11月下旬，華北平原大雪紛飛，氣溫驟降。但河北省固安縣南趙各莊村村民劉中明家中的室溫卻超過了20度，暖洋洋的屋內與白雪皚皚的窗外形成鮮明的對比。和劉中明家一樣，這個寒冬，村里一共70多戶人家都用上了中科院過程工程所研發的“解耦燃煤鍋爐”的集中供暖。
解耦燃燒技術是目前國內外唯一可以有效降低氮氧化物排放的高效中小型燃煤實用技術，而采用該技術的解耦燃煤鍋爐不僅帶來了高質量的供暖，而且降低了取暖成本，受到了當地村民的歡迎。如能進一步推廣，可望為節能減排、減少霧霾發揮重要作用。
村里來了高科技鍋爐
11月24日，《中國科學報》記者來到南趙各莊村劉中明家里。“我們村新裝了高科技鍋爐，再也不用自己燒爐子了。”說到冬天取暖，劉中明頗為自豪地說。
從前，劉中明家都是自己生小爐子取暖。“要不停往里邊加煤，屋子里弄得臟兮兮的，有時晚上還要起來加煤。”劉中明的經歷也是國內大部分北方農村家庭的真實寫照。長長的煙筒往往必須穿過屋子再伸出窗外，不完全燃燒可能引發一氧化碳中毒。
劉中明還給記者算了一筆經濟賬：“一冬天差不多要用上4噸煤，算下來大約3000元。”
村民們口中說的“高科技鍋爐”，正是中科院過程工程所發明的“解耦燃煤爐”。去年7月，河北省將中科院過程工程所研發的“解耦燃燒小型集中供熱方案”列入“河北省農村面貌改造提升行動”中，在廊坊市固安縣溫泉園區南趙各莊村建立了示范工程。該項目設計供熱面積約2萬平方米。
集中供暖后，村民們發現，家里不僅不再被煤灰弄臟，也不用再擔心安全隱患，更重要的是，新的采暖方式，比之前更便宜了。例如，劉中明家里140平方米的屋子，一冬天采暖算下來只需要1500塊錢，費用幾乎降低了一半。當然，這其中的戶外管道敷設和鍋爐改造等前期費用還需要政府補助投資。
“高科技鍋爐”給南趙各莊的村民們帶來了一個干凈而安全的暖冬。
減灰霾“利器”
中科院過程工程所副研究員劉新華向《中國科學報》記者介紹，煤燃燒過程是由多個化學反應組成的復雜反應網絡。高溫富氧環境使煙黑和一氧化碳更容易充分燃盡，卻增大了氮氧化物和二氧化硫的排放。相反，低溫貧氧有利于固硫，卻使可燃物燃盡困難，增大不完全燃燒損失。
“解除煙黑、一氧化碳與氮氧化物、二氧化硫的耦合排放是燃燒技術中長期存在的技術難點。”劉新華指出。這使得我國采用燃煤供熱的分散熱用戶污染物排放無法控制，致使其對環境造成的影響數倍于其燃料消耗所占的比例，正是導致嚴重灰霾污染的重要原因之一。
二十多年來，研究人員通過優化鍋爐結構和燃燒過程，實現了對燃料熱解氣化和半焦燃燒過程的解耦和優化控制。隨著國內環境污染問題的日益嚴重，解耦燃燒技術開始逐漸獲得重視并得以示范應用。
在南趙各莊村的鍋爐房里，《中國科學報》記者看到了這套減灰霾的“利器”。一臺正在工作的鍋爐中，煤先在熱解氣化區進行熱解氣化，在低溫貧氧環境下利用熱解氣和半焦的還原作用實現低氮燃燒。隨后，可燃物進入高溫富氧環境下的燃燒區燃盡，達到無煙排放。
“2014~2015年度采暖季123天的連續運行數據顯示，與傳統燃煤爐相比，這套技術節煤量達20%~30%，氮氧化物排放降低30%~45%，排煙林格曼黑度小于1，完全達到‘無煙排放’標準。”劉新華說。
在分散熱用戶中推廣
新鍋爐裝好后，村民劉振軍經過簡單培訓，當起了司爐工。他對這份新工作非常滿意：“操作簡單，也不算太累。”但他家卻因為距離遠沒能用上自己燒的暖氣。“希望這個鍋爐能夠推廣，我們家也能盡快用上！”劉振軍向《中國科學報》記者談起了他的期待。
目前，在我國農村和城郊地區，至少有2億人采用相對分散的低效高污染的燃煤供熱方式。科研人員們建議，要實現分散熱用戶節能減排的重大突破，減少灰霾污染，應該重點在我國廣大農村和城郊地區推廣應用解耦燃燒中小型集中供熱系統。
“隨著新農村建設和城鎮化發展，落后的分散供熱方式將逐漸被淘汰。”劉新華表示，“中小型解耦燃煤鍋爐集中供熱系統改造，應根據不同地區的經濟和地理差異，先易后難地推進。例如率先對郊區學校、醫院、企業、政府辦公建筑和新建居民區等實施。”
科研人員相信，中小型解耦燃煤鍋爐集中供熱系統的推廣，最終將使社會、熱用戶和供熱企業實現互利的良性循環。
