織對民用燃煤的建議是“未處理的原煤不適合作為民用燃料”，這就涉及潔凈型煤的開發利用。

新技術把“粉煤”變成“型煤”

把原煤過篩，篩出大小不等的塊，就是“塊煤”，而直徑小于0.5毫米的煤炭稱為“粉煤”。工業用煤對顆粒度要求比較嚴格，而粉煤（即煤粉）的粒度很不均勻，還得再加工，成本高且不方便，所以在工業上用途很小。

隨著采煤機械化程度不斷提高，粉煤的數量在不斷增長，“挖的煤100噸里約有七八十噸是粉煤，只有二三十噸是塊煤，這是機械化產煤導致的。”葛蘇說，粉煤大量堆積是資源浪費，且污染環境，另外燃用粉煤漏損嚴重，影響鍋爐運行。所以，通過適當的工藝方法，將粉煤加工成具有一定形狀、大小和理化性能的潔凈型煤，可以緩解塊煤數量少、供不應求的局面，同時為粉煤的合理、有效利用開辟技術途徑。

葛蘇介紹，其公司團隊曾參與國家發改委“九五”項目“新型潔凈煤及其環境評價”等科技項目的研究。研究發現，使用型煤代替原煤用于鍋爐燃燒時，接火正常，煤的總熱效率提高了37%，同樣生產1噸蒸汽，節省原煤24.5%，減少了20%的二氧化碳、17%的一氧化碳、63%的二氧化硫排放量，飛灰中所含的碳成分要比原煤燃燒低97%，減少了22%的PM2.5。潔凈型煤把“低效”原煤轉化成“高效”能源，減排原理是，煤燃燒時析出的揮發分被粘土吸附，然后粘土起催化劑的作用，脫除揮發分，使其裂解并燃燒掉。

葛蘇說，他們公司成功開發了“具有突破性的清潔型煤粘結劑及其型煤工藝”，來制造各種潔凈民用型煤。

工業燃煤排放控制越來越嚴格

煙煤與無煙煤“混血兒”有特長

葛蘇博士還說，其公司還開發了特有的民用型煤技術——半焦粉型煤。“將煙煤或褐煤進行低溫干餾，把揮發分提取出來另作別用，如做煤氣和煤焦油，剩下的渣子就是半焦粉末，用這些粉末來做型煤就叫‘半焦粉型煤’。2006年，我們就開始研究適合半焦粉的粘結劑和生產線，并與清華大學環境學院大氣所合作研究其排放機理。”

葛蘇形容“半焦粉型煤”就像煙煤與無煙煤的“混血兒”。清華大學環境學院的試驗表明，它綜合了煙煤的易燃性、燃盡率高、成本較低的優點，又具備無煙煤排放低的優勢。半焦粉的揮發分含量與無煙煤相當，其PM2.5排放因子與無煙煤類似，均遠低于煙煤和褐煤。“電鏡檢查可見半焦粉的空隙非常多，有利于完全燃燒。”

根據清華大學的研究，民用燃煤一次PM2.5排放因子約為燃煤電廠的100倍。

葛蘇認為，煤炭的清潔高效利用需從源頭抓起。

清華大學蔣靖坤教授團隊發現，燃燒半焦粉型煤，多環芳烴等16種有毒物質的排放量比燃燒煙煤削減98.7%，而PM2.5的排放比煙煤減少67倍。若我國全面采用半焦粉型煤替代煙煤和褐煤，大氣能見度將大約提高27%。葛蘇補充道，半焦粉型煤原料是煤煉油和煉煤氣后的副產品，是廢物利用，產量可不斷拓展，價格下降空間也大。

當然，半焦粉型煤也有缺點，其揮發分比無煙煤高兩三個百分點，這也并非無計可施。葛蘇說，清華大學研究發現，增加煤中的灰分——膨潤土的比例，可減少30%～70%的顆粒排放，又能使其成本每噸降低100元。葛博士解釋，膨潤土在這里起了“骨架”的作用，它使煤更分散，像增加了毛細管，有助于更充分燃燒，揮發分也更容易去除。“型煤中灰分越小的煤，排放因子越高，PM2.5排放量越大。而市場上有些煤號稱是‘低硫低灰潔凈煤’，殊不知排放量更大。”

葛蘇指出，我國目前潔凈型煤的標準基本根據煤質的靜態狀態判斷，而不是根據煤燃燒時的排放動態。“低硫低灰并不是清潔煤的標志，清潔煤的標志主要應看在燃燒狀態下的排放情況。世衛組織要求根據排放來考慮PM2.5及一氧化碳的排放水平，有必要用PM2.5排放來鑒定潔凈型煤的排放標準。”

她還談到，半焦粉型煤有個問題就是不好成型，她介紹，其團隊研發多年的粘接劑可以解決這個難題，粘接劑原材料都來自農作物的副產品，是無毒的有機物，會參與燃燒。

京津冀可試點推廣半焦粉型煤

據葛博士介紹，半焦粉型煤并不是新技術。“20世紀70年代開始，我國就搞了3回研究，但也垮了3回。這個東西不簡單，要滿足民眾的要求和工業要求，都不容易，以前的研發不注重個性化，后來就垮了。我們這些年比較重視個性化。比如京煤集團最近給我們送來5種樣品，要我們找出適合各自的粘結劑，既滿足北京市的型煤要求，還要滿足京煤集團的要求：防潮、防曬、掉渣少、不結焦……滿足客戶的要求才能推得動。”

葛蘇認為，半焦粉型煤技術的研發成功，與當前的環境形勢息息相關。“因為霧霾太重了，有環保方面的動力，另外，現在煤炭產能過剩，他們也就不得不考慮升級換代、提高檔次。”

在葛博士看來，民用燃煤的顆粒物減排，需要同時考慮環境收益和經濟成本，尋找二者的最佳“交叉點”。據市場調研，每噸半焦粉型煤賣到北京約七八百塊錢，略高于煙煤，低于無煙塊煤和無煙型煤。民眾一旦嘗到半焦粉型煤的好處，就可以通過市場行為來遏制煙煤的民用。

她建議，在未能全面推廣半焦粉型煤前，可以選擇民用燃煤顆粒物污染的重點區域——京津冀優先試點推廣，以檢驗減排效果。當前，半焦粉型煤年產量約為民用消耗量的一半，只要國家政策略做推動，我國中低溫干餾工業逐年增加，其工業副產品半焦粉的產量在未來將能滿足所有民用燃煤的需求。

傳統正燒爐與反式燃燒爐對比

民用燃煤消費量及其PM2.5排放占比

她還指出環保部近期公布的《民用煤大氣污染排放清單編制技術指南》（征求意見稿） “只主張用型煤，‘半焦粉’卻一個字也沒提。”她表示自己將對這份指南提出相應意見。

在葛蘇看來，民用燃煤的顆粒物減排，需同時考慮環境收益和經濟成本，尋找二者的最佳“交叉點”。

推廣清潔煤最好單個部門負責

民用爐具的燃燒效率也是影響燃煤一次顆粒物排放的重要因素。我國有不少民用爐具的熱效率低于20%。民用燃煤不僅要改善所用煤的質量，還應改用更科學的好爐具。

葛蘇博士介紹，“石家莊買了10萬臺反式燃燒爐推廣民用，但民眾燒的仍是低硫低灰的煙煤，只能減排10%～20%左右。如果采用反式爐與半焦粉型煤結合，則能減排95%以上。”葛蘇說，在不能用天然氣等清潔能源替代燃煤的地區，通過控制民用散煤質量，或提高民用爐具燃燒技術，對減排都是有益的。

最后她還建議，推廣清潔煤最好統一到某一個部門，便于協調。“河北目前是農業局搞爐具推廣，發改委搞清潔煤補貼，應該放在一個部門統籌為好。”

本欄目責編/鄭挺穎 zhengtingying@vip.163.com

中國歷史煤炭消費量與年均灰霾天數