世界氣象日最新信息：京城霧霾成因新解
重要的不是提出問題而是提出解決問題的辦法。
世界氣象日最新信息：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
2017年1月份，北京持續(xù)嚴(yán)重霧霾天氣引起了社會的廣泛關(guān)注和各級領(lǐng)導(dǎo)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(jìn)行剖析;專家、學(xué)者從理論上進(jìn)行論證;輿論、媒體以及有識之士積極獻(xiàn)計獻(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霧霾天氣的影響卻被人忽視，沒有研究成果和相關(guān)的報道。我經(jīng)過多年來對燃?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
2017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;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2017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，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(nèi)空氣濕度接近飽和。如果兩三天內(nèi)沒有流動空氣的干擾和擴(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2017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?xì)獍l(fā)展規(guī)劃，到2017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(diǎn)至5點(diǎn)(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常空氣濕度隨溫度變化的數(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(yuǎn)郊區(qū)的空氣相對濕度高20個百分點(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，各個氣象觀測站顯示的空氣相對濕度在零點(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(rèn)識誤區(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燃煤鍋爐，增加了2~3個燃?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)部門對此認(rèn)識不足，減排氮氧化物的目標(biāo)始終對準(zhǔn)燃煤鍋爐和汽車尾氣，從沒有提及燃?xì)忮仩t這個排放大戶，也沒有針對中小型的燃?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排煙對霧霾天氣的影響。
該項(xiàng)技術(shù)于2017年7月4日被中國知識產(chǎn)權(quán)局授予發(fā)明專利權(quán)，2017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2017年節(jié)能低碳技術(shù)產(chǎn)品目錄》。