四川省鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)制訂研究

趙萍萍，李 納

(四川省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，成都 610091)

前 言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展，工業(yè)化、城市化進(jìn)程不斷加快，區(qū)域大氣復(fù)合污染、高頻發(fā)的灰霾污染和日趨嚴(yán)重的臭氧污染已經(jīng)成為四川省面臨的主要環(huán)境問(wèn)題之一。鍋爐作為重要且使用量巨大的熱能動(dòng)力設(shè)備，其排放的廢氣污染物(如二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、重金屬以及VOCs等)是影響大氣質(zhì)量的重要因子，是PM2.5和O3污染的主要來(lái)源之一。《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》實(shí)施以來(lái)，四川省加快實(shí)施“煤改氣”“煤改電”工程，通過(guò)淘汰燃煤小鍋爐，煤炭消費(fèi)比重逐年降低，天然氣及非化石能源消費(fèi)比重顯著提高，鍋爐主要污染物也逐漸由燃煤鍋爐排放的顆粒物及SO2向燃?xì)忮仩t排放的NOX轉(zhuǎn)變。作為PM2.5和O3污染的重要前體物，NOX的控制已迫在眉睫。為了加快推進(jìn)四川省綠色發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，適應(yīng)更加嚴(yán)格的大氣環(huán)境管理需要，亟需制訂四川省鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，從嚴(yán)控制鍋爐大氣污染物排放，尤其是NOX排放，推動(dòng)鍋爐生產(chǎn)、運(yùn)行和污染治理的技術(shù)進(jìn)步和升級(jí)，提升鍋爐大氣污染防治水平，改善空氣質(zhì)量。

1 調(diào)研與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

1.1 地方排放標(biāo)準(zhǔn)制修訂情況

為了進(jìn)一步防治鍋爐大氣污染物排放造成的污染，北京、上海、山東等地陸續(xù)制修訂了地方排放標(biāo)準(zhǔn)，制修訂的主要內(nèi)容有：分區(qū)域進(jìn)行污染控制；進(jìn)一步收嚴(yán)大氣污染物排放限值，特別是燃煤鍋爐污染物及燃?xì)忮仩t氮氧化物排放限值；明確規(guī)定燃生物質(zhì)鍋爐大氣污染物排放限值等。

目前地方排放標(biāo)準(zhǔn)制修訂的思路大致有三類(lèi)：一是北京、上海等直轄市或經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的省會(huì)城市，基本完成清潔能源替代工作，鍋爐以燃?xì)饣蛉加蜑橹鳎瑯?biāo)準(zhǔn)制修訂的重點(diǎn)是控制燃?xì)忮仩t氮氧化物排放，并通過(guò)全域?qū)嵤┤細(xì)鈽?biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)全面禁煤。二是山東、陜西等北方地區(qū)，雖然實(shí)施了清潔能源替代，但以煤為主的能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致大氣污染物排放總量居高不下，因此對(duì)人口密集區(qū)、經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)區(qū)雙管齊下，同時(shí)要求控制燃煤鍋爐污染物及燃?xì)忮仩t氮氧化物排放，對(duì)其它地區(qū)相對(duì)放寬要求。三是廣東、重慶等南方地區(qū)，沒(méi)有冬季采暖壓力，大氣環(huán)境質(zhì)量相對(duì)較好，基本是以《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271-2014)(以下簡(jiǎn)稱GB13271-2014)特別排放限值為基礎(chǔ)，對(duì)其中個(gè)別指標(biāo)有所收嚴(yán)。

1.2 四川省空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

2013年《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》實(shí)施以來(lái)，四川省空氣質(zhì)量得到了顯著改善(見(jiàn)圖1)，SO2、PM10、PM2.5年均值下降趨勢(shì)明顯，尤其是SO2年均值已遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值，這與燃煤鍋爐淘汰與改造、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整密切相關(guān)。NO2年均值雖也呈下降趨勢(shì)，但降勢(shì)緩慢；而O3濃度則呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，2020年同比2015年上升12.5%。重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)城市PM2.5和O3污染仍然突出，2020年全省仍有7個(gè)城市的PM2.5年均濃度超標(biāo)(見(jiàn)表1)。

圖1 2010～2020年四川省空氣質(zhì)量變化情況

表1 2015～2020年四川省PM2.5超標(biāo)城市

1.3 四川省鍋爐使用和污染物排放現(xiàn)狀

根據(jù)2017年第二次污染源普查數(shù)據(jù)，對(duì)全省在用鍋爐(不含電站鍋爐)的數(shù)量、地域及規(guī)模分布情況、燃料類(lèi)型及使用情況、大氣污染物排放及治理現(xiàn)狀進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

1.3.1 鍋爐總量

截止2017年底四川省在用鍋爐約12 590臺(tái)，其中工業(yè)鍋爐約10 620臺(tái)，生活鍋爐約1 970臺(tái)。

1.3.2 鍋爐所在地域及規(guī)模分布

全省鍋爐主要集中在成都平原、川東北及川南地區(qū)，三州地區(qū)因人口少、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，鍋爐使用量較少(見(jiàn)圖2)。成都市鍋爐數(shù)量位居全省第一，占26.9%；鍋爐數(shù)量較多的市州有達(dá)州(9.3%)、瀘州(8.7%)、德陽(yáng)(7.1%)、雅安(6.4%)、綿陽(yáng)(5.4%)、樂(lè)山(5.4%)、眉山(4.9%)等；三州鍋爐總量合計(jì)僅占全省的3.5%。

圖2 各市州鍋爐分布情況

鍋爐規(guī)模以10t/h以下為主，占鍋爐總數(shù)的93.7%，10～20t/h占3.6%，20～35t/h占1.6%，35t/h以上僅占1.1%。

1.3.3 鍋爐燃料類(lèi)型分布

全省鍋爐主要以燃煤和燃?xì)忮仩t為主，其中燃煤鍋爐4 100臺(tái)、燃?xì)忮仩t6 820臺(tái)、燃油鍋爐260臺(tái)、燃生物質(zhì)鍋爐1 260臺(tái)，其它燃料鍋爐150臺(tái)(見(jiàn)圖3)。隨著燃煤小鍋爐淘汰及“煤改氣”工作的深入開(kāi)展，多數(shù)市州燃?xì)忮仩t數(shù)量占比較高(見(jiàn)圖4)。成都市燃?xì)忮仩t已占全市鍋爐總量的80%以上，自貢、綿陽(yáng)、德陽(yáng)等12市燃?xì)忮仩t占本市鍋爐總量超過(guò)50%。

圖3 不同燃料類(lèi)型鍋爐統(tǒng)計(jì)

圖4 各市州燃煤鍋爐及燃?xì)忮仩t占比統(tǒng)計(jì)

1.3.4 鍋爐燃料使用情況

2017年全省鍋爐消耗燃煤約779萬(wàn)t、消耗天然氣約20.7億m3(折算標(biāo)煤約252萬(wàn)t)、消耗燃油約13.8萬(wàn)t。各市州燃煤消耗量基本與燃煤鍋爐分布情況一致，樂(lè)山、宜賓、瀘州等市燃煤用量較大。成都市燃?xì)庀牧空既∪細(xì)饬康?0%以上，其它市州用量在0.003～1.5億m3之間。燃油消耗量主要集中在成都市，占全省總量的90%以上(見(jiàn)圖5)。

圖5 各市州鍋爐燃料使用情況

1.3.5 鍋爐污染物排放情況

2017年全省鍋爐SO2、NOX及顆粒物排放量分別約為1.62萬(wàn)t、1.41萬(wàn)t、1.41萬(wàn)t，在全省排放總量中的分擔(dān)率分別為6.1%、2.2%和2.2%。其中工業(yè)鍋爐SO2、NOX及顆粒物排放量分別約為1.57萬(wàn)t、1.36萬(wàn)t、1.31萬(wàn)t，分別占鍋爐排放量的96.9%、96.5%、92.9%，在全省工業(yè)排放總量中的分擔(dān)率分別為7.4%、5.5%、3.0%。成都、樂(lè)山、宜賓、眉山、瀘州、德陽(yáng)等市工業(yè)鍋爐大氣污染物排放占比較高(見(jiàn)表2)。

表2 各市(州)工業(yè)鍋爐大氣污染物排放情況統(tǒng)計(jì)

1.3.6 鍋爐污染治理狀況

全省鍋爐共配套1860余套除塵設(shè)施、800余套脫硫設(shè)施和340余套脫硝設(shè)施，污染治理設(shè)施主要集中在燃煤鍋爐，燃?xì)忮仩t低氮改造工作基本未開(kāi)展。

2 四川省鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)制訂主要思路

2.1 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

根據(jù)鍋爐的定義[1]及相關(guān)研究[2]，熱風(fēng)爐實(shí)際是以風(fēng)作為工質(zhì)的鍋爐，適用于鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。因此在GB13271-2014適用范圍的基礎(chǔ)上，增加了各種容量的熱風(fēng)爐。另外根據(jù)原環(huán)保部《關(guān)于醇基燃料鍋爐執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)問(wèn)題的復(fù)函》(環(huán)函〔2015〕319號(hào))并參考其它省市地方標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容，增加了使用重油、渣油、輕柴油、醇醚燃料(如甲醇、乙醇、二甲醚等)等其他液體燃料的鍋爐，參照燃油鍋爐排放控制要求執(zhí)行；使用高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣及其他氣體燃料的鍋爐，參照燃?xì)忮仩t排放控制要求執(zhí)行等內(nèi)容。

2.2 分區(qū)域控制

標(biāo)準(zhǔn)采取兩級(jí)分區(qū)對(duì)鍋爐大氣污染物排放進(jìn)行控制。首先按照經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、人口聚集程度及空氣質(zhì)量狀況，同時(shí)結(jié)合《四川省生態(tài)環(huán)境廳關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》中“四川省大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域劃分表”和成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)的要求，將全省各市縣劃分為三類(lèi)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域再按照高污染燃料禁燃區(qū)內(nèi)外分別制訂排放限值。三類(lèi)區(qū)域中Ⅰ類(lèi)區(qū)包括成都、德陽(yáng)、眉山、資陽(yáng)4市全域和11個(gè)地級(jí)市中心城區(qū)所在縣(攀枝花、廣元、巴中、三州地區(qū)除外)；Ⅱ類(lèi)區(qū)包括Ⅰ類(lèi)區(qū)的11個(gè)地級(jí)市的非中心城區(qū)所在縣(市、區(qū))和攀枝花、廣元、巴中市全域以及涼山州西昌市；Ⅲ類(lèi)區(qū)包括阿壩州、甘孜州全域和涼山州除西昌市外的16縣。

2.3 污染物控制項(xiàng)目

標(biāo)準(zhǔn)的污染物控制項(xiàng)目基本與GB13271-2014保持一致，規(guī)定了顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物的最高允許排放濃度限值和煙氣黑度限值。考慮到鍋爐的完全燃燒程度直接反映鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)并影響污染物的排放情況，增加了一氧化碳排放濃度限值。

2.4 污染物排放限值

標(biāo)準(zhǔn)各區(qū)域污染物排放限值的設(shè)置參考了其他地方排放標(biāo)準(zhǔn)的制訂思路。Ⅰ類(lèi)區(qū)為成都都市圈及成都平原、川南、川東北經(jīng)濟(jì)區(qū)(除廣元、巴中外)的中心城區(qū)所在縣(市、區(qū))，是四川省人口最密集、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地區(qū)，燃煤鍋爐淘汰已取得明顯成效，燃?xì)夤芫W(wǎng)鋪設(shè)較好，因此執(zhí)行《成都市鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB51/2672-2020)的新建鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)，全域禁煤并全面推進(jìn)燃?xì)忮仩t低氮排放(見(jiàn)表3)。Ⅱ類(lèi)區(qū)為Ⅰ類(lèi)區(qū)中11個(gè)地級(jí)市的非中心城區(qū)所在縣(市、區(qū))和攀枝花、廣元、巴中市全域以及涼山州西昌市，環(huán)境壓力相對(duì)較小，燃煤與燃?xì)忮仩t使用并重?？紤]到冬季沒(méi)有采暖壓力，且鍋爐噸位以10t/h以下為主，對(duì)燃煤鍋爐提出超低排放的要求不現(xiàn)實(shí)。因此在高污染燃料禁燃區(qū)內(nèi)要求燃?xì)忮仩t低氮排放，但限值較Ⅰ類(lèi)區(qū)禁燃區(qū)內(nèi)放寬一倍；禁燃區(qū)外以國(guó)標(biāo)特別排限值為基礎(chǔ)，對(duì)燃煤鍋爐進(jìn)行適當(dāng)收嚴(yán)(見(jiàn)表4)。Ⅲ類(lèi)區(qū)為三州地區(qū)，經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)、人口稀少，空氣質(zhì)量好，禁燃區(qū)內(nèi)限值與Ⅱ類(lèi)區(qū)一致，禁燃區(qū)外執(zhí)行國(guó)標(biāo)特別排放限值的要求(見(jiàn)表5)。另外標(biāo)準(zhǔn)還根據(jù)生物質(zhì)燃料鍋爐特性確定了相關(guān)污染物排放限值。

表3 Ⅰ類(lèi)區(qū)鍋爐大氣污染物排放濃度限值

表4 Ⅱ類(lèi)區(qū)鍋爐大氣污染物排放濃度限值

表5 Ⅲ類(lèi)區(qū)鍋爐大氣污染物排放濃度限值

2.5 燃?xì)忮仩t低氮燃燒技術(shù)及氮氧化物排放限值比較

燃?xì)忮仩t低氮燃燒技術(shù)是根據(jù)燃燒過(guò)程中NOX的生成機(jī)理，通過(guò)改進(jìn)燃燒技術(shù)來(lái)降低燃燒過(guò)程N(yùn)OX的生成與排放，主要途徑有：降低燃料周?chē)难鯘舛?，減小爐內(nèi)過(guò)?？諝庀禂?shù)，降低爐內(nèi)空氣總量，或減小一次風(fēng)量及揮發(fā)分燃盡前燃料與二次風(fēng)的混和，降低著火區(qū)段的氧濃度；在氧濃度較低的條件下，維持足夠的停留時(shí)間，抑制空氣中的氮生成NOX，同時(shí)還原分解已生成的NOX；在空氣過(guò)剩的條件下，降低燃燒溫度，減少熱力型NOX的生成。國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較廣泛的低氮控制技術(shù)主要包括分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)、貧燃預(yù)混燃燒等，一般可使NOX的排放量降低30%～80%。采用上述低氮控制技術(shù)的低氮燃燒器通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的燃燒器結(jié)構(gòu)來(lái)改變?nèi)紵鞯目杖急?，使在燃燒器?nèi)部或出口射流的空氣分級(jí)，以控制燃燒器中燃料與空氣的混合過(guò)程，盡可能降低著火區(qū)的溫度和氧濃度，在保證燃料著火和充分燃燒的同時(shí)能有效地抑制NOX的生成。

目前各地的地方標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)本地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整及鍋爐污染治理水平提出的燃?xì)忮仩t低氮排放限值的范圍是30～80 mg/m3，在GB13271-2014特別排放限值(150mg/m3)的基礎(chǔ)上收嚴(yán)了80%～47%(見(jiàn)圖6)。本標(biāo)準(zhǔn)要求Ⅰ類(lèi)區(qū)高污染燃料禁燃區(qū)內(nèi)燃?xì)忮仩t低氮控制水平與國(guó)內(nèi)發(fā)達(dá)地區(qū)看齊，達(dá)到30mg/m3；其它地區(qū)氮氧化物排放達(dá)到國(guó)內(nèi)低氮排放控制的中等水平或GB13271-2014特別排放限值即可。

圖6 新建燃?xì)忮仩tNOX排放限值比較

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)鍋爐大氣污染物地方排放標(biāo)準(zhǔn)、四川省空氣質(zhì)量狀況、四川省鍋爐使用及排放現(xiàn)狀、燃?xì)忮仩t低氮燃燒技術(shù)的研究，提出四川省鍋爐大氣污染物地方排放標(biāo)準(zhǔn)制訂的主要思路：

3.1 根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、人口聚集程度、空氣質(zhì)量狀況及相關(guān)環(huán)境管理要求，將全省劃分為三類(lèi)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域再按照高污染燃料禁燃區(qū)內(nèi)外分別制訂大氣污染物排放限值。

3.2 在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集、大氣污染防治壓力較大的地區(qū)(Ⅰ類(lèi)區(qū))全面禁煤并要求燃?xì)忮仩t低氮排放，規(guī)定氮氧化物排放限值為30 mg/m3(高污染燃料禁燃區(qū)內(nèi))或60 mg/m3(高污染燃料禁燃區(qū)外)；其它地區(qū)(Ⅱ、Ⅲ類(lèi)區(qū))在高污染燃料禁燃區(qū)內(nèi)推進(jìn)燃?xì)忮仩t低氮改造工作，規(guī)定氮氧化物排放限值為60 mg/m3，在禁燃區(qū)外嚴(yán)格控制燃煤鍋爐及燃生物質(zhì)鍋爐排放。

3.3 根據(jù)鍋爐的定義及熱風(fēng)爐的工作原理，將熱風(fēng)爐納入地方標(biāo)準(zhǔn)的管理范疇；為了監(jiān)控鍋爐的完全燃燒程度，增加一氧化碳排放濃度限值。

3.4 建議在繼續(xù)推進(jìn)燃煤小鍋爐淘汰時(shí)，充分考慮天然氣管道鋪設(shè)和供電線路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進(jìn)“煤改氣”、“煤改電”工程建設(shè)；加大對(duì)工業(yè)鍋爐除塵、脫硫、脫硝設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)行管理；提高生物質(zhì)利用率，規(guī)范生物質(zhì)成型材料的加工生產(chǎn)，為生物質(zhì)鍋爐健康發(fā)展保證合格原料供應(yīng)[3]。