生物質(zhì)鍋爐集中供熱對城市建成區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量影響

董 黎

(綿陽市安州區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，四川綿陽 622651)

0 引言

綿陽市安州區(qū)地處四川盆地西北部，位于綿陽市的西南方向，西北部與龍門山脈接壤，地勢較高，山脊海拔一般在1 000～2 500 m之間，形成了在安昌河和雎水河兩岸以黃土、花荄、界牌、塔水、秀水等鎮(zhèn)為平壩，河岸平壩兩側(cè)及秀水河以東地區(qū)為丘陵，西北部以低中山為屏障的地理特點(diǎn).社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促使城鎮(zhèn)化不斷推進(jìn)，城區(qū)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，目前安州區(qū)城市建成區(qū)規(guī)劃面積13 km2，人口約15萬.根據(jù)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要和地理位置特點(diǎn)，規(guī)劃了黃土-花荄-界牌15 km2產(chǎn)業(yè)帶，依托產(chǎn)業(yè)帶建設(shè)的省級工業(yè)園，基本形成了以汽配機(jī)械為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，電子信息、醫(yī)藥食品、精細(xì)化工為綜合配套產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)集群，目前園區(qū)已入駐工業(yè)項(xiàng)目近百個(gè).為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)由高速發(fā)展轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展的要求，發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)保護(hù)好環(huán)境，節(jié)約能源，提高資源的綜合利用效率，工業(yè)園區(qū)計(jì)劃引進(jìn)生物質(zhì)集中供熱項(xiàng)目，采用2臺45蒸噸水冷振動(dòng)復(fù)合爐排直燃秸稈鍋爐為園區(qū)企業(yè)集中供應(yīng)熱源，鍋爐燃料采用稻殼、樹皮、廢舊建筑模板、酒糟、砂光粉、竹渣、秸桿等為原料進(jìn)行直接燃燒，生產(chǎn)蒸汽.

本文以安州的氣象條件和該地區(qū)目前的大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合生物質(zhì)鍋爐和天然氣鍋爐產(chǎn)排污數(shù)據(jù)，從生物質(zhì)燃料的特征、生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)生的大氣污染物濃度貢獻(xiàn)、城市建成區(qū)大氣環(huán)境的承載能力等方面對園區(qū)采用直燃生物質(zhì)鍋爐集中供熱對該地區(qū)城市建成區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響進(jìn)行了探討分析，為進(jìn)一步優(yōu)化城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持，同時(shí)，探討了提高城市建成區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量的對策.

1 城區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

根據(jù)自動(dòng)監(jiān)測站環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，2014年安州區(qū)城區(qū)PM10、二氧化硫、二氧化氮三項(xiàng)主污染物年均濃度列于表1，從表1可以看出，主要的環(huán)境空氣質(zhì)量指標(biāo)已達(dá)到環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)要求.

表1 2014年城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)Tab.1 Data of Urban Air Quality Monitoring in 2014

2 燃生物質(zhì)鍋爐對城市建成區(qū)環(huán)境的影響

2.1 直燃生物質(zhì)燃料是環(huán)境高污染燃料

生物質(zhì)鍋爐在生態(tài)學(xué)意義上具有零排放的特點(diǎn)，其廢氣、硫、硝等大氣污染物的排放量比傳統(tǒng)燃煤鍋爐要小[1-3]，但是生物質(zhì)燃料不等同于具有環(huán)保特征的生物質(zhì)成型燃料[4,5]，采用直接燃用秸稈、鋸末、稻殼等廢棄物作為生物質(zhì)燃料，根據(jù)國家《關(guān)于劃分高污染燃料的規(guī)定》，直燃生物質(zhì)燃料是一種高污染燃料，鍋爐運(yùn)行期間會產(chǎn)生大量的煙粉塵，對大氣環(huán)境造成污染，所燃用高污染燃料的蒸汽鍋爐也是高污染燃料設(shè)備[6].因此，采用生物質(zhì)鍋爐集中供熱產(chǎn)生的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)成本需進(jìn)行綜合考慮.

2.2 生物質(zhì)集中供熱煙氣排放是影響城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵

圖1 2014年城區(qū)全年風(fēng)玫瑰圖(氣象數(shù)據(jù))Fig.1 Wind Rose of Urban Area in 2014(Meteorological data)

2.2.1 地區(qū)氣象環(huán)境情況 圖1是根據(jù)氣象部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)繪制的安州區(qū)全年風(fēng)玫瑰圖.從圖可以看出，城區(qū)常年的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)和北風(fēng).

目前，對縣區(qū)空氣環(huán)境質(zhì)量考核指標(biāo)主要涉及可吸入顆粒物(PM10)、二氧化硫、氮氧化物三項(xiàng)指標(biāo)，其中重點(diǎn)是顆粒物指標(biāo)的改善率.由于工業(yè)園區(qū)與城區(qū)已形成產(chǎn)城一體結(jié)構(gòu)，工業(yè)園區(qū)與城區(qū)緊密接合.生物質(zhì)集中供熱項(xiàng)目選址位于建成區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向上風(fēng)向，其生產(chǎn)過程中所排放的煙氣污染物通過擴(kuò)散影響整個(gè)城區(qū)，見圖2.

2.2.2 集中供熱生物質(zhì)鍋爐運(yùn)行污染物對城區(qū)大氣環(huán)境的影響 結(jié)合集中供熱燃生物質(zhì)鍋爐運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)和安州近年的大氣環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，按《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則—大氣環(huán)境》HJ2.2-2008中SCREEN3模式進(jìn)行篩選計(jì)算，繪制了項(xiàng)目排放顆粒物濃度分布示意圖，如圖3所示.直燃生物質(zhì)鍋爐集中供熱項(xiàng)目建成運(yùn)行，對城區(qū)可吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮的濃度貢獻(xiàn)最大，3項(xiàng)污染物濃度分別上升35.8%，51.5%，41.4%.成為影響城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵因素.

圖2 項(xiàng)目煙氣排放效果示意圖(主導(dǎo)風(fēng)西北風(fēng))Fig.2 Drawings of Flue Gas Emissions ( Northwest Wind)圖3 項(xiàng)目排放顆粒物濃度分布示意圖Fig.3 Distribution Diagram of Particle Concentration Emitted by Project

按照生物質(zhì)燃料鍋爐集中供熱項(xiàng)目運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測算，正常生產(chǎn)時(shí)，鍋爐下方向煙氣中可吸入顆粒物影響的最遠(yuǎn)距離可達(dá)3 500 m，落地濃度為0.052 mg·m-3，疊加上現(xiàn)狀值，顆粒物濃度會上升30%以上.下方向煙氣中二氧化硫影響較大的最遠(yuǎn)距離3 500 m，落地濃度為0.052 mg·m-3，疊加上現(xiàn)狀值，二氧化硫最高濃度會上升50%以上.鍋爐下方向煙氣中二氧化氮影響較大的最遠(yuǎn)距離3 000 m，落地濃度為0.028 mg·m-3，疊加上現(xiàn)狀值，二氧化氮最高濃度會上升40%左右.若項(xiàng)目鍋爐發(fā)生非正常排放時(shí)，最大落地最遠(yuǎn)距離可達(dá)1 500 m，濃度高可達(dá)0.706 mg·m-3，超過國家標(biāo)準(zhǔn)7倍左右.

2.3 加重灰霾天氣，影響人群健康

參考污染普查系數(shù)手冊，燃生物質(zhì)鍋爐和燃天然氣鍋爐主要污染物系數(shù)見表2.從表可知，燃天然氣鍋爐基本不產(chǎn)生顆粒物，同樣熱值的情況下，氮氧化物和二氧化硫的排放量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于燃生物質(zhì)鍋爐.

表2 生物質(zhì)鍋爐和天然氣鍋爐主要污染物系數(shù)Tab.2 Pollutant Coefficient of Biomass Boilers and Natural Gas Boilers

2016年新的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，增加細(xì)顆粒物(PM2.5)，年均值標(biāo)準(zhǔn)為0.035mg/m-3.從表3可以看出，與燃?xì)?、燃煤鍋爐相比較，燃生物質(zhì)鍋爐會產(chǎn)生大量的顆粒物，安州區(qū)受地理?xiàng)l件和氣象條件制約，城區(qū)大氣環(huán)境承載能力有限，直接燃燒生物質(zhì)其揮發(fā)分含量在65%-86%，與含揮發(fā)分35%左右的煤相比，產(chǎn)生的煙霧也大于煤[7,8]，通過高空排放后，擴(kuò)散至城區(qū)，其中含有導(dǎo)致灰霾產(chǎn)生PM2.5等細(xì)小顆粒物，極易產(chǎn)生灰霾天氣.

圖4 項(xiàng)目鍋爐煙氣影響范圍示意圖Fig.4 Schematic Diagram of the Influence Range of Boiler Flue Gas by Project

從圖4可以看出，下風(fēng)方向城區(qū)600 m～1 000 m左右有職業(yè)中學(xué)，小學(xué)，實(shí)驗(yàn)中學(xué)，婦幼保健院、疾控中心、養(yǎng)老福利院等環(huán)境敏感點(diǎn)，項(xiàng)目所排放的煙氣顆粒物最大落-地濃度恰好在此區(qū)域內(nèi)，大氣環(huán)境質(zhì)量的變化極易加重影響抵抗力弱的敏感人群.同時(shí)在不利的天氣下，加上城區(qū)兩面地勢高，中間低的地理環(huán)境，形成灰霾天氣不易散去，影響居民身體健康.

2.4 影響城區(qū)景觀視覺整體形象

據(jù)了解生物質(zhì)集中供熱項(xiàng)目擬建設(shè)45 m高的煙囪，直徑2 m，生產(chǎn)時(shí)排放大量高溫氣體，在氣溫低的天氣條件下，遇冷空氣易產(chǎn)生大量煙霧，加上煙氣抬升作用，在幾十米高空形成煙霧繚繞，影響城市整體景觀視覺形象.

2.5 生物質(zhì)燃料鍋爐運(yùn)行過程中的環(huán)保問題

生物質(zhì)燃料鍋爐使用的生物質(zhì)燃料其成份復(fù)雜，熱值波動(dòng)較大，熱值較低，同時(shí)易結(jié)渣積灰，需要定期清灰，否則實(shí)際熱效率會大幅度降低[9]，因此生物質(zhì)燃料鍋爐運(yùn)行過程中極易存在摻燒其他高污染燃料等現(xiàn)象，如摻燒煤粉以提高熱值的問題.同時(shí)也可能不僅僅利用純的農(nóng)林剩余物，而摻雜了一些廢舊家具、建筑模板、垃圾等，這些物質(zhì)的燃燒會產(chǎn)生大量的大氣環(huán)境污染物，這就增加了環(huán)保管控風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)生新的環(huán)保問題.

3 提高城市建成區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量的對策及建議

3.1 合理布局新建項(xiàng)目

根據(jù)地區(qū)地理環(huán)境和氣象條件考慮，項(xiàng)目的選址應(yīng)充分考慮風(fēng)向因素，避免在建成區(qū)的上風(fēng)向建設(shè)產(chǎn)生對大氣污染的項(xiàng)目.同時(shí)優(yōu)化工業(yè)布局，各部門聯(lián)合把關(guān)，對不符合產(chǎn)業(yè)政策，污染物排放量大的項(xiàng)目嚴(yán)格把關(guān)，嚴(yán)格落實(shí)工業(yè)園區(qū)進(jìn)入范圍，減少影響城市建成區(qū)大氣環(huán)境污染物的產(chǎn)生.

3.2 劃定高污染燃禁燃區(qū)

為防治灰霾污染，改善環(huán)境空氣質(zhì)量，保障公眾健康，依據(jù)國家相關(guān)要求在城市建成區(qū)及近郊劃定高污染禁燃區(qū)，禁燃區(qū)禁止使用、銷售高污染燃料，禁燃區(qū)不得新建、改建、擴(kuò)建任何燃用高污染燃料的設(shè)備.將城區(qū)及工業(yè)園區(qū)劃為高污染燃料禁燃區(qū)，采取拆除、改建、清潔能源替代等措施，全面淘汰建成區(qū)內(nèi)燃煤鍋爐，以減少污染物排放總量，防止灰霾天氣產(chǎn)生.

3.3 加強(qiáng)監(jiān)測，落實(shí)減排

在城區(qū)建設(shè)空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測微站，實(shí)現(xiàn)城區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測全覆蓋.城區(qū)以網(wǎng)格劃分，加強(qiáng)空氣質(zhì)量考核，各網(wǎng)格責(zé)任單位要落實(shí)監(jiān)管責(zé)任，住建、城管、交通等部門要按照職責(zé)做好建筑施工揚(yáng)塵、道路揚(yáng)塵、機(jī)動(dòng)車排放等減排措施的落實(shí).環(huán)保部門加強(qiáng)對園區(qū)工業(yè)企業(yè)污染的監(jiān)管，形成齊抓共管的良好局面.

4 結(jié)論

綜上所述，如果以直燃生物質(zhì)鍋爐進(jìn)行集中供暖，從環(huán)境影響的角度來看，其產(chǎn)生的PM10、二氧化硫及氮氧化物的排放量可能會顯著增加，對城市大氣環(huán)境可能產(chǎn)生不利影響，因此對于其環(huán)境影響的評價(jià)，必須充分考慮所用的生物質(zhì)能源原料的來源及成分、燃燒方式、尾氣處理設(shè)施等，并對項(xiàng)目進(jìn)行充分的和謹(jǐn)慎的論證，尤其不能以犧牲環(huán)境效益來換取經(jīng)濟(jì)效益，否則，對于建成區(qū)的大氣環(huán)境將造成重大的影響.