天津市生物質成型燃料應用有關問題及對策分析

姚立英 王偉 周陽 李璠

（1天津市環(huán)境保護科學研究院 天津市大氣污染防治重點實驗室 天津 300191 2河北工業(yè)大學 天津 300130 3天津市聯(lián)合環(huán)保工程設計有限公司 天津 300191）

生物質是一種可再生能源，全球生物質能源的消費居第四位[1]，根據農業(yè)部調查我國每年可收集秸稈總量達6.87×108t，華北地區(qū)占28.45%，我國每年有約2.15×108t秸稈被露天焚燒[2]，對環(huán)境空氣質量造成不利影響，據對北京市和上海市細顆粒物（PM2.5）來源的解析，焚燒秸稈等農業(yè)污染源的貢獻率分別達到4.5%和4%。生物質成型燃料是以草本植物或木本植物為主要原料，經過機械加工成型，具有規(guī)則形狀的顆粒、塊狀和棒狀的固體燃料產品，是清潔能源[3]，在城市的燃氣供應不能滿足需求時，生物質成型燃料可作為一種替代燃料[4]。

近年來，天津市發(fā)生大規(guī)模長時間霧霾天氣，逐漸由煤煙型污染向以PM2.5、O3為主的混合型和復合型并存轉變。2013年底，天津市頒布了《清新空氣行動方案》，提出“調整能源結構，增加清潔能源”的方針，實施燃煤設施改燃或并網，面臨燃氣供應不足的困難，同時城鎮(zhèn)化進程的加快也增加了新的能源需求，因此，生物質能源的合理利用既能解決燃氣供應的不足也解決了生物質焚燒產生的環(huán)境問題。本文在調研分析生物質成型燃料應用過程中出現的問題基礎上，提出了天津市生物質成型燃料應用對策。

1 推進生物質成型燃料的主要問題

1.1 污染物成分復雜

生物質成型燃料燃燒排放的主要污染物是顆粒物、SO2和NOx，采用多管除塵器+布袋除塵器，顆粒物可以控制在20mg/m3以內；以木質顆粒物為主的燃料，硫的含量較低，煙氣中SO2基本未檢出，但是以秸稈為主的成型燃料硫的含量相對較高，部分秸稈如棉桿等硫含量可達到0.1%~0.2%，因此煙氣中SO2需要處理才能達標排放，如天津市某工業(yè)區(qū)建設的一臺6t蒸汽鍋爐，SO2產生濃度97.5mg/m3；生物質鍋爐項目燃燒溫度一般低于1300℃，NOx主要來自于原料中的氮，控制氮元素含量能有效的控制煙氣中的NOx濃度，根據調研的監(jiān)測資料，NOx基本低于200mg/m3。

生物質成型燃料燃燒還產生其他污染物，燃燒過程分為干燥預熱、揮發(fā)分析出與燃燒、焦炭燃燒等階段[5-7]，生物質燃料揮發(fā)分高達70%左右，析出和燃燒時間占整個燃燒過程的10%左右，可燃氣體大量快速析出后可造成局部溫度低、氧含量低[8]及混合不充分，CO、揮發(fā)性有機物等可燃氣體不充分燃燒直接排出；由于沒有燃料質量標準的約束，成型燃料生產的企業(yè)在生產的過程中添加煤粉、廢舊家具拆解物、廢紙張、生活垃圾、粘結劑等，出現個別項目排放揮發(fā)性有機物、二惡英、重金屬的現象。

1.2 監(jiān)管難

1.2.1 燃料品質不能保證。生物質成型燃料產品質量參差不齊，燃料熱值、灰分、灰熔點、主要污染物含量沒有明確規(guī)定，導致在生物質生產過程中存在摻雜原散煤或劣質粘結劑等問題，對鍋爐污染物排放影響很大。

1.2.2 燃燒設備不規(guī)范。很多生物質成型燃料鍋爐是由燃煤鏈條爐改裝的，生物質成型燃料鍋爐技改不規(guī)范，燃燒設備在配風、受熱面布置、環(huán)保裝置配置等方面工況惡化，煙氣排放濃度超標，穩(wěn)定運行的比例較低。

1.2.3 排放超標。生物質成型燃料鍋爐以小型為主，多數不安裝在線監(jiān)測設備，如廣東省截至2013年底，已建有1401臺生物質成型燃料鍋爐，平均單臺容量6.13蒸噸。煙塵需要采用布袋除塵器收集，一些企業(yè)在布袋損壞的情況下不更換維修，或不安裝除塵設施，導致排放超標嚴重；另外，部分企業(yè)為節(jié)約成本，偷偷燃煤，很難監(jiān)管。

1.3 現有排放標準不利于推廣生物質成型燃料鍋爐

截止到目前，國家沒有專門針對生物質燃料的特點制定排放標準，而是簡單的參照燃煤標準[9]，沒有充分重視生物質固體燃料燃燒的特點及排放水平；天津市的環(huán)境政策是控制新建燃煤鍋爐，尤其是小鍋爐的建設，不利于生物質燃料推廣，因此需制定地方的排放標準。

1.3.1 用作居民供熱原料價格不占優(yōu)勢

對煤炭的控制和天然氣的高成本，是生物質成型燃料推廣的契機。天津市執(zhí)行供熱收費25元/m2的市場統(tǒng)一定價是按燃煤核算的成本，如果改用生物質，則需要政府的補貼才能正常運行。2014年天津市二類煙煤的價格在550元/t～650元/t、生物質成型燃料800元/t～1000元/t、一般工業(yè)用3.65元/m3、集中供熱用3.25元/m3，以噸蒸汽成本比較，生物質成型燃料的成本是天然氣項目的80%～90%左右，是燃煤項目的1.4～1.6倍。

1.3.2 燃料收集貯存困難

秸稈從收集、儲存、加工、運輸等環(huán)節(jié)來看：（1）運距不宜過長；（2）成本不好控制；（3）燃料質量波動較大；（4）貯存空間大，部分燃料存儲周期長，如華北地區(qū)冬小麥一般在5月～6月收割，春玉米7月～8月收割，用作冬季供暖則需要貯存近半年的時間。

2 推進生物質成型燃料綜合利用的相關建議

2.1 天津市生物質資源情況

天津市2014年小麥、水稻、玉米、棉花等大田作為種植面積600多萬畝，秸稈產量270×104t，可以用量達到230×104t，但燃料化利用僅10×104t，為綜合利用量的5.3%。同時，對田間焚燒投入大量人力齊抓共管，仍沒有杜絕，根據環(huán)保部衛(wèi)星監(jiān)測數據顯示，2013年夏秋核實的火點數達到10個。

2.2 建立健全標準體系

對生物質成型燃料的應進行系統(tǒng)性管理，從燃料、設備要求、排放三個方面進行監(jiān)管。

2.2.1 制定《天津市生物質燃料質量標準》

燃料質量標準是從源頭上規(guī)范生物質成型燃料生產，使其滿足一定的產品要求，合理控制燃料的外觀、尺寸、熱值、N、S、CL、揮發(fā)分等含量，是排放達標的前提條件。

2.2.2 制定《生物質成型燃料工業(yè)鍋爐技術條件標準》

生物質專用燃燒設備的設計必須滿足生物質成型燃料低熱值、高揮發(fā)分、低灰熔點的特點，增大爐膛結構，改善一次風、二次風的配比，采用二次進風熱能回收和自動控制等[10]，規(guī)定鍋爐的效率、排煙溫度，從穩(wěn)定燃燒角度要規(guī)定爐排熱負荷、受熱面熱負荷、以使燃料充分燃燒，并降低積灰、堵塞、結焦、磨損等問題發(fā)生的幾率，做到鍋爐的穩(wěn)定運行、燃料的高效利用、污染物低排放。

2.2.3 制定《生物質成型燃料大氣污染物排放標準》

排放標準是環(huán)保系統(tǒng)監(jiān)管生物質項目的抓手，現有的標準對推廣生物質成型燃料起不到促進作用，要根據環(huán)境質量改善的需要和天津市燃料的特點，制定經濟技術可行的排放限值。

2.3 推行第三方運行

我國現在小型鍋爐普遍存在的問題之一是運行水平低，導致鍋爐熱效率低，燃料浪費嚴重，污染物排放超標，委托具有專業(yè)技術的第三方運行可有效解決企業(yè)由于人員水平低導致的運行問題。據廣東省不完全統(tǒng)計，全省有40多家為客戶提供熱能服務的專業(yè)化第三方治理和運營企業(yè)，也是廣東省環(huán)保廳積極推動的運行方式[11]。

2.4 對生物質成型燃料綜合利用項目給予補貼

從市場經濟的角度來說，生物質成型燃料的推廣的關鍵定位是對天然氣有利補充和替代，不能與其和燃煤進行經濟比較，但在天津市以煤為主體的能源結構下，生物質成型燃料應用的遭遇的影子對手為燃煤，雖然農業(yè)部門對秸稈的綜合利用給予一定的補貼，但效果并不是很好。環(huán)保部門應在認真核算成本的基礎上，對生物質成型燃料給予補貼。

2.5 生物質成型燃料應用項目的策略

目前天津市啟動了散煤清潔化治理工作，在農村地區(qū)、小城鎮(zhèn)大量散煤需要尋找替代資源，區(qū)縣級和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級工業(yè)區(qū)內還有較多的小型燃煤鍋爐需要改燃，利用生物質成型燃料替代上述散煤實施小規(guī)模的集中供熱、替代小型燃煤鍋爐，解決農村低矮面源污染，降低運費成本和貯存成本，減少燃氣供應緊張的局面、降低管網投資。

3 結語

生物質成型燃料是清潔能源，但在利用的過程中出現了各樣的問題，導致一些地區(qū)對生物質城鄉(xiāng)燃料比較抵觸，通過從燃料、設備、排放水平綜合監(jiān)管的前提下，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，實現對天然氣的有益補充，對改善天津市的大氣環(huán)境質量起到支持作用。

[1]喬英存,張敏霞.生物質能源開發(fā)利用的現狀研究[J].中國石油和化工標準與質量,2013（10）：31.

[2]農業(yè)部新聞辦公室.全國農作物秸稈資源調查與評價報告[J].農業(yè)工程技術：農產品加工,2011(2)：1-5.

[3]國務院.節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃國發(fā)〔2012〕40號[EB].2012.8.6,http://www.gov.cn.

[4]環(huán)境保護部.關于生物質成型燃料有關問題的復函環(huán)辦函[2009]29號[EB].2009,8,7：http://www.zhb.gov.cn.

[5]牛廣路，薛勇，楊少鵬．基于TG-FN1聯(lián)用分析的農業(yè)固體廢棄物熱解特性研究[J]．安徽農業(yè)科學,2010（005）：2527-2528.

[6]杜云川，陸方，陳祎，等．TG-MS聯(lián)用研究生物質的熱解特性[J].鍋爐技術,2010,41(1):64-67.

[7]徐朝芬，孫學信.用TG-DTC-DSC研究生物質的燃燒特性[J]．華中科技大學學報：自然科學版,2007,35(3):126-128．

[8]羅娟,侯書林,趙立欣,等．典型生物質顆粒燃料燃燒特性試驗[J]．農業(yè)工程學報，2010（005）：220-226

[9]中華人民共和國環(huán)保部.GB13271-2014:鍋爐大氣污染物排放標準[S].北京:中國環(huán)境出版社,2014.

[10]趙光興，毛偉東.高效燃用生物質顆粒蒸汽鍋爐的研究與設計[J].能源工程，2014（4）：73-76.

[11]廣東省環(huán)境保護廳.廣東省環(huán)境保護廳關于生物質成型燃料鍋爐大氣污染物排放控制要求的通知粵環(huán)〔2014〕98號[EB].廣東省環(huán)保廳公眾網,2014,11,7：http://www.gdep.gov.cn.