陳樹(shù)沛,譚光輝,吳僑旭,陳健洪
(1.江門市新會(huì)區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站,廣東江門529100;2.江門市新會(huì)區(qū)環(huán)境科學(xué)研究所,廣東江門529100)
江門市燃生物質(zhì)鍋爐的排污現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)策
陳樹(shù)沛1,譚光輝1,吳僑旭2,陳健洪2
(1.江門市新會(huì)區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站,廣東江門529100;2.江門市新會(huì)區(qū)環(huán)境科學(xué)研究所,廣東江門529100)
生物質(zhì)成型顆粒是《江門市能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中著力發(fā)展的能源之一。結(jié)合目前江門市燃生物質(zhì)鍋爐的使用和排污情況,分析當(dāng)前存在問(wèn)題,探討改善江門市燃生物質(zhì)鍋爐污染的對(duì)策,也為其他地區(qū)的燃生物質(zhì)成型顆粒鍋爐排污提供參考。
江門市;生物質(zhì);顆粒燃料;排污;對(duì)策
從20世紀(jì)80年代至今,生物質(zhì)成型顆粒燃料已經(jīng)在我國(guó)發(fā)展近20年。2016年國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布了《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》,提出加快發(fā)展生物質(zhì)能,進(jìn)一步要求提高生物質(zhì)能利用效率和效益[1]。隨著近年來(lái)霧霾狀況的廣為關(guān)注,生物質(zhì)燃料得到很大的發(fā)展,在很多地區(qū)要求將城鎮(zhèn)小型燃煤供熱鍋爐改造為以生物質(zhì)為燃料,生物質(zhì)燃料的銷售達(dá)到了前所未有的高度。
江門市的燃生物質(zhì)鍋爐主要是小型鍋爐(10 t/h以內(nèi)),應(yīng)用始于2008年。目前在江門地區(qū)普遍使用的生物質(zhì)燃料為生物質(zhì)成型顆粒燃料,其是通過(guò)機(jī)械力將鋸末和樹(shù)皮等林業(yè)廢棄物等生物質(zhì)原料壓縮或擠壓成為容積密度較大、熱效率較高,便于貯存、運(yùn)輸?shù)墓腆w成型燃料[2]。隨著大氣污染防治壓力繼續(xù)加大,生物質(zhì)成型顆粒的應(yīng)用普及較快。特別在2013年后,江門市人民政府印發(fā)了《關(guān)于印發(fā)江門市大氣污染防治實(shí)施方案(2014—2017年)的通知》,要求“全面推動(dòng)鍋爐污染整治”;“2015年底前全市10 t/h及以下使用高污染燃料的小鍋爐須完成淘汰或改燃清潔能源工作”;“新建鍋爐須使用清潔能源或配套先進(jìn)污染治理設(shè)施,滿足相關(guān)技術(shù)要求,確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放”[3]。根據(jù)統(tǒng)計(jì),到2015年底,各類生物質(zhì)能年利用量約3 500萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤[1],而江門生物質(zhì)成型顆粒利用量約26萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。目前,江門市10 t/h以內(nèi)的小型鍋爐都基本改成燃生物質(zhì)成型顆粒。
2.1 燃生物質(zhì)成型顆粒鍋爐的常規(guī)污染物
生物質(zhì)成型顆粒燃燒產(chǎn)生污染物主要包括顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、酸性氣體、重金屬以及二惡英等,污染物的性質(zhì)和產(chǎn)量與生物質(zhì)成型顆粒自身質(zhì)量和特性有關(guān)[4]。筆者著重從一般鍋爐的煙氣污染物(顆粒物、二氧化硫和氮氧化物)去分析燃生物質(zhì)成型顆粒鍋爐的污染物。
2.1.1 顆粒物
顆粒物主要來(lái)自生物質(zhì)成型顆粒中可燃物質(zhì)不完全燃燒形成的炭黑顆粒、生物質(zhì)受熱分解產(chǎn)生各種揮發(fā)性有機(jī)顆粒和不可燃物質(zhì)發(fā)生一系列變化形成的飛灰顆粒[5-6]。在燃燒充分的鍋爐中,炭黑顆粒及有機(jī)顆粒含量很低,顆粒物以飛灰顆粒為主。
2.1.2 二氧化硫
一般生物質(zhì)成型顆粒的含硫量少,其存在形式主要為有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫酸鹽[7]。燃燒生物質(zhì)成型顆粒時(shí)硫主要以二氧化硫排出,少量以硫酸鹽存在于灰渣與設(shè)備表面上[8]。
2.1.3 氮氧化物
生物質(zhì)成型顆粒產(chǎn)生的氮氧化物主要分為兩個(gè)階段:熱解階段和固定碳燃燒階段。燃料內(nèi)含有的大多數(shù)氮元素以氫氰酸、氨的形式在熱解過(guò)程中析出,然后在有氧條件下被氧化成氮氧化物。在固定碳燃燒階段,大部分氮被氧化為一氧化氮,也有小部分繼續(xù)與固定碳發(fā)生快速異相反應(yīng)還原生成氮?dú)?。在氮氧化物中,一氧化氮約為90%,二氧化氮約占5%[9]。
2.2 江門市燃生物質(zhì)鍋爐的排污情況
根據(jù)近10年燃生物質(zhì)鍋爐的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)主要的超標(biāo)污染物為顆粒物和氮氧化物。繪制本地區(qū)鍋爐排放污染物(顆粒物、二氧化硫和氮氧化物)的年均排放情況,如圖1。
圖1 燃生物質(zhì)鍋爐排放污染物年均值(2008—2016年)
由圖1可知,江門地區(qū)燃生物質(zhì)鍋爐排放的氮氧化物與顆粒物呈下降趨勢(shì),二氧化硫接近零排放。這也反映了地區(qū)生物質(zhì)成型顆粒的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展、排放標(biāo)準(zhǔn)越發(fā)嚴(yán)格及廢氣治理設(shè)施的完善等情況。
2.3 燃生物質(zhì)鍋爐的排污狀況分析
廣東省環(huán)境保護(hù)廳于2014年印發(fā)了《關(guān)于生物質(zhì)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(hào)),要求生物質(zhì)成型燃料鍋爐的顆粒物、二氧化硫和氮氧化物的排放濃度限值按照廣東省《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB44/765-2010)的燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,并按照國(guó)家《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271-2014)基準(zhǔn)氧含量9%折算排放濃度[10]。設(shè)置基準(zhǔn)氧含量按照9%折算,主要是根據(jù)實(shí)際鍋爐操作和研究發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)成型顆粒燃燒的空氣過(guò)剩系數(shù)一般在1.6以上[11]。生物質(zhì)成型顆粒與天然氣在同樣的條件下燃燒,生物質(zhì)成型顆粒產(chǎn)生的顆粒物、氮氧化物較多。若燃生物質(zhì)成型顆粒鍋爐按照燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn),那么空氣過(guò)剩系數(shù)需在1.2左右,這在技術(shù)上要求做到鍋爐達(dá)標(biāo)排放是比較困難的。
江門市環(huán)境保護(hù)局在2016年通過(guò)江環(huán)函[2016] 107號(hào)文進(jìn)一步明確燃生物質(zhì)成型燃料鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[12]為:顆粒物30 mg/m3,二氧化硫50 mg/m3,氮氧化物200 mg/m3。在嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)和鍋爐整治形勢(shì)下,新建的燃生物質(zhì)成型顆粒鍋爐和建成的小型鍋爐,都改為使用專門的生物質(zhì)鍋爐或者對(duì)原燃煤鍋爐進(jìn)行改造,并配套袋式除塵器。
探究顆粒物和氮氧化物超標(biāo)的原因,有以下幾方面。
(1)目前,江門市的燃生物質(zhì)鍋爐大部分是燃煤鍋爐改造而成,使用專用的生物質(zhì)鍋爐企業(yè)很少,不少甚至沒(méi)有經(jīng)過(guò)改造直接更換所謂為生物質(zhì)鍋爐的銘牌而已。就全地區(qū)而言,燃生物質(zhì)鍋爐總體設(shè)施比較老舊,欠缺維護(hù)。很多企業(yè)仍然用原來(lái)燃煤的方式去對(duì)生物質(zhì)成型顆粒進(jìn)行使用,導(dǎo)致鍋爐熱效率低下。煙氣中含氧量較高,引起顆粒物或者氮氧化物超標(biāo)。例如在監(jiān)測(cè)一些顆粒物超標(biāo)的企業(yè)時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)采樣的玻璃纖維濾筒炭黑顆粒特別多,這表明生物質(zhì)成型顆粒在爐膛中燃燒情況。
(2)考慮到運(yùn)輸成本、使用便捷等因素,燃生物質(zhì)鍋爐目前使用的生物質(zhì)成型顆?;臼潜镜貐^(qū)企業(yè)生產(chǎn)的。因?yàn)樾袠I(yè)準(zhǔn)入門檻較低,本地生物質(zhì)成型顆粒企業(yè)數(shù)量迅速增加,但規(guī)模都比較小,生產(chǎn)設(shè)備落后,原材料來(lái)源不固定,產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。隨著江門市鍋爐污染整治和環(huán)保督察的開(kāi)展,生物質(zhì)成型顆粒常出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象,生物質(zhì)成型顆粒價(jià)格已經(jīng)攀升到每噸上千元。部分生產(chǎn)企業(yè)為了獲得更多利潤(rùn),常以其他雜質(zhì),例如泥土、工業(yè)廢棄物等摻進(jìn)顆粒中去,或者使用膠黏劑和助劑不恰當(dāng)(膠黏劑和助劑是生物質(zhì)成型顆粒生產(chǎn)的關(guān)鍵工序之一[13-14])。這往往使得生物質(zhì)成型顆粒燃燒時(shí)產(chǎn)生了新的污染物或者加重了原有污染物的排放濃度,也對(duì)鍋爐本身和廢氣治理設(shè)施造成的損壞。筆者曾遇到某些企業(yè)因?yàn)槭褂玫纳镔|(zhì)成型顆粒中含有廢棄塑料,導(dǎo)致了排放的廢氣中二氧化硫濃度很高,企業(yè)的鍋爐也偶發(fā)結(jié)焦引起爐膛堵死,布袋除塵設(shè)施中的布袋也因長(zhǎng)期接觸此類廢氣而老化加速。而生物質(zhì)成型顆粒目前尚未有一個(gè)明確的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范生產(chǎn)企業(yè),使用單位也無(wú)法鑒別所購(gòu)生物質(zhì)成型顆粒的質(zhì)量是否滿足要求。
在日常監(jiān)測(cè)時(shí),個(gè)別燃生物質(zhì)成型顆粒鍋爐排放煙氣中含有二氧化硫,一般在10~30 mg/m3。在正常燃燒下,生物質(zhì)成型顆粒產(chǎn)生的二氧化硫應(yīng)該基本不會(huì)隨煙氣排出[15]。究其原因主要是兩個(gè):一是企業(yè)在燃燒生物質(zhì)成型顆粒的同時(shí)摻入了煤或者其他雜質(zhì)燃料(如企業(yè)的工業(yè)廢棄物);二是部分生物質(zhì)成型顆粒生產(chǎn)過(guò)程中加入了添加劑或者原材料混有雜質(zhì)。
在日漸嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)下,進(jìn)一步改善燃生物質(zhì)成型顆粒鍋爐污染是一個(gè)值得探究的問(wèn)題。筆者認(rèn)為可以從以下方面去改善。
3.1 科學(xué)定位生物質(zhì)燃料,促進(jìn)行業(yè)發(fā)展
2017年3月27日,環(huán)保部發(fā)布《高污染燃料目錄》,生物質(zhì)燃料劃分為高污染燃料,這與目前國(guó)家一些能源政策有所背離。而在江門乃至整個(gè)廣東地區(qū),生物質(zhì)燃料處于比較尷尬的位置,其是在天然氣等清潔能源的供應(yīng)和成本問(wèn)題解決前作為燃煤鍋爐改造過(guò)程中的一種替代燃料。在很多宣傳場(chǎng)合上,對(duì)生物質(zhì)燃料的推廣態(tài)度為使用上不支持也不反對(duì),這無(wú)論對(duì)燃料使用企業(yè)還是生產(chǎn)企業(yè)都產(chǎn)生了消極的影響。生物質(zhì)燃料可以有效消納農(nóng)林廢棄物,減少大氣污染排放,符合可持續(xù)發(fā)展的要求,對(duì)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)持續(xù)發(fā)展有著重要意義[16],理應(yīng)受到鼓勵(lì)。建議有關(guān)部門明確生物質(zhì)燃料的地位,順應(yīng)國(guó)家可再生能源戰(zhàn)略。
另外,生物質(zhì)成型燃料屬于可再生能源,我國(guó)生物質(zhì)的推廣相比國(guó)外稍顯緩慢。盡管逐步出臺(tái)了生物質(zhì)成型顆粒燃料制備、采樣方法、測(cè)試方法和一些技術(shù)方法等,但對(duì)生物質(zhì)燃料工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)體系而言還很不完善。建議國(guó)家相關(guān)部門盡快制定出臺(tái)生物質(zhì)燃料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)設(shè)備、產(chǎn)品、工程技術(shù)等方面進(jìn)行規(guī)范化,使得相關(guān)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展,構(gòu)筑起生產(chǎn)企業(yè)、使用企業(yè)、銷售商以及鍋爐制造商之間的鏈接平臺(tái),促進(jìn)生物質(zhì)成型顆粒技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的規(guī)范[17]。
3.2 加大政策優(yōu)惠,加快生產(chǎn)企業(yè)升級(jí)改造
江門地區(qū)的生物質(zhì)成型顆粒生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小,生產(chǎn)設(shè)備落后,產(chǎn)量難以保證。在未來(lái),裝備更新?lián)Q代和清潔生產(chǎn)必然成為生物質(zhì)成型顆粒企業(yè)的趨勢(shì)。生產(chǎn)者應(yīng)該提高管理意識(shí),改善生產(chǎn)工藝與設(shè)備,提升設(shè)備自動(dòng)化程度,提高集約化程度,從而增加企業(yè)效益。構(gòu)建完整的原材料供應(yīng)鏈,積極尋求價(jià)格低廉、數(shù)量可靠的原料[18]。在現(xiàn)有鋸末、樹(shù)皮的基礎(chǔ)上,發(fā)展秸稈和甘蔗等材料,開(kāi)拓農(nóng)業(yè)廢棄物的利用途徑。針對(duì)燃燒生物質(zhì)成型顆粒產(chǎn)生氮氧化物的問(wèn)題,根據(jù)生物質(zhì)燃燒過(guò)程中氮的轉(zhuǎn)化路徑與機(jī)理,積極研究控制方法,例如吳明洋等人研究發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)時(shí)添加納米三氧化二鐵或者鐵單質(zhì),可以將一氧化氮的前驅(qū)物氰化氫還原為氮?dú)饣蛘咧苯訉⑸傻囊谎趸€原為氮?dú)鈁19],從而減少氮氧化物排放。
另外可以成立行業(yè)協(xié)會(huì),從而起著協(xié)調(diào)、溝通的作用。一方面,要向政府部門爭(zhēng)取有利的法律、政策,并與政府部門形成合力;另一方面,要積極參與行業(yè)規(guī)范的制定和行業(yè)許可證及資質(zhì)審查,以發(fā)布行業(yè)統(tǒng)一認(rèn)證標(biāo)志等形式,形成良性競(jìng)爭(zhēng)氛圍,協(xié)調(diào)市場(chǎng)價(jià)格,促使行業(yè)健康發(fā)展[20]。
當(dāng)前雖然國(guó)家對(duì)生物質(zhì)燃料出臺(tái)過(guò)一些補(bǔ)貼政策,以促使行業(yè)發(fā)展。但江門市所屬的華南地區(qū)生物質(zhì)成型顆粒主要為木質(zhì)顆粒,生產(chǎn)企業(yè)基本享受不了政策的優(yōu)惠與補(bǔ)貼。面對(duì)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)和原材料價(jià)格的攀升,不少企業(yè)因生產(chǎn)成本問(wèn)題選擇退出市場(chǎng)或者降低產(chǎn)品質(zhì)量。因此,建議進(jìn)一步制定生物質(zhì)成型顆粒相關(guān)的法律、法規(guī)和經(jīng)濟(jì)政策,特別在立法、規(guī)劃、財(cái)政補(bǔ)貼、金融扶持、稅收優(yōu)惠以及項(xiàng)目資金支持等方面[14],以此促進(jìn)行業(yè)健康、快速發(fā)展。
3.3 排污單位鍋爐與配套設(shè)施的改造和更新
與煤相比,生物質(zhì)成型顆粒的含水率、揮發(fā)分和灰分較高,熱值較低。排污企業(yè)在條件允許情況下盡量更換生物質(zhì)成型燃料專用鍋爐,以確保生物質(zhì)燃料得以充分的燃燒利用。確要原來(lái)燃煤鍋爐進(jìn)行改造的,需要結(jié)合生物質(zhì)燃料的特性對(duì)鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu),例如前后拱、爐排、風(fēng)煙系統(tǒng)和入料口等進(jìn)行合理的改造,并注意加強(qiáng)鍋爐和管道的氣密性。改變過(guò)去燃煤鍋爐的操作方法,根據(jù)生物質(zhì)燃料特點(diǎn)優(yōu)化鍋爐的燃燒條件,及時(shí)清理爐膛積灰,提高燃燒效率,降低鍋爐設(shè)備的腐蝕,減少鍋爐廢氣的污染物產(chǎn)生。
在選購(gòu)燃料的問(wèn)題上,應(yīng)多向生產(chǎn)或供應(yīng)商生物質(zhì)成型顆粒生產(chǎn)了解原材料來(lái)源,盡可能選擇色澤光澤較好、無(wú)裂痕、不容易破碎、無(wú)異味的顆粒,切忌貪圖便宜。
同時(shí),強(qiáng)化鍋爐廢氣的治理設(shè)施,必須配套使用高效除塵器,經(jīng)常對(duì)鍋爐和治理設(shè)施的管路進(jìn)行檢查和維護(hù)。針對(duì)生物質(zhì)成型顆粒燃燒產(chǎn)生氮氧化物,可以應(yīng)用選擇性非催化還原技術(shù),往爐膛內(nèi)噴氨、尿素或氫氨酸,還原氮氧化物。也可以采用燃料分級(jí)燃燒(再燃燒)法,利用生物質(zhì)熱解氣(如氫氣、一氧化碳和甲烷等)把氮氧化物還原成氮?dú)庠倥欧臶21-22]。
生物質(zhì)成型顆粒可以帶來(lái)可持續(xù)的環(huán)境利益,其推廣有賴于相關(guān)政策法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的保障,產(chǎn)業(yè)的升級(jí)以及環(huán)保行業(yè)的發(fā)展。在軟硬件支持下,生物質(zhì)成型顆粒是值得推廣的燃料。
[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的通知(發(fā)改能源[2016] 2619號(hào))[EB/OL].2016-12-10,http://www.sdpc.gov.cn/ zcfb/zcfbtz/201612/t20161216_830264.html.
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[3]江門市人民政府.江門市人民政府關(guān)于印發(fā)《江門市大氣污染防治實(shí)施方案(2014-2017年)》的通知(江府函[2014]132號(hào)) [EB/OL],2014-06-21,http://zwgk.gd.gov.cn/007062431/ 201408/t20140805_540688.html.
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Pollutant discharge status and development countermeasures of Jiangmen municipal boiler
CHEN Shupei1,TAN Guanghui1,WU Qiaoxu2,CHEN Jianhong2
(1.Xinhui Environmental Monitoring Station,Jiangmen 529100,China;2.Xinhui Institute of Environmental Science,Jiangmen 529100,China)
The biomass pellet is one of the focus development energies in"Jiangmen energy development plan in the'13th Five-Year'".According to the current use condition and pollution discharge status of the biomass briquette boiler in Jiangmen city,this paper analyzes the existing problems,and probes into the countermeasures to improve the pollution of the biomass briquette boiler in Jiangmen.It also provides a reference for the pollution discharge status of biomass briquette boiler in other areas.
Jiangmen;biomass;pellet;pollution discharge;countermeasure
TQ35.2;X511
A
1674-0912(2017)05-0025-04
2017-04-05)
陳樹(shù)沛(1982-),男,廣東江門市新會(huì)區(qū)人,碩士,工程師,主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)與污染防治等相關(guān)工作。
再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)2017年5期