江門市燃生物質鍋爐的排污現狀與發展對策

陳樹沛，譚光輝，吳僑旭，陳健洪

（1.江門市新會區環境監測站，廣東江門529100；2.江門市新會區環境科學研究所，廣東江門529100）

江門市燃生物質鍋爐的排污現狀與發展對策

陳樹沛1，譚光輝1，吳僑旭2，陳健洪2

（1.江門市新會區環境監測站，廣東江門529100；2.江門市新會區環境科學研究所，廣東江門529100）

生物質成型顆粒是《江門市能源發展“十三五”規劃》中著力發展的能源之一。結合目前江門市燃生物質鍋爐的使用和排污情況，分析當前存在問題，探討改善江門市燃生物質鍋爐污染的對策，也為其他地區的燃生物質成型顆粒鍋爐排污提供參考。

江門市；生物質；顆粒燃料；排污；對策

從20世紀80年代至今，生物質成型顆粒燃料已經在我國發展近20年。2016年國家發展改革委發布了《可再生能源發展“十三五”規劃》，提出加快發展生物質能，進一步要求提高生物質能利用效率和效益[1]。隨著近年來霧霾狀況的廣為關注，生物質燃料得到很大的發展，在很多地區要求將城鎮小型燃煤供熱鍋爐改造為以生物質為燃料，生物質燃料的銷售達到了前所未有的高度。

1 江門市燃生物質成型顆粒鍋爐概況

江門市的燃生物質鍋爐主要是小型鍋爐（10 t/h以內），應用始于2008年。目前在江門地區普遍使用的生物質燃料為生物質成型顆粒燃料，其是通過機械力將鋸末和樹皮等林業廢棄物等生物質原料壓縮或擠壓成為容積密度較大、熱效率較高，便于貯存、運輸的固體成型燃料[2]。隨著大氣污染防治壓力繼續加大，生物質成型顆粒的應用普及較快。特別在2013年后，江門市人民政府印發了《關于印發江門市大氣污染防治實施方案（2014—2017年）的通知》，要求“全面推動鍋爐污染整治”；“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污染治理設施，滿足相關技術要求，確保穩定達標排放”[3]。根據統計，到2015年底，各類生物質能年利用量約3 500萬t標準煤[1]，而江門生物質成型顆粒利用量約26萬t標準煤。目前，江門市10 t/h以內的小型鍋爐都基本改成燃生物質成型顆粒。

2 江門市燃生物質鍋爐的排污狀況

2.1 燃生物質成型顆粒鍋爐的常規污染物

生物質成型顆粒燃燒產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，污染物的性質和產量與生物質成型顆粒自身質量和特性有關[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）去分析燃生物質成型顆粒鍋爐的污染物。

2.1.1 顆粒物

顆粒物主要來自生物質成型顆粒中可燃物質不完全燃燒形成的炭黑顆粒、生物質受熱分解產生各種揮發性有機顆粒和不可燃物質發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

一般生物質成型顆粒的含硫量少，其存在形式主要為有機硫和無機硫酸鹽[7]。燃燒生物質成型顆粒時硫主要以二氧化硫排出，少量以硫酸鹽存在于灰渣與設備表面上[8]。

2.1.3 氮氧化物

生物質成型顆粒產生的氮氧化物主要分為兩個階段：熱解階段和固定碳燃燒階段。燃料內含有的大多數氮元素以氫氰酸、氨的形式在熱解過程中析出，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，也有小部分繼續與固定碳發生快速異相反應還原生成氮氣。在氮氧化物中，一氧化氮約為90%，二氧化氮約占5%[9]。

2.2 江門市燃生物質鍋爐的排污情況

根據近10年燃生物質鍋爐的監測數據，發現主要的超標污染物為顆粒物和氮氧化物。繪制本地區鍋爐排放污染物（顆粒物、二氧化硫和氮氧化物）的年均排放情況，如圖1。

圖1 燃生物質鍋爐排放污染物年均值（2008—2016年）

由圖1可知，江門地區燃生物質鍋爐排放的氮氧化物與顆粒物呈下降趨勢，二氧化硫接近零排放。這也反映了地區生物質成型顆粒的生產技術發展、排放標準越發嚴格及廢氣治理設施的完善等情況。

2.3 燃生物質鍋爐的排污狀況分析

廣東省環境保護廳于2014年印發了《關于生物質成型燃料鍋爐大氣污染物排放控制要求的通知》（粵環［2014］98號），要求生物質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準》（DB44/765-2010）的燃氣標準執行，并按照國家《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）基準氧含量9%折算排放濃度[10]。設置基準氧含量按照9%折算，主要是根據實際鍋爐操作和研究發現，生物質成型顆粒燃燒的空氣過剩系數一般在1.6以上[11]。生物質成型顆粒與天然氣在同樣的條件下燃燒，生物質成型顆粒產生的顆粒物、氮氧化物較多。若燃生物質成型顆粒鍋爐按照燃氣標準，那么空氣過剩系數需在1.2左右，這在技術上要求做到鍋爐達標排放是比較困難的。

江門市環境保護局在2016年通過江環函［2016］ 107號文進一步明確燃生物質成型燃料鍋爐大氣污染物排放標準[12]為：顆粒物30 mg/m3，二氧化硫50 mg/m3，氮氧化物200 mg/m3。在嚴格的排放標準和鍋爐整治形勢下，新建的燃生物質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鍋爐或者對原燃煤鍋爐進行改造，并配套袋式除塵器。

探究顆粒物和氮氧化物超標的原因，有以下幾方面。

（1）目前，江門市的燃生物質鍋爐大部分是燃煤鍋爐改造而成，使用專用的生物質鍋爐企業很少，不少甚至沒有經過改造直接更換所謂為生物質鍋爐的銘牌而已。就全地區而言，燃生物質鍋爐總體設施比較老舊，欠缺維護。很多企業仍然用原來燃煤的方式去對生物質成型顆粒進行使用，導致鍋爐熱效率低下。煙氣中含氧量較高，引起顆粒物或者氮氧化物超標。例如在監測一些顆粒物超標的企業時，會發現采樣的玻璃纖維濾筒炭黑顆粒特別多，這表明生物質成型顆粒在爐膛中燃燒情況。

（2）考慮到運輸成本、使用便捷等因素，燃生物質鍋爐目前使用的生物質成型顆粒基本是本地區企業生產的。因為行業準入門檻較低，本地生物質成型顆粒企業數量迅速增加，但規模都比較小，生產設備落后，原材料來源不固定，產品質量參差不齊。隨著江門市鍋爐污染整治和環保督察的開展，生物質成型顆粒常出現供不應求的現象，生物質成型顆粒價格已經攀升到每噸上千元。部分生產企業為了獲得更多利潤，常以其他雜質，例如泥土、工業廢棄物等摻進顆粒中去，或者使用膠黏劑和助劑不恰當（膠黏劑和助劑是生物質成型顆粒生產的關鍵工序之一[13-14]）。這往往使得生物質成型顆粒燃燒時產生了新的污染物或者加重了原有污染物的排放濃度，也對鍋爐本身和廢氣治理設施造成的損壞。筆者曾遇到某些企業因為使用的生物質成型顆粒中含有廢棄塑料，導致了排放的廢氣中二氧化硫濃度很高，企業的鍋爐也偶發結焦引起爐膛堵死，布袋除塵設施中的布袋也因長期接觸此類廢氣而老化加速。而生物質成型顆粒目前尚未有一個明確的質量標準來規范生產企業，使用單位也無法鑒別所購生物質成型顆粒的質量是否滿足要求。

在日常監測時，個別燃生物質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，生物質成型顆粒產生的二氧化硫應該基本不會隨煙氣排出[15]。究其原因主要是兩個：一是企業在燃燒生物質成型顆粒的同時摻入了煤或者其他雜質燃料（如企業的工業廢棄物）；二是部分生物質成型顆粒生產過程中加入了添加劑或者原材料混有雜質。

3 改善燃生物質鍋爐污染的對策

在日漸嚴峻的環保形勢下，進一步改善燃生物質成型顆粒鍋爐污染是一個值得探究的問題。筆者認為可以從以下方面去改善。

3.1 科學定位生物質燃料，促進行業發展

2017年3月27日，環保部發布《高污染燃料目錄》，生物質燃料劃分為高污染燃料，這與目前國家一些能源政策有所背離。而在江門乃至整個廣東地區，生物質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和成本問題解決前作為燃煤鍋爐改造過程中的一種替代燃料。在很多宣傳場合上，對生物質燃料的推廣態度為使用上不支持也不反對，這無論對燃料使用企業還是生產企業都產生了消極的影響。生物質燃料可以有效消納農林廢棄物，減少大氣污染排放，符合可持續發展的要求，對發展循環經濟促進持續發展有著重要意義[16]，理應受到鼓勵。建議有關部門明確生物質燃料的地位，順應國家可再生能源戰略。

另外，生物質成型燃料屬于可再生能源，我國生物質的推廣相比國外稍顯緩慢。盡管逐步出臺了生物質成型顆粒燃料制備、采樣方法、測試方法和一些技術方法等，但對生物質燃料工業化標準體系而言還很不完善。建議國家相關部門盡快制定出臺生物質燃料技術標準，針對設備、產品、工程技術等方面進行規范化，使得相關產業健康發展，構筑起生產企業、使用企業、銷售商以及鍋爐制造商之間的鏈接平臺，促進生物質成型顆粒技術的發展和市場的規范[17]。

3.2 加大政策優惠，加快生產企業升級改造

江門地區的生物質成型顆粒生產企業規模小，生產設備落后，產量難以保證。在未來，裝備更新換代和清潔生產必然成為生物質成型顆粒企業的趨勢。生產者應該提高管理意識，改善生產工藝與設備，提升設備自動化程度，提高集約化程度，從而增加企業效益。構建完整的原材料供應鏈，積極尋求價格低廉、數量可靠的原料[18]。在現有鋸末、樹皮的基礎上，發展秸稈和甘蔗等材料，開拓農業廢棄物的利用途徑。針對燃燒生物質成型顆粒產生氮氧化物的問題，根據生物質燃燒過程中氮的轉化路徑與機理，積極研究控制方法，例如吳明洋等人研究發現生產時添加納米三氧化二鐵或者鐵單質，可以將一氧化氮的前驅物氰化氫還原為氮氣或者直接將生成的一氧化氮還原為氮氣[19]，從而減少氮氧化物排放。

另外可以成立行業協會，從而起著協調、溝通的作用。一方面，要向政府部門爭取有利的法律、政策，并與政府部門形成合力；另一方面，要積極參與行業規范的制定和行業許可證及資質審查，以發布行業統一認證標志等形式，形成良性競爭氛圍，協調市場價格，促使行業健康發展[20]。

當前雖然國家對生物質燃料出臺過一些補貼政策，以促使行業發展。但江門市所屬的華南地區生物質成型顆粒主要為木質顆粒，生產企業基本享受不了政策的優惠與補貼。面對市場的激烈競爭和原材料價格的攀升，不少企業因生產成本問題選擇退出市場或者降低產品質量。因此，建議進一步制定生物質成型顆粒相關的法律、法規和經濟政策，特別在立法、規劃、財政補貼、金融扶持、稅收優惠以及項目資金支持等方面[14]，以此促進行業健康、快速發展。

3.3 排污單位鍋爐與配套設施的改造和更新

與煤相比，生物質成型顆粒的含水率、揮發分和灰分較高，熱值較低。排污企業在條件允許情況下盡量更換生物質成型燃料專用鍋爐，以確保生物質燃料得以充分的燃燒利用。確要原來燃煤鍋爐進行改造的，需要結合生物質燃料的特性對鍋爐內部結構，例如前后拱、爐排、風煙系統和入料口等進行合理的改造，并注意加強鍋爐和管道的氣密性。改變過去燃煤鍋爐的操作方法，根據生物質燃料特點優化鍋爐的燃燒條件，及時清理爐膛積灰，提高燃燒效率，降低鍋爐設備的腐蝕，減少鍋爐廢氣的污染物產生。

在選購燃料的問題上，應多向生產或供應商生物質成型顆粒生產了解原材料來源，盡可能選擇色澤光澤較好、無裂痕、不容易破碎、無異味的顆粒，切忌貪圖便宜。

同時，強化鍋爐廢氣的治理設施，必須配套使用高效除塵器，經常對鍋爐和治理設施的管路進行檢查和維護。針對生物質成型顆粒燃燒產生氮氧化物，可以應用選擇性非催化還原技術，往爐膛內噴氨、尿素或氫氨酸，還原氮氧化物。也可以采用燃料分級燃燒（再燃燒）法，利用生物質熱解氣（如氫氣、一氧化碳和甲烷等）把氮氧化物還原成氮氣再排放[21-22]。

生物質成型顆粒可以帶來可持續的環境利益，其推廣有賴于相關政策法規、標準規范的保障，產業的升級以及環保行業的發展。在軟硬件支持下，生物質成型顆粒是值得推廣的燃料。

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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）

陳樹沛（1982－），男，廣東江門市新會區人，碩士，工程師，主要從事環境監測與污染防治等相關工作。