燃煤鍋爐對環境空氣中PM2.5影響初探

摘 要：為了加強生態文明建設、適應國家經濟社會發展和環境保護的需要、保護生態環境和人體健康，環境保護部制定并向社會公開了《環境空氣質量標準》（GB3095-2012），該標準中新增加了PM2.5的質量標準。燃煤鍋爐是傳統排放廢氣的污染源，了解其對環境空氣中PM2.5的影響程度對提出改善環境空氣質量措施具有指導意義。本文通過分析燃煤鍋爐排放煙塵中的粒徑分布，依托大氣擴算預測結果初步分析燃煤鍋爐排放煙塵對PM2.5的影響程度，并提出降低環境空氣中PM2.5的幾點建議。

關鍵詞：燃煤鍋爐 顆粒物 PM2.5

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0161-02

近年來，公眾對空氣質量的感官認知與政府部門發布的空氣質量狀況的矛盾不斷加深，為了改善環境空氣質量，環境保護部先后組織對多個廢氣排放標準進行修訂，相繼頒布實施了多個更為嚴格的廢氣排放標準。同時，對《環境空氣質量標準》進行了整體調整提升，提出了更高的質量目標，并向社會公布了《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）。新空氣質量標準的公示將公眾的視線引向一個新的名詞PM2.5，PM是英文particulate matter（顆粒物）的首字母縮寫，PM2.5就是指直徑小于或等于2.5 mm的顆粒物，形象的表述為直徑不到頭發絲1/20的顆粒物，也被稱為可入肺顆粒物。

雖然肉眼看不見空氣中的PM2.5，但其能降低空氣的能見度，形成感官上認知的灰霾天。根據中國環境監測總站編制的《2010年灰霾試點監測報告》，發生灰霾天氣時，PM2.5濃度較非灰霾天氣時明顯增加，且顆粒物與能見度呈明顯負相關關系，顆粒物濃度增加是除了氣象條件以外，灰霾產生的重要因素之一。雖然空氣中不同大小的顆粒物均能降低能見度，不過相比于粗顆粒物，更為細小的PM2.5降低能見度的能力更強。當顆粒物的直徑和可見光的波長越接近，其對光的散射消光能力越強，可見光的波長在0.4～0.7 mm之間，而粒徑在這個尺寸附近的顆粒物正是PM2.5的主要組成部分。理論計算數據同樣表明：粗顆粒的消光系數約為0.6 m2/g，而PM2.5的消光系數在1.25～10 m2/g，PM2.5的主要成分硫酸銨、硝酸銨和有機顆粒物的消光系數都在3左右，是粗顆粒的5倍[1]。所以，PM2.5是灰霾天能見度降低的主要原因。

自然過程中也產生PM2.5（稱為背景濃度），國內尚無關于PM2.5背景濃度的數據，引用國外數據作為參考。在美國和西歐，背景濃度大約為3～5μg/m3[2]，澳大利亞的背景濃度也在5 μg/m3左右[3]。由此看出自然產生量較小，環境空氣中的PM2.5主要來自人為排放，包括直接排放及某些氣體在空氣中轉變成PM2.5的間接排放。直接排放主要來自城市揚塵、化石燃料的燃燒、交通尾氣等，間接排放主要為二氧化硫、氮氧化物、氨氣、揮發性有機物等轉化成PM2.5。城市揚塵、煤煙塵、機動車尾氣是城市PM2.5的3大污染源，對PM2.5的貢獻率分別為20.42%、14.37%、15.15%[4]。其他關于城市中PM2.5來源的相關研究同樣表明上述三種污染源對城市PM2.5貢獻較大。

燃煤鍋爐作為傳統高污染行業，在廢氣治理措施及排放標準不斷從嚴的情況下，分析其排放顆粒物中PM2.5貢獻程度，對采取空氣質量改善措施具有指導意義。

1 燃煤鍋爐排放顆粒物粒徑分析

燃煤鍋爐排放的顆粒物主要來源于煤炭燃燒過程，根據煤炭中灰分含量不同，顆粒物產生濃度為12～40 g/m3。鍋爐產生的初始顆粒物粒徑分布為PM10/TSP為32%～48%，PM2.5/TSP為2%～4%，PM2.5/PM10為5%～12%。采用五電場靜電除塵器后顆粒物排放濃度<20 mg/m3，粒徑分布為PM10/TSP為92%～94%，PM2.5/TSP為87%～90%，PM2.5/PM10為95～96%[5]。采用袋式除塵器后顆粒物排放濃度<20 mg/m3，粒徑分布為PM10/TSP為97%，PM2.5/TSP為96%，PM2.5/PM10為99%[6]。整體分析，除塵前煙氣中以大粒徑顆粒物為主，小粒徑顆粒物含量相對較低，經過多電場或是袋式除塵設備除塵后煙氣中小粒徑顆粒物所占比例迅速增加，最終排放的煙氣中顆粒物以PM2.5為主，約為96%左右。

2 燃煤鍋爐排放對空氣中PM2.5的影響

2011年7月，環境保護部頒布《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011），標準中提出新建發電燃煤鍋爐煙塵排放濃度限值為30 mg/m3，重點地區執行20 mg/m3，現有鍋爐自2014年起執行30 mg/m3。新標準的頒布實施對發電燃煤鍋爐廢氣治理措施提出更高要求，現行的四電場除塵設備不能滿足新標準要求，除塵設備將向袋式除塵、增大電極面積的靜電除塵設備發展。煙塵排放濃度的降低也導致排放的顆粒物中PM2.5比重大幅提升。

隨著環保要求不斷從嚴，城市中存在的燃煤鍋爐主要以大型熱電聯產鍋爐為主，均采取高效除塵措施以滿足新標準30 mg/m3的要求。采用環境保護部推薦的大氣穩態煙羽擴算模式-AERMOD模式對燃煤鍋爐排放的PM2.5對空氣影響程度進行預測分析。1臺1025 t/h鍋爐在海邊城市地區最大日均貢獻濃度為0.0018 mg/m3[7]，1臺2060 t/h鍋爐在海邊城市地區最大日均貢獻濃度為0.0014 mg/m3[8]，1臺2060 t/h鍋爐在丘陵城市地區最大日均貢獻濃度為0.0011 mg/m3[9]。可以分析看出，在采取嚴格控制措施，滿足新標準的情況下，城市中大型燃煤鍋爐對環境空氣中的顆粒物貢獻<0.002 mg/m3，所含PM2.5貢獻應更低，占到《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）中二級標準0.075 mg/m3的2.6%以下。

由此分析，在執行《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）后，城市燃煤鍋爐高空點源排放的顆粒物對空氣中PM2.5的影響相對較小。

3 降低環境空氣中PM2.5的幾點建議

從上面分析，燃煤鍋爐已頒布實施了更為嚴格的排放標準，其排放顆粒物對環境空氣中PM2.5的影響已控制在較低水平。而城市中的施工揚塵、道路揚塵、汽車尾氣及其二次轉化顆粒物，由于面源排放方式、排放高度較低等特點，其擴散受到城市建筑物的阻隔形成建筑物下洗，冬季受逆溫等不利氣象條件影響，對近地面的空氣質量中顆粒物貢獻影響更為突出。

為保護人體健康，降低環境空氣中PM2.5含量，提出下階段改善空氣質量的重點控制方向。

（1）嚴格推進《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）等新標準的實施，積極推廣其它行業參照執行的方案。

（2）借助媒體輿論宣傳，提高公眾認知程度，擴大公眾環境保護工作的參與監督范圍。

（3）建立行政責任制，推動煉油企業油品質量升級，實現全國范圍內“國四油”的供應，促進機動車“國四”排放標準的實施，并逐步試點“國五”排放標準的實施。

（4）建立健全長效機制，明確職責職能，加強建設施工管理、控制渣土堆放和清潔運輸等措施，減少城市揚塵。

參考文獻

[1] Ye，B.M.et al.Concentration and chemical composition of PM2.5 in Shanghai for a 1-year period.Atmospheric Environment，2003，37（4）：499-510.

[2] 世界衛生組織，WHO Air quality guidelines for particulate matter，ozone， nitrogen dioxide and sulfur dioxide （Global update 2005，Summary of risk assessment）

[3] 澳大利亞環保委員會，Summary of Submissions received in relation to the Draft Variation to the National Environment Protection（Ambient Air Quality）Measure for Particles as PM2.5 and National Environment Protection Council's Responses to those Submissions.

[4] 葉文波.寧波市大氣可吸入顆粒物PM10和PM2.5的源解析研究[J].環境污染與防治，2011，33：66-69.

[5] 魯晟，姚德飛.燃煤電廠煙氣中顆粒物粒徑分布特征研究[J].環境污染與防治，2010，32（增刊）：62-65.

[6] 姚群，陳隆樞，陳光偉，等.燃煤電廠鍋爐煙氣PM10排放控制技術與應用.電力環境保護，2007，23（1）：52-54.

[7] 徐偉.華電青島發電有限公司三期“上大壓小”熱電工程環境影響報告書，2010：p.6-10.

[8] 逄增勇.華能煙臺八角電廠上大壓小機組工程環境影響報告書[R]，2011：5-12.

[9] 徐偉.華電國際十里泉發電廠“上大壓小”擴建項目環境影響報告書[R]，2011：6-12.