1绪 论
当前，民用散煤主要用于居民生活采暖和炊事。基于我国城市和乡村居民生活用能现状，地级及以上城市建成区居民采暖多以集中供热供暖为主，炊事以电、气为主。在乡村、城乡结合部居民采暖和炊事用能呈现多样性和复杂性，以秸秆、薪柴、煤炭为主，且取决于当地能源的可获得性。在煤炭可获得区，居民采暖、炊事以煤炭为主。而且随着居民家庭收入的提高，相对于常规的生物质能，人们更倾向于选择热转换效率较高的煤炭作为采暖、炊事用能。据有关数据，煤炭是北方农村主要的生活用能来源，占生活能源消耗的55%。然而，相对于电力、钢铁、建材、化工等工业领域的高效、集约、可控，民用散煤利用具有量大面广、低空排放、污染物难以控制、监测监管困难等特点，是当前燃煤污染的重要来源。据不完全统计，1吨散煤燃烧排放的污染物量是火电燃煤排放的5-10倍。因此，民用散煤治理是我国煤炭清洁高效利用的重要环节，也是我国环境治理的主要抓手。当前，随着科学技术的不断进步，民用散煤清洁化利用技术层出不穷，包括：民用洁净煤制品替代（其中，民用洁净煤制品主要有优质无烟煤、兰炭、民用洁净焦、无烟洁净型煤和半焦型煤等）、“好煤 好炉”、集中供热供暖、以电代煤、以气代煤等。然而，各项技术的成熟度、经济性、环境影响等大相径庭。本论文基于各项技术的现状调研，采用雷达图，客观科学评估各项技术，为相关技术的推广应用、切实有效地推进民用散煤的清洁化提供基础理论依据。
2民用散煤清洁化利用技术现状概述
2.1 民用散煤的定义及现状
本报告所称民用散煤是指城乡居民以家庭为单位，使用常规民用炉（灶）具，采用正烧或反烧方式，用于家庭采暖供热、炊事等方面的煤炭产品。据调研，由于我国无烟煤资源较少，当前我国民用散煤煤质多以烟煤为主。而烟煤只适合于装有消烟除尘、脱硫脱销设备的工业锅炉或窑炉。鉴于炉膛温度低、燃烧不充分、无污染物控制设备等原因，常规民用炉具燃用烟煤污染物排放量远大于工业锅炉、窑炉。加之，我国民用散煤市场鱼龙混杂、民用散煤煤质政府监督监管不足等，民用散煤中不乏劣质煤、高硫煤，加剧了民用散煤燃烧的环境污染。民用散煤的清洁化是其治理的关键。
目前，市场上可用于民用的洁净煤制品包括经过洗选的优质无烟煤、兰炭（半焦）、民用洁净焦、洁净型煤。无烟煤是煤化程度最大的煤，固定碳含量高，为90%以上，挥发份低，为10%以下，无胶质层厚度，热值约为6000-6500千卡/千克，密度大、硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。经过洗选加工后达到低挥发分、低硫、低灰、高发热量等指标要求的无烟煤产品可以作为民用洁净煤制品。据调研，无烟煤作为民用洁净煤制品在京津冀地区已经得到推广应用。兰炭，也称半焦，是煤炭经过中低温干馏之后，生产的固定碳>82%，挥发份<4%，灰份<6%，硫<0.3%，水份<10%，粒度为15-25mm、最大不超过30mm的煤炭产品，主要用于代替焦炭(冶金焦)而广泛用于化工、冶炼、造气等行业，在生产金属硅、铁合金、硅铁、硅锰、化肥、电石等高耗能产品过程中优于焦炭。近年来，在北京、山东等地作为民用洁净煤制品替代现有民用散煤取得一定成果。民用洁净焦是将劣质原煤辅以固硫、助燃、增碳复合助剂，经高温干馏制得的民用洁净焦。与现用散煤相比，其燃烧后SO2排放量降低75%，粉尘排放量减少了96%，氮氧化物排放降低70%，在山西太原地区进行初步推广，结果表明：民用洁净焦炭的使用可有效保护大气环境，减少雾霾成型条件，有效控制采暖期燃煤污染。洁净型煤包括洁净无烟煤型煤、兰炭型煤，即以无烟煤、兰炭末为原料，添加助燃剂、固硫剂、粘合剂、防水剂等添加剂，通过机械方法加工成型的煤制品。目前作为洁净煤制品替代民用散煤已经在京津冀、山东等地推广。
针对我国民用散煤煤质多样性的特点，对不同煤质的煤选配不同炉具，煤炉匹配，实现民用散煤燃烧的清洁排放。即：1）若民用燃煤选用烟煤，配套的炉具必须选择采用反烧式燃烧结构，装有多次进风供养装置，与传统炉具相比燃烧更充分，燃烧效率和热能利用率更高，采暖效果好，燃煤污染物减排效果明显的炉具。目前在天津市、河北省部分地区已经开展试点，居民认可程度较高。2）若选择传统炉具，必须配套使用本文2.1所提到的洁净煤制品。
集中供热供暖是集中集团式供暖，集中供热系统包括热源、热网和用户三部分。集中供热供暖是目前我国大部分城市居民供热供暖的主要方式。作为工业锅炉的重要组成部分，热电站锅炉供热质量高，易于实现科学管理和污染物减排等，以热电站为热源的集中供热供暖是煤炭清洁高效集约利用的重要途径，也是条件成熟地区实现民用散煤治理的有效手段。在国家大力推进煤炭清洁高效利用的当前，集中供热供暖锅炉正在通过安装高效脱硫、除尘设施，改用天然气、电、新能源或洁净煤，加速淘汰落后锅炉，提升污染治理水平，工业余热、余能回收利用等方式实现清洁供热供暖。
除了燃煤清洁化及配套适宜的炉具之外，民用散煤治理也可以通过以其他能源替代的方式进行，如以电代煤、以气代煤等。以电代煤是指以电能为能源，采用专有设备将电能转变为热能来满足需要的供热供暖方式。以气代煤是指以燃气为燃料提供热能来满足需要的供热供暖方式。清洁能源替代目前北京市大力推广以电代煤、以气代煤，将民用散煤治理与清洁能源供应体系构建相结合，已实现合理优化调整能源结构、有效减少污染物排放的目的。
3研究方法、指标选取、指标值的确定
本文采用雷达图的方法，定性和定量相结合，对当前我国典型民用散煤洁净化技术，从经济性、技术成熟度、环境影响、资源可获得性、市场前景五个方面进行综合评估，1）绘制雷达图，直观表述各项技术的情况，分析其优势与劣势；2）构建基于雷达图平均面积和平均周长的综合评价函数，通过定量核算，给出各项技术的综合评价结果。
本文选取产业生命周期、技术成熟度、SO2、NOx、PM10、PM2.5排放系数、资源可获得性、单位热值售价分别作为衡量各项技术经济性、技术成熟度、污染物减排、资源可获得性、市场前景的定量指标。各指标的取值依据分别为：
1）产业生命周期，按照各项技术所处的产业生命周期赋值，具体赋值标准：初创期，1；成长期，2；成熟期，3；衰退期，1。
2）技术成熟度，按照各项技术的技术成熟情况进行赋值，具体标准为：参照美国国防部的《技术成熟度评估指南》。
3）环境影响，根据《民用煤大气污染物排放清单编制技术指南（试行）》、《生物质燃烧源大气污染物排放清单编制技术指南（试行）》、相关学术文章相关数据测算。
4）资源可获得性，按照各项技术所需资源的可获得性进行赋值，具体标准为：原煤、生物质成型燃料，5；特殊煤种、以原煤为原料的煤制品，4； 以煤炭产品为原料的煤制品，3；二次能源、天然气，3。
5）单位热值售价，单位为元/GJ。
各指标具体取值详见表1。
3.3 指标值无量纲化
对上述表1中取值，按照公式（1）对各指标值进行无量纲化。
按照上述无量纲化，各项技术相关指标对比值汇总如表2。
3.4 综合评价模型构建
4民用散煤清洁化利用技术评估结果与分析
按照表2数据，各项技术的雷达图如图4-1~4-9。
由图4-1~图4-9可知，用优质无烟煤替代散煤实现清洁化的优势主要为其技术成熟、产业化程度高、百姓接受程度高、NOx减排效果明显，但是我国优质无烟煤资源有限，相对于其他散煤清洁化利用技术，在满足环保要求的前提下，其SO2、PM10、PM2.5减排效果较差。用兰炭替代散煤实现清洁化的优势主要为其售价易被百姓接受、NOx减排效果明显，技术相对成熟，但是可用于民用的兰炭的原料煤资源有限，仅分布于陕西神木、新疆部分地区，而且兰炭用于民用领域时间较短，不构成产业优势，其SO2、PM2.5减排效果一般、PM10减排效果较差。用民用洁净焦替代散煤实现清洁化的优势主要为百姓易于接受、NOx减排效果明显，技术相对成熟、SO2减排效果好，但是民用洁净焦目前尚处于典型示范阶段，并未产业化，且PM2.5、PM10减排效果一般。用洁净型煤替代散煤实现清洁化的优势主要为售价易被百姓接受，NOx减排效果明显、生产技术较成熟，但是其一般以兰炭末和无烟末煤为原料，资源可获得性稍差 ，PM2.5、PM10减排效果一般，SO2减排效果较差。若以当前民用散煤为燃料而以高效节能炉具为燃烧器来实现民用散煤的清洁化，优势在于居民可接受程度高、资源获得性强、NOx、SO2减排效果明显，但是其技术刚完成工业化示范、推广，还未进入产业化阶段，PM10、PM2.5减排效果较差。由于民用散煤大部分用于居民冬季采暖，若以集中供暖的方式替代分散采暖实现民用散煤的清洁化，优势在于其技术成熟，已步入产业化阶段，资源可获得性强，SO2、NOx、PM10、PM2.5减排效果明显，百姓可接受程度高。若用电代替煤炭成为民用炊事和采暖的主要能源，其优势为SO2、NOx、PM10、PM2.5减排效果明显，但是其冬季采暖费用高，百姓不易接受，且其对发电量、输电网等基础配套要求严格，目前的基础设施建设还远不能满足其要求。若以天然气代替煤炭成为民用炊事和采暖的主要能源，其优势在于SO2、PM10、PM2.5减排效果明显，但是其采暖价格较高，百姓接受程度一般，且我国天然气资源量较少，进口量逐年增大，另我国天然气管网不足以满足民用天然气的要求，民用天然气的供应还未实现产业化。若以生物质成型燃料替代民用散煤实现清洁化，优势在于我国农村秸秆等生物质资源丰富，百姓的接受程度高，SO2减排效果明显，但是生物质成型燃料的生产技术还不是很成熟，未进入产业化，且其PM2.5、PM10减排效果一般，NOx减排效果较差。
按照综合评价模型对各项技术的综合评价值进行核算，结果如表4。
由表4可知，通过雷达图综合评价，各项技术对于实现民用散煤清洁化综合评价排序为：集中供暖>优质无烟煤替代>生物质成型燃料替代>洁净型煤替代>推广高效节能炉具>民用洁净焦替代>兰炭替代>以气代煤>以电代煤。
综上，集中供暖是实现我国民用散煤清洁化、防治雾霾的最有效技术，以优质无烟煤替代因其技术发展成熟、替代成本低、供应水平高，可作为我国民用散煤清洁化的优先推广技术。生物质成型燃料替代、洁净型煤替代、推广高效节能炉具等是当前我国民用散煤洁净化的可选技术。相比较，民用洁净焦、兰炭可作为民用散煤清洁化储备技术来发展。而以气代煤、以电代煤替代则是我国民用散煤清洁化的必然方向，现阶段需要政府给予强有力的政策引导与扶持，降低居民侧用电成本，强化相关基础设施建设等。
5结 论
本论文给出民用散煤的定义，通过我国民用散煤清洁化利用的现状调研、雷达图定量核算等，得出以下结论：
（1）当前我国民用散煤清洁化利用技术包括以洁净煤制品替代、推广高效节能炉具、集中供暖、以电代煤、以气代煤、以生物质成型燃料替代等6个方面的技术。其中，洁净煤制品包括优质无烟煤、兰炭、民用洁净焦、洁净型煤。
（2）选取以优质无烟煤替代散煤、以兰炭替代散煤、以民用洁净焦替代、以洁净型煤替代、推广高效节能炉具、集中供暖、以电代煤、以气代煤、以生物质成型燃料替代为典型技术，采用雷达图分析的方法，绘制各项技术的雷达图，厘清各项技术的优势和劣势。建立综合评价模型，对各项技术进行综合评价认为，对于实现民用散煤的清洁化，各技术的综合评价排序为：集中供暖>优质无烟煤替代>生物质成型燃料替代>洁净型煤替代>推广高效节能炉具>民用洁净焦替代>兰炭替代>以气代煤>以电代煤。
（3）在我国当前的发展和技术水平下，集中供暖是实现我国民用散煤清洁化的最有效技术，优质无烟煤替代、生物质成型燃料替代、洁净型煤替代、推广高效节能炉具相辅相成构成的多元化民用洁净煤体系是实现我国民用散煤清洁化的现实选择。民用洁净焦、兰炭可作为储备技术而发展。以气代煤、以电代煤则是我国民用散煤清洁化的必然发展方向。
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