福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的可行性研究*

劉文貴

(1.福建省環(huán)境科學研究院，福建 福州 350013;2.福建省環(huán)境工程重點實驗室，福建 福州 350013)

1 概述

《大氣污染防治行動計劃》實施以來，福建省城市空氣質量總體上明顯改善，但空氣質量保持高位運行下，臭氧和細顆粒物(PM2.5)的防控壓力依舊較大。近年來沿海區(qū)域出現(xiàn)以臭氧為首要污染物的超標情況，而工業(yè)鍋爐是大氣污染排放的重要貢獻源之一，其排放的污染物(如顆粒物、SO2以及NOx)是影響大氣質量的重要因子。研究表明，SO2、NOx等污染物可直接危害人體健康和生態(tài)系統(tǒng)，其中NOx還是臭氧污染的前驅污染物[1]。福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐分布較為密集，且現(xiàn)行工業(yè)鍋爐大氣污染物排放的控制要求相對薄弱。加強對沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐大氣污染物排放的控制，是減輕福建省臭氧污染的有效手段，也是有效改善福建省大氣環(huán)境質量的重要措施。而對福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行針對國土開發(fā)密度已經(jīng)較高、環(huán)境承載能力開始減弱的敏感地區(qū)而設定的大氣污染物特別排放限值，是加強控制顆粒物、SO2及NOx等污染物的排放，有效遏制臭氧污染的必要手段[2]。

因此，本文結合福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐使用情況資料、涉工業(yè)鍋爐企業(yè)污染物排放及污染治理情況數(shù)據(jù)等，分析福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐主要污染物排放特征，論證執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的技術可行性，定量評估沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐施行特別排放限值的經(jīng)濟可行性和減排效益。對福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的整治，推動能源和產(chǎn)業(yè)結構調整，環(huán)境空氣質量精細化、系統(tǒng)化管理，加快實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標等工作有重要的學術意義和現(xiàn)實價值。

2 資料與方法

2.1 資料

以福建省沿海區(qū)域(包括福州市、廈門市、泉州市、寧德市、莆田市、漳州市、平潭綜合實驗區(qū))為研究范圍，研究對象為執(zhí)行《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2014)的工業(yè)鍋爐項目(65t/h及以上燃煤鍋爐項目除外)。

福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自福建省市場監(jiān)督管理局及福建省工業(yè)和信息化廳提供的福建省在冊在用工業(yè)鍋爐數(shù)據(jù)表。工業(yè)鍋爐SO2、NOx、PM10和PM2.5的年排放量數(shù)據(jù)來源于福建省大氣污染物源排放清單研究結果，企業(yè)信息、污染排放信息等來源于福建省生態(tài)云平臺污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)以及沿海區(qū)域重點行業(yè)典型企業(yè)自行監(jiān)測報告。

2.2 研究方法

利用所收集資料數(shù)據(jù)(僅統(tǒng)計執(zhí)行《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2014)的在冊在用工業(yè)鍋爐數(shù)量。另外，福建省65t/h及以上燃煤鍋爐超低排放改造接近完成，因此，65t/h及以上燃煤鍋爐不納入本研究統(tǒng)計范圍)，對福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐數(shù)量、額定出力分布情況和各主要污染物排放現(xiàn)狀進行統(tǒng)計分析，研判沿海區(qū)域及區(qū)域內各地市的工業(yè)鍋爐使用和分布情況及各污染物排放現(xiàn)狀特征，并對目前福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的脫硫、脫硝技術和顆粒物控制水平進行分析。

通過調查研究工業(yè)鍋爐的工藝及技術發(fā)展現(xiàn)狀等相關資料，以及相關污染物治理技術和排放控制水平，分析論證福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值的技術可行性。分析區(qū)域內工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值條件下，企業(yè)為達到特別排放限值所需增加的設備投入及運行成本。同時評價區(qū)域內工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值后各污染物總量削減情況，并論述其對緩解福建省沿海區(qū)域臭氧污染、改善區(qū)域大氣環(huán)境質量的減排效益。

結合福建省實際情況與環(huán)境管理需求，對福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值給出相關建議。

3 主要結果

3.1 工業(yè)鍋爐使用和分布情況

根據(jù)福建省在冊在用工業(yè)鍋爐數(shù)據(jù)表，福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的鍋爐數(shù)量共計4526臺，鍋爐額定出力(折算蒸噸)總和為20703.67t/h。全省沿海區(qū)域在冊在用工業(yè)鍋爐的使用情況分布如圖1～圖2所示。從工業(yè)鍋爐現(xiàn)狀數(shù)量地區(qū)分布來看，漳州市、泉州市和福州市在冊工業(yè)鍋爐存量較大，分別為1204臺、1196臺和877臺；從各地市額定出力(折算蒸噸)總和分布來看，前三位分別是漳州市、泉州市、福州市。

圖1 各地市工業(yè)鍋爐數(shù)量分布

圖2 工業(yè)鍋爐額定出力(折算蒸噸)總和各地市分布情況

3.2 主要污染物排放特征

根據(jù)福建省大氣污染物源排放清單研究結果，福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的SO2、NOx、PM10和PM2.5年排放量達到了20200.49t、29933.38t、8320.20t和5104.47t，分別占全省工業(yè)鍋爐SO2、NOx、PM10和PM2.5總排放量的77.55%、74.02%、68.45%和66.48%，沿海區(qū)域鍋爐各主要污染物排放量顯著高于內陸山區(qū)。從各污染物排放量來看，SO2和NOx排放量較高，是福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐主要控制的污染物，詳見圖3。從地區(qū)排放量來看，漳州、泉州和福州(含平潭綜合實驗區(qū))的工業(yè)鍋爐主要污染物排放總量位居前三位，隨后是寧德市和莆田市，如圖4所示。從沿海區(qū)域各城市污染物的排放情況來看，SO2和NOx的高排放城市為福州市(含平潭綜合實驗區(qū))、泉州市和漳州市，而泉州市、漳州市和寧德市顆粒物(PM10和PM2.5)的排放量相對較高。

圖3 福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐主要污染物排放情況

圖4 福建省沿海區(qū)域各地市工業(yè)鍋爐主要污染物排放貢獻分布

3.3 主要污染物排放控制現(xiàn)狀

本研究收集了福建省沿海區(qū)域典型行業(yè)涉工業(yè)鍋爐企業(yè)廢氣污染物排放數(shù)據(jù)，調查企業(yè)類型涵蓋印染紡織、陶瓷、食品制造、木材加工、氯堿、合成樹脂等行業(yè)，鍋爐類型涉及化工鍋爐和生物質鍋爐，具體情況詳見表1。調查數(shù)據(jù)顯示福建省沿海區(qū)域典型行業(yè)涉鍋爐企業(yè)廢氣污染物中SO2排放已基本能滿足特別排放限值要求；而涉鍋爐企業(yè)的NOx和煙塵控制水平則參差不齊，涉鍋爐企業(yè)的NOx和顆粒物排放能達到相應特別排放限值水平的比例僅分別約為48%和62%，一定程度反映了沿海區(qū)域現(xiàn)狀鍋爐的NOx和顆粒物控制還有較大的提升空間。

表1 典型行業(yè)涉工業(yè)鍋爐企業(yè)鍋爐排氣筒有組織廢氣污染物排放調查匯總表 單位：mg·m-3

3.4 工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值的技術可行性分析

若要全面執(zhí)行特別排放要求，重點行業(yè)化工鍋爐和生物質鍋爐需進行脫硝工藝和顆粒物治理工藝的提升改造。

目前廣泛使用的鍋爐脫硝技術包括：低氮燃燒技術(LNB)、選擇性催化還原(SCR)、非選擇性催化還原(SNCR)等技術。低氮燃燒技術(LNB)實現(xiàn)從源頭控制NOx排放，是降低鍋爐NOx排放最主要也是比較成熟的技術措施，一般情況下，最多能達到50%的脫氮效率，工業(yè)鍋爐通過低氮燃燒改造，NOx的排放濃度可降至200 mg/m3以內。SCR法脫硝技術是目前國內外最成熟可靠的脫硝技術，脫硝效率高，系統(tǒng)安全穩(wěn)定，最高的脫硝效率能達到95%以上。而SNCR相較于SCR法，不使用催化劑、運行成本低、有很大的經(jīng)濟優(yōu)勢，但脫硝效率略低(約為40%～70%)，可以作為低氮燃燒技術(LNB)的補充處理手段。

工業(yè)鍋爐煙塵凈化技術包括已成熟并廣泛應用的靜電除塵、布袋除塵、電袋復合除塵等技術。靜電除塵器與其他除塵設備相比，耗能少，除塵效率高(除塵效率95%～99%)。與靜電除塵器相比，布袋除塵器運行穩(wěn)定、控制簡單、安全性好、除塵效率和靜電除塵相當，但對設備管理要求相對嚴格。而電袋復合式技術有機結合了靜電除塵和布袋除塵的特點，除塵效率高達99.9%以上，可實現(xiàn)顆粒物10mg/m3以下的超低排放要求。

因此，燃煤鍋爐NOx控制可選擇優(yōu)化燃燒、煙氣再燃、優(yōu)化爐膛設計等方案，亦可采用尾端治理技術。執(zhí)行200mg/m3的特別排放標準限值，在優(yōu)化燃燒、合理配風、煙氣再燃等技術的基礎上可采用優(yōu)化爐膛設計等高效節(jié)能環(huán)保措施；若需進一步降低NOx排放濃度，可在優(yōu)化設計方案的基礎上，增設多級高效脫硝裝置，以保證達標排放。燃油鍋爐和燃氣鍋爐采用低NOx燃燒技術并增加降氮脫硝末端處理裝置，可穩(wěn)定達到相應的鍋爐NOx特別排放限值。

對于工業(yè)鍋爐的顆粒物控制，燃煤鍋爐顆粒物執(zhí)行30mg/m3的特別排放標準限值，可聯(lián)用布袋除塵、電袋復合除塵及多級除塵等技術，從而達到顆粒物的特別排放限值要求[3-7]。對于燃油鍋爐，可通過燃燒控制的方式達到特別排放限值，如果達不到限值要求，需采用除塵裝置進行處理。而燃氣鍋爐一般只需燃用清潔燃料即可滿足特別排放限值要求。

而對于生物質成型燃料鍋爐的污染控制來說，需采用高效的專用生物質鍋爐及選取優(yōu)質成型燃料，并經(jīng)旋風除塵+布袋除塵的二級除塵處理，從而滿足特別排放限值要求。

3.5 執(zhí)行特別排放限值的經(jīng)濟可行性分析及減排效益

根據(jù)實地調研結果，相關投資及運行成本如下：

工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值，部分鍋爐需要進行除塵改造，高效除塵改造平均每蒸噸約6萬元，對于顆粒物治理，除塵設備的主要運行成本來自除塵布袋破損的更換等，脫除每噸污染物所需要的運行費約640元。而進行脫硝改造的設備投入約每蒸噸12萬～15萬元，分攤到每噸蒸汽上的運維成本約為7元。根據(jù)以上數(shù)據(jù)資料，福建省沿海區(qū)域施行鍋爐大氣污染物特別排放限值，環(huán)保設備投資約37.27億～43.48億元，運行(含折舊)費用約12.9億元/年。另外，通過文獻和企業(yè)實地調研，沿海區(qū)域典型行業(yè)涉工業(yè)鍋爐企業(yè)為實現(xiàn)特別排放限值而進行的脫硝改造和強化除塵措施的設備投資費用約占企業(yè)年利潤的3%～7%，而運行(含折舊)費用則約占1%～2%，同時考慮到技術和設備升級對企業(yè)產(chǎn)值增加具有一定的促進作用，因此工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值造成的福建省沿海區(qū)域涉鍋爐企業(yè)生產(chǎn)成本的增加尚在企業(yè)可承受范圍之內。

福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行大氣污染物特別排放限值后，SO2、NOx、顆粒物排放限值與現(xiàn)有排放限值相比，分別至少降低25%、25%、33%，初步預估經(jīng)過改造后SO2、NOx和顆粒物總減排量分別達到6369.94t、10317.14t和4474.44t。

對福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行大氣污染物特別排放限值進行費用效益分析[8]，把因工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值產(chǎn)生污染減排而帶來的“環(huán)境退化成本”降低視同“污染減排效益”。根據(jù)李紅祥、王俊宇等人對污染減排的費用效益分析成果，大氣污染物減排的費用效益比約為2.65～3.40，污染減排的效益遠大于治理投入的費用[9-10]。利用上述分析結果，福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行大氣污染物特別排放限值后，污染物減排的總效益為34.19億元/年～43.86億元/年，凈效益為21.29億元/年～30.96億元/年，減排效益明顯。

福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行大氣污染物特別排放限值對工業(yè)鍋爐的污染物排放提出了更高要求，有助于進一步加快福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的整治提升進度，促進企業(yè)清潔能源替代，加強源頭管控，推廣使用先進生產(chǎn)工藝，淘汰工藝落后、污染嚴重的企業(yè)，推動實現(xiàn)能源結構和產(chǎn)業(yè)結構調整目標，有效改善環(huán)境質量，加快向低碳、脫碳轉型，助力實現(xiàn)全省碳達峰目標和碳中和愿景。

4 結論與建議

4.1 結論

①從工業(yè)鍋爐現(xiàn)狀數(shù)量地區(qū)分布來看，福建省沿海區(qū)域中，漳州市、泉州市和福州市在冊工業(yè)鍋爐存量較大；從各地市額定出力(折算蒸噸)總和分布來看，前三位分別是漳州市、泉州市、福州市。

②沿海區(qū)域鍋爐各主要污染物排放量顯著高于內陸山區(qū)。從各污染物排放量來看，SO2和NOx排放量較高，是福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的需要控制的主要污染物。從地區(qū)排放量來看，福建省沿海區(qū)域漳州、泉州和福州(含平潭綜合實驗區(qū))的工業(yè)鍋爐主要污染物排放總量位居前三位，隨后是寧德市和莆田市。

③福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐SO2排放已基本能達到特別排放限值要求，提標改造的重點在脫硝和除塵。目前，工業(yè)鍋爐的NOx和顆粒物排放的控制措施較為成熟，執(zhí)行鍋爐大氣污染物特別排放限值在技術層面具備可行性，現(xiàn)有鍋爐可通過采用清潔燃料、優(yōu)化燃燒控制以及增設脫硫、脫硝和強化除塵措施等方式實現(xiàn)特別排放限值排放要求。

④福建省沿海區(qū)域施行鍋爐大氣污染物特別排放限值，環(huán)保設備投資約為37.27億～43.48億元，運行(折舊)費用約12.9億元/年，所增加的生產(chǎn)成本尚在企業(yè)可承受范圍之內。SO2、NOx和顆粒物年減排量將分別達到6369.94t、10317.14t和4474.44t，污染物減排的總效益為34.19億元/年～43.86億元/年，凈效益為21.29億元/年～30.96億元/年，減排效益明顯。執(zhí)行大氣污染物特別排放限值對沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的污染物排放提出了更高的要求，有助于加快工業(yè)鍋爐整治提升，推動能源結構調整，有效改善環(huán)境質量。

4.2 建議

①福建省沿海區(qū)域現(xiàn)有鍋爐盡快分批施行鍋爐大氣污染物特別排放限值，新建鍋爐的審批應嚴格按照特別排放限值相關要求實施。

②完善相關政策及激勵機制，積極引導涉工業(yè)鍋爐企業(yè)采用清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排工藝技術。

③加快出臺中小鍋爐脫硝、降塵最佳可行技術導則及污染治理工程技術規(guī)范，為污染防治設施建設及升級提供技術支撐。