民用方型蜂窩煤燃燒采暖的減排效果及經(jīng)濟(jì)性分析

李志敏，焦銘澤，PRABIN Shrestha，劉 誠(chéng)，薛春瑜，劉廣青

(1.北京化工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，北京 100029；2.內(nèi)蒙古鑫泓慶能源科技發(fā)展有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010100)

0 引 言

隨著《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017—2021年)》的推進(jìn)，煤改氣、煤改電等清潔取暖形式取得了顯著效果。同時(shí)，在推進(jìn)清潔取暖進(jìn)程中也面臨一些挑戰(zhàn)。對(duì)于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、居住較集中的城鎮(zhèn)來說，改變傳統(tǒng)的燃煤取暖方式，實(shí)現(xiàn)集中供暖相對(duì)比較容易。同時(shí)由于投入成本高、取暖效果差、財(cái)政補(bǔ)貼難以持續(xù)以及農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件、資源稟賦與居民生活習(xí)慣等諸多原因，在部分居住分散的欠發(fā)達(dá)農(nóng)村地區(qū)實(shí)現(xiàn)清潔供暖困難重重。當(dāng)前我國(guó)清潔取暖背景下，大部分農(nóng)村地區(qū)仍以燒散煤取暖為主，煤改氣、煤改電等新型清潔能源替代煤的取暖形式在農(nóng)村地區(qū)的實(shí)際推廣效果并不理想[1]。我國(guó)北方農(nóng)村地區(qū)居民冬季大量使用燃煤分散取暖，排放大量污染物，危害環(huán)境和人體健康[2-3]。散煤污染嚴(yán)重的根源在于無法實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用。從我國(guó)能源格局、能源基礎(chǔ)及配套設(shè)施條件、居民采暖習(xí)慣和需求等角度出發(fā)，我國(guó)農(nóng)村地區(qū)推廣使用低成本-低排放的潔凈型煤替代散煤仍是現(xiàn)階段我國(guó)實(shí)現(xiàn)農(nóng)村清潔取暖最經(jīng)濟(jì)有效的舉措之一[4]。

潔凈型煤可以顯著降低大氣污染物排放，是改善農(nóng)村地區(qū)清潔取暖的現(xiàn)實(shí)有效途徑之一[5]。目前各地在潔凈型煤應(yīng)用和推廣實(shí)施過程中，主要推廣的潔凈型煤包括煤球、蘭炭和無煙煤等。煤球存在點(diǎn)火困難、燃盡率低等問題；而蘭炭、無煙煤資源較少、價(jià)格較高，居民對(duì)政府補(bǔ)貼依賴性大。此外，由于居民使用的傳統(tǒng)民用燃煤爐質(zhì)量與性能參差不齊、熱效率低、燃煤燃燒特性與爐具設(shè)計(jì)不匹配問題普遍存在，目前潔凈煤實(shí)際推廣使用區(qū)域減排效果并不明顯[6-7]?，F(xiàn)行的燃料適配爐具在應(yīng)用中面臨諸多挑戰(zhàn)。因此，尋找合適的清潔燃料和配套爐具是解決上述問題的關(guān)鍵。

蜂窩煤燃燒機(jī)理主要通過多個(gè)通風(fēng)孔發(fā)生，具有減排潛力[8-10]。前人關(guān)于蜂窩煤的研究多集中在圓柱形蜂窩煤上，居民實(shí)際取暖中常見蜂窩煤也為圓柱形，煤餅厚度為70 mm，一般為12孔或19孔。然而實(shí)際取暖中發(fā)現(xiàn)，多個(gè)圓柱形蜂窩煤上下堆積時(shí)，蜂窩煤的通風(fēng)孔不易對(duì)齊，影響燃燒時(shí)空氣供給導(dǎo)致燃燒效果不佳。為解決上述問題，可將居民常用圓柱形蜂窩煤改成方形結(jié)構(gòu)，通過四角定位，確定各蜂窩間通風(fēng)孔的定位。這些固定的多孔結(jié)構(gòu)加大了氣-固反應(yīng)面積，促進(jìn)燃料充分燃燒，且可以隨時(shí)調(diào)整用火面積，方形結(jié)構(gòu)也便于使用和加工運(yùn)輸。方型蜂窩煤作為一種成本較低的新型民用型煤，其燃燒排放相關(guān)研究較少，實(shí)際應(yīng)用缺乏系統(tǒng)評(píng)估。王晨龍等[11]、張道明[12]研究了幾種方型蜂窩煤的排放特征，僅考慮煤質(zhì)成分和不同操作階段對(duì)污染物排放特征的影響，對(duì)其燃燒機(jī)理和配套爐具內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響缺乏系統(tǒng)分析。此外，關(guān)于蜂窩煤的研究大多以基于稀釋通道法的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試為主，實(shí)驗(yàn)室污染測(cè)試結(jié)果能反映排放規(guī)律，但無法真實(shí)反映民用爐具的性能與污染排放情況，其性能與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果偏差較大。燃料特性、爐具和運(yùn)行工況等都會(huì)影響蜂窩煤燃燒污染物的排放特性，在不同燃燒場(chǎng)景下污染物排放濃度差異極大，因此有必要對(duì)其影響因素進(jìn)行系統(tǒng)研究。

針對(duì)上述問題，筆者通過模擬居民實(shí)際使用工況，研究了內(nèi)蒙古呼和浩特某地區(qū)研發(fā)和推廣的2種方型蜂窩煤的污染排放特征，分析了燃料特性、爐具結(jié)構(gòu)及操作方式對(duì)污染物排放的影響，以散煤為基準(zhǔn)對(duì)減排效果和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估。本研究有助于為我國(guó)暫不具備新型清潔能源取暖方式替代條件的北方地區(qū)清潔取暖新技術(shù)開辟路徑，為方型蜂窩煤及其配套專用爐具規(guī)?；M(jìn)入市場(chǎng)提供理論支撐。

1 試 驗(yàn)

1.1 測(cè)試燃料與爐具

試驗(yàn)燃料選用內(nèi)蒙古鑫泓慶能源科技發(fā)展有限公司研發(fā)的無煙煤方型蜂窩煤、煙煤方型蜂窩煤以及當(dāng)?shù)赝茝V的散煤，以新疆褐煤為主。3種燃料的工業(yè)分析和元素分析見表1。

表1 燃料的工業(yè)分析和元素分析

方型蜂窩煤專用爐具結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用橫向推進(jìn)式進(jìn)料，配有三次供風(fēng)口，空氣從爐膛底部的通風(fēng)口進(jìn)入。散煤爐具采用居民常用的傳統(tǒng)直燃爐具和改進(jìn)爐具，改進(jìn)爐具相對(duì)于傳統(tǒng)直燃爐具配有二次供風(fēng)。

圖1 方型蜂窩煤專用爐具結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)設(shè)置4種爐具與燃料的組合：① 方型蜂窩煤專用爐具+無煙煤方型蜂窩煤(Spe.+AHB)；② 方型蜂窩煤專用爐具+煙煤方型蜂窩煤(Spe.+BHB)；③ 散煤傳統(tǒng)爐具+散煤(Tra.+XRC)；④ 散煤改進(jìn)爐具+散煤(Imp.+XRC)。

1.2 樣品采集與檢測(cè)

本研究基于煙道直接采樣法的測(cè)試系統(tǒng)，采用分階段測(cè)試法，對(duì)點(diǎn)火、添煤、旺火和封火等不同燃燒典型階段來模擬用戶使用全過程。

煙氣樣品采集系統(tǒng)主要由顆粒物收集裝置和氣態(tài)污染物收集監(jiān)測(cè)裝置2部分組成，如圖2所示。使用真空泵(嶗應(yīng)3072型)以1.5 L/min恒定流量采集煙氣，通過旋風(fēng)切割器將煙氣中PM2.5分離后收集到石英濾膜上。同時(shí)，使用德國(guó)MRU GmbH公司的多功能型煙氣分析儀(MRU NOVA PLUS)在線檢測(cè)煙氣中氣態(tài)污染物NOx、CO、CO2的實(shí)時(shí)質(zhì)量濃度和煙溫，采樣流量為1.0 L/min。真空泵及顆粒物檢測(cè)儀采樣前后均使用美國(guó)A.P.Buck公司的M-30皂膜流量計(jì)標(biāo)定。

圖2 采樣系統(tǒng)示意

用于采集顆粒物的濾膜提前在溫度450 ℃馬弗爐中焙燒6 h，恒溫恒濕24 h稱重，前后2次稱量誤差不超過0.000 05 g。每個(gè)燃燒測(cè)試完畢后及時(shí)更換新濾膜，采樣后濾膜遮光保存。

為研究3種燃料的固硫情況，測(cè)試其固硫率。在相應(yīng)爐具中加入適量煤，燃燒前稱重煤。點(diǎn)火后約30 min達(dá)到大火階段，燃燒10 h左右封火，第2天稱量煤灰質(zhì)量，并對(duì)煤灰進(jìn)行元素分析，獲得固硫率。

1.3 試驗(yàn)指標(biāo)

燃料燃燒過程中排放的PM2.5質(zhì)量濃度可依據(jù)采樣前后濾膜質(zhì)量差值和煙氣流量計(jì)算得出；氣體污染物質(zhì)量濃度由多功能型煙氣分析儀實(shí)時(shí)記錄。

煙氣中污染物排放因子采用碳平衡法[13]計(jì)算。原理是燃料燃燒過程中消耗的碳總量等于以氣態(tài)和顆粒物形式排出的碳總量。已有研究表明，95%以上的碳排放轉(zhuǎn)化為CO2和CO，其余顆粒物和CH4等有機(jī)排放物中的碳轉(zhuǎn)化在計(jì)算中可忽略。煙氣中目標(biāo)污染物的排放因子為

(1)

式中，EF(X)為煙氣中目標(biāo)污染物基于燃料質(zhì)量的排放因子，g/kg；Cf為燃料中的碳質(zhì)量，g；Ca為燃盡灰渣中的碳質(zhì)量，g；K為不完全燃燒系數(shù)，是排放物CO中碳與排放物CO2中碳的質(zhì)量比，無量綱；M為燃料質(zhì)量，kg；fC-CO2為燃煤中碳轉(zhuǎn)換為CO2的轉(zhuǎn)化系數(shù)，為CO2與碳的摩爾質(zhì)量比，無量綱；Cm(x)為煙氣中目標(biāo)污染物質(zhì)量濃度，mg/m3；Cm(CO2)為煙氣中CO2質(zhì)量濃度，mg/m3。

固硫率R計(jì)算公式為

(2)

式中，SA為煤燃燒后灰渣的全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；A為煤燃燒后灰渣質(zhì)量，g；SC為煤燃燒前的全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；C為煤燃燒前質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 污染物排放特征

污染物實(shí)時(shí)排放濃度監(jiān)測(cè)有助于了解燃料燃燒過程污染物排放變化趨勢(shì)。采用分階段測(cè)試方法，實(shí)時(shí)測(cè)試4種爐具與燃料組合方式的污染物質(zhì)量濃度，如圖3所示。

圖3 不同爐具燃料組合污染物實(shí)時(shí)質(zhì)量濃度

由圖3可知，3種燃煤在相應(yīng)爐具燃燒產(chǎn)生的污染物排放濃度發(fā)生明顯變化。同種燃料在不同燃燒階段污染物排放趨勢(shì)不同，不同燃料在相同燃燒階段污染物排放特征大致相同。整個(gè)燃燒過程中，方型蜂窩煤專用爐具燃燒穩(wěn)定，污染物排放濃度波動(dòng)較小，而使用傳統(tǒng)爐具燃燒散煤的污染物排放濃度波動(dòng)較大。

在點(diǎn)火階段，4種爐具燃料組合的CO質(zhì)量濃度達(dá)到峰值，這是由于點(diǎn)火初期爐膛溫度較低，燃料處于不完全燃燒(加熱和部分熱解)階段，CO排放較高，隨著燃燒強(qiáng)度增加和時(shí)間推移CO排放量緩慢減少。在旺火階段，燃燒越來越充分，CO質(zhì)量濃度降低，同時(shí)CO2質(zhì)量濃度增加。旺火階段爐膛溫度越來越高，燃料在高溫、富氧條件下燃燒，NOx質(zhì)量濃度急速上升達(dá)到峰值。

在封火階段，由于爐門關(guān)閉，爐膛內(nèi)供氧不足，不充分燃燒使得CO質(zhì)量濃度小幅回升，最后由于燃料燃盡，NOx和CO2質(zhì)量濃度逐漸下降。該研究燃煤爐具排放特征與LI等[14]研究一致。

基于4種燃料爐具組合類型的污染物實(shí)時(shí)質(zhì)量濃度，計(jì)算了其以燃料質(zhì)量為基準(zhǔn)的污染物排放因子，如圖4所示。

圖4 不同爐具燃料組合污染物排放因子

由圖4可知，無煙煤方型蜂窩煤和煙煤方型蜂窩煤基于單位燃料質(zhì)量的PM2.5排放因子分別為0.09 和0.43 g/kg、CO排放因子為51.61和38.35 g/kg、NOx排放因子為0.72和0.63 g/kg。從整體看，2種方型蜂窩煤燃燒的3種污染物的排放因子均小于散煤，減排效果顯著。方型蜂窩煤相對(duì)于散煤的PM2.5排放因子降低了79.62%～96.58%；CO排放因子降低了84.35%～89.56%；NOx排放因子降低了46.27%～65.19%。與無煙煤方型蜂窩煤相比，煙煤方型蜂窩煤的PM2.5排放因子是其4.78倍，可見無煙煤方型蜂窩煤PM2.5排放顯著降低；而煙煤方型蜂窩煤的CO和NOx排放因子分別為無煙煤方型蜂窩煤的74.31%、87.50%，可見煙煤方型蜂窩煤的CO和NOx減排效果較好。對(duì)于散煤來說，在2種爐具中燃燒3種污染物排放因子相差不大，說明散煤搭配改進(jìn)爐具的污染物減排效果不明顯。

對(duì)比分析了文獻(xiàn)中與本文性質(zhì)相似的燃料在不同爐具中燃燒的污染排放結(jié)果，具體見表2。

表2 前人研究污染物排放因子結(jié)果

對(duì)比表2和圖4可知，上述文獻(xiàn)得到的蜂窩煤的3種污染物排放因子與本研究試驗(yàn)結(jié)果略有差異。王晨龍等[11]、張道明[12]采用直接采樣法測(cè)試了內(nèi)蒙古呼和浩特推廣的幾種方型蜂窩煤，其測(cè)試爐具與本研究選自同一地區(qū)的蜂窩煤反燒爐具，爐具結(jié)構(gòu)差異不大，由于其選用的燃料含氮量略高于本研究，故NOx排放因子高于本研究。反燒爐可使整個(gè)燃燒過程中燃料揮發(fā)分充分燃燒，提高N元素向燃料型NOx的轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致PM2.5排放減少，NOx釋放量增大，因此PM2.5排放因子低于其他研究，NOx排放因子高于其他研究。郝國(guó)朝等[15]、陳國(guó)偉等[16]、梁云平等[17]采用稀釋通道系統(tǒng)對(duì)蜂窩煤排放進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)不僅爐具結(jié)構(gòu)造成PM2.5排放增高，測(cè)試方法也導(dǎo)致PM2.5排放因子與本研究的差異。GE等[18]測(cè)試的蜂窩煤的PM2.5排放因子與本研究相近，燃料是否充分燃燒是影響CO排放量的主要因素。CHEN等[19]采用的爐具為最傳統(tǒng)的未改進(jìn)的煤爐，導(dǎo)致其PM2.5和CO排放遠(yuǎn)高于本研究，其余文獻(xiàn)在實(shí)測(cè)過程中使用的爐具均為改進(jìn)的較清潔的蜂窩煤專用爐具，即使燃燒方式不同，也可保證燃料在爐具內(nèi)盡可能充分燃燒，故CO排放因子相差不大。本研究中，無煙煤方型蜂窩煤的PM2.5排放因子低于上述研究，上述研究所測(cè)試燃料的揮發(fā)分相差不大，可見將蜂窩煤由圓柱形改為方形以及本研究中方型蜂窩煤專用爐具的獨(dú)特結(jié)構(gòu)可有效降低顆粒物排放，無煙煤方型蜂窩煤相比于煙煤方型蜂窩煤對(duì)方型蜂窩煤專用爐適應(yīng)性更好，PM2.5減排潛力更高。

2.2 污染排放影響因素分析

方型蜂窩煤專用爐具采用長(zhǎng)方形燃燒室結(jié)構(gòu)、橫向推進(jìn)燃燒方式，三次進(jìn)風(fēng)供氧設(shè)計(jì)，使燃料的干燥預(yù)熱、揮發(fā)分析出、固定碳燃燒、燃盡成渣等燃燒過程更充分、可控、穩(wěn)定。方型蜂窩煤采用上點(diǎn)火燃燒方式，可使干燥預(yù)熱、熱裂解產(chǎn)出的揮發(fā)分和可燃?xì)怏w，在二次、三次配風(fēng)的作用下完全燃燒。

上點(diǎn)火方式使方型蜂窩煤燃燒時(shí)從上到下逆向燃燒，而后轉(zhuǎn)為由下往上順向燃燒。當(dāng)蜂窩煤的上方成功引燃后，經(jīng)二次風(fēng)、三次風(fēng)助燃，很快產(chǎn)生了一個(gè)燃燒劇烈的空氣高溫層。高溫層因熱傳導(dǎo)逐漸由上向下移動(dòng)，對(duì)蜂窩煤本體溫度提升有積極影響。高溫層向下傳熱點(diǎn)燃了下一層蜂窩煤，產(chǎn)生了大量揮發(fā)分和可燃性氣體。同時(shí)，由于一次風(fēng)從爐底經(jīng)過蜂窩煤孔道發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)煤體燃燒到一定程度，高溫層會(huì)在蜂窩煤間橫向傳遞，增加了燃燒反應(yīng)的停留時(shí)間，這是燃燒更充分的主要原因。故在高溫層向下移動(dòng)傳熱的作用下，發(fā)生了蜂窩煤橫向和縱向的混合燃燒，先析出大量揮發(fā)分，后發(fā)生以燃燒固定碳為主、部分可燃性氣體為輔的反應(yīng)。高溫層移動(dòng)到底層時(shí)，在一次風(fēng)的作用下，燃燒更充分。高溫層由于熱對(duì)流又逆向從下往上蔓延燃燒，這時(shí)固定碳幾乎燃盡，直至頂部固定碳燃盡為止，整個(gè)燃燒過程停止。

方型蜂窩煤燃燒各類污染物減排效果影響因素分析：揮發(fā)分含量、析出速度和燃燒方式是影響PM2.5污染物排放的關(guān)鍵因素[20]。大多數(shù)顆粒物質(zhì)及其碳成分可能來源于煤中揮發(fā)性化合物的不完全燃燒。揮發(fā)分析出控制PM2.5排放，2種方型蜂窩煤的揮發(fā)分均低于散煤，無煙煤方型蜂窩煤的揮發(fā)分低于煙煤方型蜂窩煤。煤中揮發(fā)分含量降低和加入黏結(jié)劑會(huì)導(dǎo)致煤粒之間的黏結(jié)指數(shù)增加，減少燃燒過程中顆粒物排放[21]。同時(shí)方型蜂窩煤專用爐具的橫向平推式進(jìn)料方式使方型蜂窩煤在爐膛中排成2層，且堆積的蜂窩煤間具有通暢的通風(fēng)孔，可以達(dá)到上下煤層同步燃燒，不僅加大了氣-固反應(yīng)面積，還延長(zhǎng)了揮發(fā)分的停留時(shí)間，促進(jìn)了燃料充分燃燒。因此，相比散煤搭配散煤爐具、方型蜂窩煤搭配專用爐具的PM2.5排放因子更低。散煤改進(jìn)爐具相對(duì)于傳統(tǒng)爐通風(fēng)效果更好，揮發(fā)分燃燒更充分，故散煤改進(jìn)爐具后相對(duì)于傳統(tǒng)爐具的PM2.5排放因子低。同時(shí)，一部分燃料即將耗盡時(shí)，用戶可將爐箅向前推進(jìn)，蜂窩煤側(cè)向燃燒以引燃下一組，使得燃盡的爐渣與燃料橫向分離，減少了燃燒過程中對(duì)爐內(nèi)環(huán)境的干擾，利用蜂窩自然引風(fēng)助燃，降低了煙囪高度，有效避免了加煤時(shí)因燃燒狀態(tài)改變而造成嚴(yán)重的顆粒物污染。

產(chǎn)生CO主要是由于燃燒不充分[22]。方型蜂窩煤的多孔性燃燒結(jié)構(gòu)有效增加了氣-固反應(yīng)面積，使燃料燃燒更充分，特別是生物質(zhì)黏合劑的使用可有效提高燃盡率。同時(shí)爐具供風(fēng)對(duì)CO影響很大[23]。散煤在改進(jìn)爐具中的CO排放因子略低于傳統(tǒng)爐具，原因在于改進(jìn)爐具的通風(fēng)結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)爐具略有改善，提高了爐具的燃燒效率。而方型蜂窩煤在專用爐具中燃燒的CO排放因子明顯低于散煤在2種散煤爐具中燃燒，這是由于方型蜂窩煤專用爐具上部、下部、內(nèi)部三次配風(fēng)，配有三次進(jìn)風(fēng)口及橢圓形爐口設(shè)計(jì)，比散煤爐具供風(fēng)效果更佳，充分提高了方型蜂窩煤在爐膛內(nèi)的燃燒效果，因此CO排放很低。4種燃料爐具組合類型的校正燃燒效率如圖5(a)所示。由圖5(a)可知，方型蜂窩煤專用爐具的燃燒效率高于散煤爐具，可達(dá)97%以上，燃燒更完全，散煤改進(jìn)爐具相對(duì)于傳統(tǒng)爐具的燃燒效率略高，這與上述結(jié)論一致。

圖5 燃料燃燒時(shí)的煙氣校正燃燒效率和煙氣溫度

NOx生成主要由于燃料N的轉(zhuǎn)化，不僅與燃料中N含量相關(guān)，還與燃燒溫度相關(guān)[24]。在高溫富氧條件下，燃料N極易轉(zhuǎn)化為NOx，且轉(zhuǎn)化率很高[25]。從煤質(zhì)分析可知，3種燃料N含量相近，對(duì)NOx生成影響不大。由于方型蜂窩煤專用爐具的水套式結(jié)構(gòu)是在燃燒區(qū)域內(nèi)進(jìn)行熱交換，低溫條件能有效抑制NOx產(chǎn)生。同時(shí)爐膛溫度在焦炭燃燒階段急劇上升，耗氧量隨之增大，而方型蜂窩煤專用爐具的橫向進(jìn)料方式和方型蜂窩煤本身較大的比表面積都可使燃燒更均勻，火焰?zhèn)鬟f速度更穩(wěn)定，NOx排放大大減少，故方型蜂窩煤在專用爐具中燃燒NOx的排放因子低于散煤在散煤爐具燃燒。3種燃料燃燒時(shí)的煙氣溫度如圖5(b)所示。由圖5(b)可知，在方型蜂窩煤的整個(gè)燃燒階段，較低的燃燒溫度限制了NOx揮發(fā)，很難與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，大大降低了燃燒煙氣中NOx排放。

無煙煤方型蜂窩煤、煙煤方型蜂窩煤和散煤的固硫率分別為61.55%、70.76%和20.93%。方型蜂窩煤相比散煤的固硫效果較好，這是由于蜂窩煤燃燒穩(wěn)定、爐膛溫度較低，固硫劑與SO2反應(yīng)形成硫酸鹽后，未出現(xiàn)逆反應(yīng)分解重新釋放SO2。硫釋放與空氣量存在一定關(guān)系，空氣量一定時(shí)，固硫劑能氧化燃燒生成SO2釋出，當(dāng)空氣量加大時(shí)，對(duì)硫的釋放影響不明顯。方型蜂窩煤在封火狀態(tài)下，由于缺氧、溫度相對(duì)較低，很少有SO2排出。

2.3 經(jīng)濟(jì)性分析

內(nèi)蒙古呼和浩特是方型蜂窩煤的示范推廣區(qū)，地方政府支持使用清潔能源及改進(jìn)的供暖爐，以實(shí)現(xiàn)清潔供暖。按供暖面積100 m2計(jì)算，方型蜂窩煤專用爐具和散煤傳統(tǒng)爐具的市場(chǎng)價(jià)格分別為1 000～2 000元和100～500元，2種爐具均包含烤火爐和水暖爐。經(jīng)調(diào)研本研究用于測(cè)試無煙煤方型蜂窩煤和煙煤方型蜂窩煤的市場(chǎng)價(jià)格為600～750元/t，考慮到方型蜂窩煤原料來源廣泛，添加劑不同，調(diào)研后價(jià)格取為500～900元/t；本研究的散煤是新疆褐煤，考慮到其他種類散煤以及市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)，選取散煤價(jià)格為500～800元/t。

計(jì)算參數(shù)選擇如下：① 我國(guó)農(nóng)村住宅建筑取暖熱負(fù)荷100 W/m2，取暖面積按100 m2計(jì)，每日取暖時(shí)間取10 h，每年平均采暖時(shí)間為4個(gè)月，取120 d；② 根據(jù)先前測(cè)試結(jié)果取蜂窩煤專用爐具的綜合熱效率為85%，普通燃煤爐具綜合熱效率為65%。

計(jì)算得到假定條件下每個(gè)取暖季總用能負(fù)荷約12 000 kWh。2種燃煤取暖方式經(jīng)濟(jì)性分析見表3。

表3 2種燃煤取暖方式經(jīng)濟(jì)性比較

方型蜂窩煤生產(chǎn)原料來源廣泛，可充分利用各地礦場(chǎng)的末煤、煤泥配煤以及成本低、特性不同的煤炭，科學(xué)配比固硫劑、生物質(zhì)黏結(jié)劑等，大大降低了型煤生產(chǎn)成本。由表3可知，在居民整個(gè)采暖季，方型蜂窩煤與散煤取暖的運(yùn)行費(fèi)用接近，采用方型蜂窩煤配合專用爐具的取暖方式減輕了用戶的支出成本和政府財(cái)政補(bǔ)貼壓力。

3 結(jié) 論

1)相對(duì)于散煤來說，方型蜂窩煤與配套專用爐具組合可有效降低污染物排放，PM2.5排放可減少90%以上，CO排放降低將近90%，NOx排放減少50%以上。

2)與無煙煤方型蜂窩煤相比，煙煤方型蜂窩煤的PM2.5排放因子是其4.78倍，而煙煤方型蜂窩煤的CO和NOx排放因子分別為無煙煤方型蜂窩煤的74.31%、87.50%?？梢姛o煙煤方型蜂窩煤的減排優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在PM2.5方面，煙煤方型蜂窩煤的減排優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在CO和NOx方面。

3)無煙煤方型蜂窩煤和煙煤方型蜂窩煤的固硫率分別為散煤的2.94倍和3.38倍。方型蜂窩煤的固硫效果相比散煤更好，可降低SO2排放。

4)采用“上點(diǎn)火、橫向進(jìn)料，橫縱混燒”的方式能使方型蜂窩煤在整個(gè)燃燒過程中均勻、穩(wěn)定燃燒，大幅減少了污染物排放。

5)燃料適配爐具是一種清潔的取暖方式，將潔凈煤炭和配套清潔爐具作為實(shí)現(xiàn)我國(guó)北方地區(qū)清潔供暖工作的關(guān)鍵補(bǔ)充形式。對(duì)于無法實(shí)現(xiàn)“雙替代”的地區(qū)，如一些人口密度低、居住分散的農(nóng)村和山區(qū)，采用低成本的“方型蜂窩煤配合專用爐具”的清潔取暖技術(shù)路徑不僅可以減輕政府對(duì)用戶的財(cái)政補(bǔ)貼壓力和用戶運(yùn)行成本壓力，又能滿足當(dāng)下我國(guó)北方地區(qū)農(nóng)村清潔取暖的環(huán)保需求，可有效解決由于低效燃燒造成的農(nóng)村環(huán)境污染問題。