医院订阅哦！石兆玉教授清华大学建筑学院建筑技术科学系年7月毕业于清华大学土建系供热、空调工程专业。毕业后留校先后在建工系、热能系、建筑学院任教。现为国家建设部供热专家组成员，国家建设部供热测试中心技术顾问，中国城市供热协会技术委员会委员、中国电子学会电路与系统分会图论与系统优化专业委员会委员，北京市工程技术系列（水、气、热工程）技术顾问。化石燃料必须梯级利用煤和天然气，理论燃烧温度在摄氏度左右。用于供热，通常最高供水温度在摄氏度左右，如果把煤、天然气拿来直接燃烧供热，其温差将在摄氏度左右，能源品位的损失，接近70%~80%。因此，把煤、天然气直接燃烧供热，是对能源的最大浪费，是最不经济的。可是至今，这种状况到处可见，不仅小型燃煤供热遍地开花，就是新近“煤改气”的大型燃气供热（锅炉房总容量在几百吨以上）依然如故。这种状况不改变，我国供热技术的落后面貌难以改观。煤和天然气，最合理的利用方式，是梯级利用，即电热冷联供或AGCC即整体煤气化联合循环发电。如前所述，煤和天然气，理论燃烧温度都在摄氏度左右，最理想的利用方式是高温段发电，低温段供热、制冷。对于通常的发电厂，发电效率一般在30%~40%左右，汽轮机后的乏汽压力为0.兆帕,饱和温度为36摄氏度，其能源品位值只有总能源品位值的2.5%~5.0%之间，即发电潜力很低，但按数量分析，约占总热量的50%左右，目前大多数情况，向大气中排放。如果用于供热、制冷，实现电、热、冷联供，全系统的热能利用系数可提高到70%~80%，因此，这种电、热、冷的梯级利用是化石燃料的最佳利用方式。根据国家发改委的有关文件，我国正在大力推广大型机组（容量在兆瓦~兆瓦以上）的电热冷联供系统，这对于我国大中城市来说，是非常正确的。在加速城镇化的建设中，我国势必会有大量小城镇涌现，人口在几万至十几万之间，对于这样的城镇，比较合理的供热方式应该是小型背压机组（容量在25兆瓦以下）的电、热、冷联供。经民间业内人员测算，这种机组，即使冬天联运，夏天停运，经济上都是合算的。如果这种供热方式，能够取得共识，那么我国相当数量人口的供热民生问题，就会得到解决。对于局部区域（如一定范围的公共建筑或居民区），可以大力发展分布式能源系统。这种系统，利用小型燃气发电机组（内燃机或小型燃气轮机），一面发电，一面利用废气或冷却热量通过热泵机组供热供冷，解决本区域的电、热、冷需求。以上不同方式的电、热、冷联供，既可以实现能源的梯级利用，又能够覆盖全社会的供热需求。这种能源的梯级利用，应该作为国家的基本国策，用法律形式固定下来。在发电厂中，能源品位值的最大损失是在电站锅炉，通常发电主蒸汽温度为摄氏度左右，在锅炉内，换热温差有摄氏度，能源品位的损失近50%，因此，提高发电厂的发电效率的主要技术措施是提高发电主蒸汽的温度，但超高临界、超超临界的发电机组其最高主蒸汽温度也只有摄氏度多度，发电效率也不能超过40%~45%，受限的主要因素是汽轮机材质的耐温程度。发电效率的进一步提高，要有待于金属材料工艺的更大革新。进一步提高电热冷联供的发电方式还有燃气——蒸汽联合循环。通常以天然气为燃料。压缩空气与天然气在燃烧室燃烧形成的高温烟气（约1摄氏度~摄氏度），进入涡轮机膨胀作功发电。在燃汽轮机中排出的尾气进入余热锅炉，产生的蒸汽在汽轮机中进一步发电。如果燃料采用煤，则先经过增压气化装置产生煤的裂化气，再做适当处理，如同天然气一样，进入燃气轮机燃烧发电。这种以煤为燃料的燃气——蒸汽联合循环称为AGCC。无论以天然气为燃料，还是以煤为燃料，其燃气--蒸汽联合循环的高温烟气可达摄氏度以上，因此，发电效率都能在40%~45%左右。对于我国，无论积极推广燃气的燃气——蒸汽联合循环还是大力研发燃煤的燃气--蒸汽联合循环，都有很大的现实意义。大力研发煤、天然气的清洁燃烧煤在燃烧过程中，要排放大量的烟尘和颗粒物。煤主要成分是碳，燃烧过程要生成2.1倍重量的二氧化碳。煤一般含有0.1%~2.0%的硫，燃烧过程要生成二氧化硫气体排放至大气，所有上述烟气生成物，都是产生雾霾的重要因素。因此，燃煤将严重污染大气。天然气由于是气体，容易与空气混合，通常燃烧效率比较高。天然气主要成分是甲烷,碳的含量远比煤少，因此二氧化硫的生成量，只是燃煤的一半。因此，通常把天然气称作清洁燃料。但必须了解，天然气的燃烧温度常常在0摄氏度以上，此时会产生大量的氮氧化物,这种气体的排放，同样是形成雾霾的重要因素，因此，无论燃气还是燃煤，实现清洁燃烧都是非常重要的研发课题。上世纪初至50年代，英国伦敦、美国洛杉矶都相继发生了严重的雾霾天气。两个城市都为此发生过数百人的死亡事故。但是，经过几十年的大气治污，又重新换回了蓝天白云。他们治理雾霾的基本经验：一是高污染的产业搬家（移向发展中国家）；二是实行煤改气。近年来，随着我国经济的高速发展，也同样出现了严重的雾霾天气。摆在我国面前的是如何正确借鉴国外的可行经验？高污染企业向国外搬家，显然不现实。目前我国主要采取的是“煤改气”。但这几年的实践证明，我国在煤改气的政策中，实际上存在两个误区：一是缺乏数量上的整体规划。我国是个多煤少气的国家，不可能全国的供热都搞煤改气。就算从国外进口天然气，一年以亿平方米计算，也只能满足40个北京市（一年亿立方米用气量）的用气量。全国中小城镇加起来，个北京市都打不住。如果在全国范围内，盲目推广煤改气，一但发生“气荒”，就会犯下灾难性的错误。二是没有重视天然气的清洁燃烧。有些决策者，以为只要煤改气，大气治污的问题就会迎刃而解，因此在执行中，放松了对燃气的排放标准的严格控制（前些年，我国的排放标准始终≥毫克3立方米）。结果，一个奇怪的现象，在北京出现了：8年，北京首钢尚未完全搬家，北京热电厂仍然全部烧煤，但大气仍然达到了二级标准，顺利完成了奥运会的举办。但几年以后的今天，首钢完成了彻底搬迁，北京几乎所有的供热热源全部实现了“煤改气”，却出现了史无前例的严重雾霾。这种沉痛的教训，再次告诉我们，即使烧天然气，也必须立足于清洁燃烧。在国外，利用降氮燃烧技术，是使煤改气政策获得成功的关键技术，我国在推广煤改气的过程中，必须认真学习国外的先进经验。研究表明，天然气在预燃阶段以及火焰的前、中段燃烧温度一般在摄氏度以下，氮氧化物生成量很少，只是在火焰的尾端，燃烧温度在0摄氏度以上，此时燃烧温度愈高，氮氧化物的生成量呈指数形式直线上升。因此降低火焰尾部的燃烧温度是降氮技术的关键。目前比较成熟的技术是分段燃烧或烟气回抽。分段燃烧，是在火焰的前、中、尾端分别送入空气过量系数为0.7、0.9和1.2,通过控制空气量达到降低燃烧温度进而减少氮氧化物生成量的目的。烟气回抽是将降温后的部分烟气抽送入火焰尾部，其目的仍然是降低燃气燃烧温度，进而降低氮氧化物的生成量。为了提高降氮效果，常将两种技术措施联合使用。天然气燃烧时，会有大量的水蒸汽产生（天然气中的氢与氧化合生成）。一种新的建议，利用尾部蒸汽冷凝水，回抽送入火焰尾部，同样可以达到降氮的目的。由于水的汽化潜热比较大，降低燃烧温度的效果会更显著。有的单位在工程上采用了上述技术，氮氧化物的排放量达到了44毫克3立方米，可见，有很好的发展前景。我国是产煤大国，20年~30年内，要改变以煤为主的能源结构，是比较困难的。在供热行业，希望%的实现煤改气也是难以想象的。因此，我国环境的改善在加大天然气清洁燃烧的同时，还必须下决心进行煤的清洁燃烧技术的研发。过去我们对于煤的清洁燃烧，重点放在烟尘和二氧化硫的排放的限制上。现在看来是不够的，烧煤也必须控制氮氧化物的排放（即脱硝）。对于脱硝技术，目前主要是在炉内喷入氨和尿素，通过催化或非催化还原反应，使氮氧化物还原为氮和水。对于煤的脱硫，目前已有多种方法，但还不尽如人意，必须继续加大研发力度。炉内脱硫，多用于循环流化床锅炉。实践表明：在实验研究阶段效果较好，但在实际工程应用中，效果并不理想。主要原因是，在燃烧现场，煤粉与石灰粉难以混合均匀，进而影响了脱硫效果。在供热行业，已经研制成功了煤粉锅炉，燃烧效率可达92%，很有发展前途。如果在制粉工艺过程，加入石灰粉，就可在制粉的同时完成脱硫任务。由于在制粉过程中，煤粉与石灰粉能得到充分混合，其脱硫效率一定会明显提高。目前，通行的脱硫方法是湿式脱硫法，为了提高脱硫效果，常常加大石灰水的循环量和喷淋强度，其结果是在烟气的排放中增加了硫酸钙的粉尘含量，使脱硫设备变成了新的雾霾发生器。所有这些问题，促使我们在煤、天然气的清洁燃烧研发中，必须在技术上要有新思路、新创新。当前人们比较

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