近年來，我國空氣霧霾天氣頻發(fā)，空氣污染嚴重，這已經(jīng)成為了我國最嚴重、最亟需解決的環(huán)境問題之一。為了減輕北方城鎮(zhèn)的供熱采暖對空氣霧霾天氣的影響，可采用高效環(huán)保的采暖方式替代傳統(tǒng)的燃煤采暖?？諝庠礋岜玫某霈F(xiàn)，在節(jié)約能源的同時，更避免了污染物的直接排放，它的推廣和應用將緩解空氣霧霾天氣的現(xiàn)狀。

 

　　我國采暖方式和技術(shù)形式種類繁多。其中，按照熱源燃料的不同，可以分為燃煤、燃油、燃氣及電動采暖方式。本文將對燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、電鍋爐、太陽能電采暖、空氣源熱泵等幾種采暖方式在制熱量相同時消耗的能源以及產(chǎn)生污染物的排放量進行比較。

 

 

 

　　圖 | 在北京的“清潔空氣計劃”和“煤改電”推動下，密云某村200多戶大量改用空氣源熱泵采暖。圖片由本微記者原創(chuàng)拍照。

 

　　單位能源消耗的污染物排放量

 

　　供熱系統(tǒng)的能源消耗是造成大氣污染的主要來源之一，它對環(huán)境和大氣的污染主要有直接污染和間接污染2種形式。直接污染是指各種燃料燃燒所排放的污染物，主要有煙塵、SO2、NOx 和CO2等。另外，電力采暖雖然沒有直接的污染，但由于我國70%以上的電力為燃煤發(fā)電，故仍存在著間接污染。

 

　　表1  各種燃料消耗時的污染物排放量 

 

　　各種燃料消耗時的污染物排放量取值依據(jù)：

 

　　(1)標煤：以鏈條爐為例，煙塵占灰分的25%，平均灰分為20%，除塵率按85%計算，煙塵中的可燃物取20%，則1 tce 可排放7.5 kg 煙塵；國家規(guī)定標準煤的含硫量為1%，則1 tce 可排放16 kg SO2；氮的含量取1.5%，氮的轉(zhuǎn)化率取25%，則替代1 tce 可排放7.6 kg NOx；1 tce 完全燃燒產(chǎn)生CO2 量為2.62 t。

 

　　(2)輕柴油和天然氣的粉塵、SO2 和NOx 的排放指標是根據(jù)GB13271—2001《中華人民共和國國家標準鍋爐大氣污染物排放標準》的達標值計算，CO2 排放指標是燃料一般利用技術(shù)條件下的統(tǒng)計平均值。

 

　　(3)由表1 分析可見，發(fā)電廠的污染物排放量遠小于直接的煤炭燃燒的排放量。究其原因，則是利用大型和特大型鍋爐發(fā)電一般都會進行脫塵、脫硫和脫氮等處理后再排放，而這些措施在自備鍋爐房和區(qū)域鍋爐房等中小型鍋爐中燃燒就很難做到，或者成本很高。

 

　　同時，我國廣大農(nóng)村地區(qū)散煤燃燒所造成的污染更為嚴重。就我國現(xiàn)狀而言，電力是最能清潔利用煤炭的部門。因此，將煤炭用于大型、特大型鍋爐中燃燒發(fā)電，并在工程中推廣空氣源熱泵這種高效的間接電采暖技術(shù)的應用，能有效地改善由于冬季燃料燃燒所產(chǎn)生的空氣霧霾現(xiàn)狀。

 

　　供熱狀態(tài)下污染物排放量分析

 

　　表2 列出了制備1000 kW 熱量時各種熱源的能耗情況和環(huán)境污染情況。為了方便比較各方案運行能耗，將各能源轉(zhuǎn)換成等價標煤。各方案的能源熱值、設備熱效率以及各能源的折標煤系數(shù)見表2。其中，當量折標系數(shù)是按照燃料的當量熱值(理論發(fā)熱量)與標準煤發(fā)熱量之比；等價折標系數(shù)是指二次能源的等價熱值與標準熱值之比。

 

　　表2 各種采暖方式的能耗比較

 

　　圖2 是各種方案的量化比較結(jié)果。由表2、圖2 可以看出，在制取相同熱量時，6 種采暖方式中空氣源熱泵方式的能耗最少。若換算成等價標煤，空氣源熱泵比燃煤鍋爐節(jié)省標煤69.04 kg，約36.5%。

 

　　圖2 不同采暖方式能耗對比

 

　　根據(jù)表2 計算出的制熱量下各燃料能耗量以及表1 中單位能耗污染物排放量得出表3，即各種供熱方式在制取相同熱量是產(chǎn)生的污染物總量。

 

　　表3 相同熱量污染物排放量

 

　　由表3 可以看出，空氣源熱泵的污染排放總量與燃氣鍋爐相差不大，但遠遠小于以電能為能源的其他幾個供熱方案。同樣制取1000 kW 熱量，空氣源熱泵的污染物排放，與燃煤鍋爐相比，減少90.6%的煙塵、29.5%的SO2、46.2%的NOx、53.2%的CO2；與電鍋爐相比，相當于減少68.3%的煙塵、SO2、NOx、CO2 的排放。

 

　　如果電能不采用燃煤電，而采用清潔能源發(fā)電，如核電、水力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電或者風力發(fā)電，空氣源熱泵采暖必定為環(huán)保效益最佳的方案。