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编者按：

1、今年春节，北京竟然允许燃放烟花爆竹（五环外），对雾霾显然有一定的贡献，成功地起到了掩耳盗铃的作用。

2、去年春节雾霾，今年春节又雾霾，有不少人很默契地“假装看不见”，但陶光远先生说，“我一定要说”。陶光远学长文中的建议非常重要。

2、建议对北京乃至全国的燃气热电厂氨逃逸情况建立监管体系，实时公布氨使用和氨逃逸数据。

何继江清华大学社科院能源转型与社会发展研究中心

今年大年初一前后北京的霾是从哪里来的？

陶光远

去年春节初一到初四北京有重霾，因新冠疫情封城。一般工厂停工放假；工地停工放假；机动车稀少。

今年春节从除夕到初二北京又有重霾，因新冠疫情留京。一般工厂停工放假；工地停工放假；机动车虽比上个春节多一点儿，但比往年依然稀少，特别是重卡几乎没有。

去年春节，我写了文章，《今年春节期间的霾是哪里来的？》。看着今年的重霾，觉得应该写续集。

我看了一下“天气通”气象网站公开发布的除夕至初二北京及其邻近的廊坊保定的空气质量（张家口和承德就不看了，因为除了刮沙尘暴，这两个城市的空气质量总是比北京好，不会污染北京）：

俗话说，一滴水见太阳。识别北京的霾是从哪里来的？最简单的数据就是看大气中二氧化硫（SO2）与二氧化氮（NO2）的比值。北京大规模地实施了煤改气，燃煤热电联供电站只剩下了一座备用的，时开时停。北京的燃煤锅炉几乎全部都拆掉了，农村散煤采暖也大幅度减少。而河北还在大量地燃煤，而燃烧煤炭的二氧化硫较高；燃烧天然气排放的二氧化硫很少，氮氧化物较高。因此，北京大气中的二氧化硫与二氧化氮的比值远比廊坊和保定低。

从表中看，大年初一，北京的空气中硫硝比较高，与廊坊与保定接近，北京的空气很可能是从河北的保定和廊坊进口的；年三十北京的空气大部分估计是北京土产的，而大年初二北京的空气估计绝大部分是北京土产的，甚至还向廊坊出口了不少。

不过现在我还没有看到官方公布的这几天北京大气中硫酸盐和硝酸盐的浓度。如果北京大气中硫酸盐和硝酸盐的比率也是按照上述的规律变化。则上面的推测结果就基本可以做实了。

污染的原因有二，这已经是老生常谈了，不过重要的事情还是得反复说：一是不利的气象条件，二是由大气污染物排放。大年初一的霾是从河北的进口应该没有什么疑问，河北的霾是哪来的？那是秃子头上的虱子，明摆着的，不用议。争议很大的问题是除夕夜和大年初二北京土产的霾是哪来的？

北京的大气中二氧化氮浓度较高（注：尽管在烟气排放时其中的大多数氮氧化物是一氧化氮，但一氧化氮在空气中被氧化成二氧化氮，所以在大气中测量到的氮氧化物主要是二氧化氮），远高于二氧化硫，这是个线索。

北京在冬季采暖季节，每天要燃烧1亿立方米左右的天然气，热值相当于大约10万千升汽油。而北京有多万辆小汽车，估计每年燃烧大约万千升汽油，平均每天为2万多千升，热值只有同期燃气的1/4左右。而春节期间车辆北京市内车辆行驶量明显比平时少。因此，除夕至初二北京的小汽车燃烧的汽油估计会低于甚至远远低于2万千升。而春节期间重卡几乎消失了，市内那点儿市政车辆的排放远低于小汽车，可以忽略不计。天然气燃烧和汽油燃烧都会产生大量的氮氧化物。

显然，此时北京市对大气污染的主要污染源只有一个，天然气燃烧。氮氧化物是在高温燃烧时空气中的氧气与氮气结合生成的，天然气燃烧也不例外。且其生成的浓度与燃烧的温度成正比，温度越高，则生成的氮氧化物浓度越高，且是呈非线性增长。在燃烧温度为℃且空气充足时，烟气中的氮氧化物浓度为毫克/立方米左右；在燃烧温度为℃且空气充足时，烟气中的氮氧化物浓度就超过了0毫克/立方米。

北京市冬季的天然气主要用于采暖，是由三大燃烧器烧掉的：

1.燃气工业锅炉和集中供暖的燃气锅炉：

这部分锅炉绝大部分都已经改为低氮燃烧模式了。所谓低氮燃烧模式就是在天然气燃烧时氮氧化物产生的量非常少。其基本原理是两段燃烧，第一段缺氧燃烧，于是天然气与空气中的氮气争夺氧气，减少在第一阶段燃烧时氮氧化物的产生量，同时生成大量的一氧化碳和氢气；在第二阶段氧化的化学活性比天然气要强的一氧化碳和氢气争夺氧气的能力比天然气强，自然产生氮氧化物比以前天然气直接燃烧时更少；另外燃烧温度也尽量控制不要太高，保持在℃左右。于是燃烧烟气中的氮氧化物的排放量可以降低到毫克/立方米以下。烟气中只有1毫克左右的颗粒物，北京的天然气经洗净硫化物浓度很低，烟气中二氧化硫的量极少，这样燃烧烟气不经处理即可排放。

2.户用燃气采暖锅炉：

北京市的户用燃气采暖锅炉有万台左右。其中有几十万台是城镇家庭的户用燃气采暖锅炉，有几十万台是近年来北京农村采暖煤改气安装的。这些锅炉几乎都不是低氮燃烧锅炉（户用低氮燃烧锅炉很贵），排放的燃烧烟气中氮氧化物的浓度一般在毫克/立方米左右，有的甚至达到毫克/立方米以上。而由于农村散煤燃烧采暖炉的燃烧温度较低，烟气中氮氧化物的浓度只有毫克/立方米左右。也就是说，农村冬季采暖煤改气后，氮氧化物的排放不降反增。在采暖高峰，这些户用燃气采暖锅炉排放的氮氧化物总量不仅超过了工业和集中供暖的燃气采暖锅炉氮氧化物的排放总量，而且远远超过北京市小汽车的氮氧化物排放总量，成为北京冬季氮氧化物的最大排放源。虽然小汽车发动机燃烧汽油时的温度高，氮氧化物的排放浓度更高，但毕竟有三元催化器降解尾气中的氮氧化物。更换或改造这部分户用燃气小锅炉的代价很高，一台户用低氮燃烧采暖锅炉的价格要2万元左右。北京市要把所有的户用天然气采暖锅炉更换为低氮燃烧锅炉，估计需要花费亿元左右。

3.燃气热电联供电站：

北京市有近0万千瓦左右的燃气蒸汽联合循环热电联供电站，在发电供暖的高峰，每小时要燃烧约万立方米的天然气。天然气在燃气轮机里的燃烧温度很高，达到℃左右，因此燃烧烟气中氮氧化物的浓度很高，一般会超过0毫克/立方米，需要采用SCR即选择性催化还原（脱硝）（SelectiveCatalyticReduction）法脱硝（将氮氧化物还原为水和氮气），在反应中加氨水，对燃烧烟气进行后处理，以减少烟气中的氮氧化物。据官方报道，北京的燃气蒸汽联合循环热电联供电站排放的燃烧烟气中的氮氧化物浓度很低，远低于毫克/立方米。

若事实如上所述，则北京这个春节的除夕和大年初二大气中的氮氧化物就主要是这万台左右的户用燃气采暖锅炉排放的了。

但是大气中的PM2.5是从哪里来的？但凡是北京排放的污染物污染北京自己时，空气中PM2.5中最主要的成分就是硝酸盐，特别是硝酸铵，这是二氧化氮与氨合成的。问题是：主要是哪儿来的氨与哪儿来的二氧化氮在哪里合成的？

对此有两种不同的说法：

说法1：是大气中的二氧化氮与大气中的氨在大气中合成的，而大气中的氨主要是种植业施用化肥和养殖业禽畜粪便产生的。但是，现在北京是冬天，气温低，因此种植业施用化肥和养殖业禽畜粪便产生的氨的量不到夏季的1/10。这种说法显然缺乏科学依据。

说法2：是燃气蒸汽联合循环热电联供电站排放的烟气中的氮氧化物和脱硝工艺中逃逸的氨在烟气中合成的。冬季空气的相对湿度较高，特别是在重霾天气，湿度特别高（这也是发生重霾的原因），因此天然气燃烧后产生的饱和烟气中携带的大量的水雾久久不能散去，给烟气中远比大气中浓度高大约几千倍的氮氧化物的氨反应生成硝酸铵提供了绝佳的合成环境（二氧化氮和氨在水中的合成效率远远高于在空气中）。

我是同意后一种说法的。要验证很简单，取一杯燃气蒸汽联合循环热电联供电站烟囱里流下来的冷凝水到实验室里分析一下就知分晓。一个大学环保系毕业的本科生，如果不是学渣，就会做。只不过凡人无特许是进不了电站的。

下面谈谈如何治理：

1.立竿见影之策：

放宽燃气蒸汽联合循环热电联供电站燃烧烟气中氮氧化物的排放标准，提高烟气中氮氧化物的排放上限，籍此减少脱硝时氨水的用量，减少氨逃逸。电站还能籍此减少氨水用量，降低运行成本，肯定不会反对。烟气中氮氧化物浓度的上限从现在50毫克/立方米提高到毫克/立方米，其排放总量与户用燃气采暖锅炉的氮氧化物排放总量要差好几倍，但是氨逃逸下降的幅度估计远超50%。烟气中缺了氨，合成硝酸铵就少了原料。

2.治本之策：

在北京的燃气蒸汽联合循环热电联供电站安装电锅炉，在张家口和内蒙的风电弃风时段和后半夜用电低谷时段，减少乃至停止使用燃气蒸汽联合循环热电联供电站生产电力和热力，用电制热。在重霾天，则根据电网的最大输电能力，全天尽可能地使用电制热，尽可能地减少燃气蒸汽联合循环热电联供电站的发电和供热出力。

同时，给所有使用户用燃气采暖锅炉的家庭安装带储热罐的电锅炉和智能电表，在风电弃风时段和后半夜用电低谷时段，自动切换为电采暖和储热（供高电价时段使用）。只要弃风电和低谷电的电价低于天然气的热值价格，用户自然愿意用电。在重霾天，则根据电网的最大输电能力，给尽可能多的家庭全天提供优惠电价，使用电采暖替代天然气采暖。反正重霾天也不多，补贴的电费没有多少。国家可以用提供长期优惠贷款的办法让用户自己采购带储热罐的电锅炉和智能电表，用户可通过节省的燃气费补偿购买带储热罐的电锅炉和智能电表的支出。

这后一项措施，优点甚多：

1）减少了北京的大气污染；

2）降低了北京的发电成本（风电比燃气发电便宜）；

3）减少了张家口和内蒙的弃风损失；

4）减少了天然气的进口，增强了国家的能源供应安全；

5）减少了碳排放，有利于提前实现碳达峰和碳中和。

这么好的事情，一箭五雕！内部外部都已经呼吁了很久了，为什么不做呢？莫非是动了谁家的奶酪？都到了牛年了，谁家的奶酪，还能比大气污染治理和碳达峰/碳中和这两块奶酪更牛？

年2月4日至年2月20日，北京将举办冬奥会。届时再要像去年和今年春节一样来这么重的霾，......。

补充评述：

我昨天写了一篇文章《今年大年初一前后北京的霾是从哪里来的？》。着重分析了北京燃气轮机发电对北京大气的污染。有人问我，难道德国的燃气轮机发电就不污染大气吗？对此，我的回答是：都污染。但是德国的国情与北京的市情不一样。德国是在35万多平方公里的土地面积上安装了大约万千瓦的燃气蒸汽联合循环发电机组，平均每平方公里安装约85千瓦；而北京是在0多平方公里的北京平原地区安装了大约0千瓦的燃气蒸汽联合循环发电机组，平均每平方公里安装多千瓦。北京在单位土地面积上安装的燃气蒸汽联合循环发电机组功率是德国的18倍左右！

此图为陶光远先生1月25日参加清华大学·大同第二届能源转型国际论坛在德国能源转型专题会的线上直播照片。

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河北治霾随记（4）——治霾，要走多少弯路？

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河北治霾随记（6）——治霾，我们须制定世界上最严格的标准

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