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世界气象日最新信息：京城雾霾成因新解
——天然气锅炉排烟是加剧京城灰霾天气的重要原因
2013年1月份，北京持续严重雾霾天气引起了社会的广泛关注和各级领导的高度重视，对于雾霾天气的成因、危害后果和治理措施也是众说纷纭，莫衷一是。气象、环保等部门从专业角度和主、客观原因进行剖析;专家、学者从理论上进行论证;舆论、媒体以及有识之士积极献计献策，燃煤锅炉、汽车尾气、工业排污和扬尘成为众矢之的。然而，由于天然气锅炉排烟造成的局部空气水汽的增加和氮氧化物污染对雾霾天气的影响却被人忽视，没有研究成果和相关的报道。我经过多年来对燃气锅炉烟气余热及冷凝水回收的研究和气象资料的分析，得出初步结论：天然气锅炉排烟是造成北京地区“丰富水汽”主要来源，是加剧灰霾空气的“帮凶”，同时也揭示北京发展天然气是双刃剑，既有清洁能源的一面，又有排放水汽的负面影响和氮氧化物的污染。在此基础上，我还提出了解决此问题的方法和技术。期望引起有关部门和领导的关注。
天然气锅炉排烟中的水汽是“丰富水汽”主要来源
2013年2月份公布的中科院“大气灰霾追因与控制”专项组研究结果表明，北京1月份的强雾霾天气事件是一次自然因素和人为因素共同作用的事件：1.异常天气形势;2.中东部大气稳定;3.人为污染排放、浮尘;4.丰富水汽共同作用的结果。并定性为：丰富水汽是灰霾空气形成的帮凶。从公开的资料看，该项研究没有进一步分析“丰富水汽”的来源，除了异常天气的气象因素外，有没有人为的成分?我认为，只有弄清水汽的来源，才能有的放矢地采取措施。本文将揭开这个人为因素的谜团。
众所周知，天然气的主要成分是甲烷(CH4)，燃烧后生成二氧化碳和水。1立方米的天然气可生成1.55公斤的水。据了解，北京市2012年采暖季消耗60亿立方米天然气，平均每天消耗5000万立方米。严寒的1月份，每天消耗6000万~7000万立方米。也就是说，1月份每天要有10万吨以上的水排放到北京五环路以内的空中。这还没有计算工业、热电、汽车、家庭和公共服务等用户消耗的天然气(约占总消耗量的45%)。仅仅是采暖锅炉释放的水汽就相当于在这个区域(1000平方公里)内每天有0.1毫米以上的降雨量，足以把空气湿度增加20~40个百分点。而且大多数燃气锅炉的烟筒高度在8米以下，烟气低空排放，水汽和污染物难以扩散，对大气环境的影响可想而知。据了解，北京双榆树供热厂是世行贷款的环保项目，装机696MW，供热面积1200万平方米，当其满负荷运行时，每天要向空中排放2848吨水。在1月份雾霾天气时，每天的排水量足以使周边47平方公里范围的50米高度内空气湿度接近饱和。如果两三天内没有流动空气的干扰和扩散，将有100平方公里(约占北京主城区的1/10)的范围深受其害。因此，当其他主客观因素都具备的情况下，这些水汽就是形成和加剧雾霾天气的关键因素，这就是起到了“帮凶”的作用，也是北京中心城区雾霾比周边地区严重的原因所在。自2001年来，北京的天然气用量以20%的增长速度发展，根据北京“十二五”规划期间燃气发展规划，到2015年，天然气的用量将达到180亿立方米。采暖期消耗的天然气是110亿立方米，将向空中排放1700万吨水，其后果不堪想象。
冬季采暖期天然气锅炉是京城空气的加湿器
根据对北京市13个气象观测站的资料分析，采暖期间城区和近郊区的夜间0点至5点(可以基本排除其他的人为影响)时段的空气湿度的变化与正常空气湿度随温度变化的数值相差15%~20%;特别是在静风和同温的情况下，空气的相对湿度仍然呈上升趋势，中心城区尤为明显。对观测资料研究发现，在相同气温时，中心城区比远郊区的空气相对湿度高20个百分点，这证明了空气中20%的水汽来源就是燃气锅炉。更直接的证据是，3月18日零点，北京市停止供暖，燃气锅炉停止运行，各个气象观测站显示的空气相对湿度在零点之后集体跳水，从80%左右急剧降到20%，说明天然气锅炉排烟道中的水汽对北京城区空气湿度的影响是至关重要的因素，特别是在促进灰霾空气形成的作用是不可忽视的。
天然气锅炉氮氧化物排放的问题
在社会的宣传和人们的心目中，天然气是清洁能源，排放无污染，这是一个认识误区。天然气锅炉的氮氧化物排放标准是100 mg/m3，而燃煤锅炉的排放标准是200 mg/m3。现实情况是，由于供热面积不断增加，在煤改气的过程中消灭了一个燃煤锅炉，增加了2~3个燃气锅炉，其结果是氮氧化物的排放不减反增，通过煤改气减排氮氧化物成了一句空话。另外，调查资料显示，现有的燃气锅炉，5%~8%左右超标排放，60%以上的锅炉虽然达标但其氮氧化物排放超过60 mg/m3，有的达到80 mg/m3以上，因此，数量庞大的天然气锅炉仍然是北京市区氮氧化物的重要污染源。令人担忧的是，截至目前，有关部门对此认识不足，减排氮氧化物的目标始终对准燃煤锅炉和汽车尾气，从没有提及燃气锅炉这个排放大户，也没有针对中小型的燃气锅炉减排氮氧化物的技术和行政措施。
解决之道
我们知道，重要的不是提出问题而是提出解决问题的办法。针对上述的问题，我经过5年的艰难困苦，潜心钻研，终于完成了“燃气锅炉烟气余热(低品位)利用与空气源热泵联合供热节能技术”的研究并付诸实践。这项技术可以在回收锅炉烟气余热的同时将90%以上水蒸气冷凝回收成为水资源再利用，可实现在没有环保投资的情况下取得环保效益，有效地缓解灰霾空气的形成。
“燃气锅炉烟气余热(低品位)利用与空气源热泵联合供热节能技术”研究的初衷是为了解决空气源热泵在北方地区冬季运行的问题，但是在实践中，发现这项技术还兼有节能、减排、节水等经济、环境和节水效益。特别是通过烟气中冷凝水的回收减少了氮氧化物的排放，可以缓解冬季采暖期由于燃气锅炉排烟对雾霾天气的影响。
该项技术于2012年7月4日被中国知识产权局授予发明专利权，2012年6月列入北京市发改委等七部门联合发布的《北京市2012年节能低碳技术产品目录》。
世界气象日最新信息：针对上述的问题，我经过5年的艰难困苦，潜心钻研，终于完成了“燃气锅炉烟气余热(低品位)利用与空气源热泵联合供热节能技术”的研究并付诸实践。
