江门市燃生物质锅炉的排污现状与发展对策

陈树沛，谭光辉，吴侨旭，陈健洪

（1.江门市新会区环境监测站，广东江门529100；2.江门市新会区环境科学研究所，广东江门529100）

江门市燃生物质锅炉的排污现状与发展对策

陈树沛1，谭光辉1，吴侨旭2，陈健洪2

（1.江门市新会区环境监测站，广东江门529100；2.江门市新会区环境科学研究所，广东江门529100）

生物质成型颗粒是《江门市能源发展“十三五”规划》中着力发展的能源之一。结合目前江门市燃生物质锅炉的使用和排污情况，分析当前存在问题，探讨改善江门市燃生物质锅炉污染的对策，也为其他地区的燃生物质成型颗粒锅炉排污提供参考。

江门市；生物质；颗粒燃料；排污；对策

从20世纪80年代至今，生物质成型颗粒燃料已经在我国发展近20年。2016年国家发展改革委发布了《可再生能源发展“十三五”规划》，提出加快发展生物质能，进一步要求提高生物质能利用效率和效益[1]。随着近年来雾霾状况的广为关注，生物质燃料得到很大的发展，在很多地区要求将城镇小型燃煤供热锅炉改造为以生物质为燃料，生物质燃料的销售达到了前所未有的高度。

1 江门市燃生物质成型颗粒锅炉概况

江门市的燃生物质锅炉主要是小型锅炉（10 t/h以内），应用始于2008年。目前在江门地区普遍使用的生物质燃料为生物质成型颗粒燃料，其是通过机械力将锯末和树皮等林业废弃物等生物质原料压缩或挤压成为容积密度较大、热效率较高，便于贮存、运输的固体成型燃料[2]。随着大气污染防治压力继续加大，生物质成型颗粒的应用普及较快。特别在2013年后，江门市人民政府印发了《关于印发江门市大气污染防治实施方案（2014—2017年）的通知》，要求“全面推动锅炉污染整治”；“2015年底前全市10 t/h及以下使用高污染燃料的小锅炉须完成淘汰或改燃清洁能源工作”；“新建锅炉须使用清洁能源或配套先进污染治理设施，满足相关技术要求，确保稳定达标排放”[3]。根据统计，到2015年底，各类生物质能年利用量约3 500万t标准煤[1]，而江门生物质成型颗粒利用量约26万t标准煤。目前，江门市10 t/h以内的小型锅炉都基本改成燃生物质成型颗粒。

2 江门市燃生物质锅炉的排污状况

2.1 燃生物质成型颗粒锅炉的常规污染物

生物质成型颗粒燃烧产生污染物主要包括颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、酸性气体、重金属以及二恶英等，污染物的性质和产量与生物质成型颗粒自身质量和特性有关[4]。笔者着重从一般锅炉的烟气污染物（颗粒物、二氧化硫和氮氧化物）去分析燃生物质成型颗粒锅炉的污染物。

2.1.1 颗粒物

颗粒物主要来自生物质成型颗粒中可燃物质不完全燃烧形成的炭黑颗粒、生物质受热分解产生各种挥发性有机颗粒和不可燃物质发生一系列变化形成的飞灰颗粒[5-6]。在燃烧充分的锅炉中，炭黑颗粒及有机颗粒含量很低，颗粒物以飞灰颗粒为主。

2.1.2 二氧化硫

一般生物质成型颗粒的含硫量少，其存在形式主要为有机硫和无机硫酸盐[7]。燃烧生物质成型颗粒时硫主要以二氧化硫排出，少量以硫酸盐存在于灰渣与设备表面上[8]。

2.1.3 氮氧化物

生物质成型颗粒产生的氮氧化物主要分为两个阶段：热解阶段和固定碳燃烧阶段。燃料内含有的大多数氮元素以氢氰酸、氨的形式在热解过程中析出，然后在有氧条件下被氧化成氮氧化物。在固定碳燃烧阶段，大部分氮被氧化为一氧化氮，也有小部分继续与固定碳发生快速异相反应还原生成氮气。在氮氧化物中，一氧化氮约为90%，二氧化氮约占5%[9]。

2.2 江门市燃生物质锅炉的排污情况

根据近10年燃生物质锅炉的监测数据，发现主要的超标污染物为颗粒物和氮氧化物。绘制本地区锅炉排放污染物（颗粒物、二氧化硫和氮氧化物）的年均排放情况，如图1。

图1 燃生物质锅炉排放污染物年均值（2008—2016年）

由图1可知，江门地区燃生物质锅炉排放的氮氧化物与颗粒物呈下降趋势，二氧化硫接近零排放。这也反映了地区生物质成型颗粒的生产技术发展、排放标准越发严格及废气治理设施的完善等情况。

2.3 燃生物质锅炉的排污状况分析

广东省环境保护厅于2014年印发了《关于生物质成型燃料锅炉大气污染物排放控制要求的通知》（粤环［2014］98号），要求生物质成型燃料锅炉的颗粒物、二氧化硫和氮氧化物的排放浓度限值按照广东省《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2010）的燃气标准执行，并按照国家《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）基准氧含量9%折算排放浓度[10]。设置基准氧含量按照9%折算，主要是根据实际锅炉操作和研究发现，生物质成型颗粒燃烧的空气过剩系数一般在1.6以上[11]。生物质成型颗粒与天然气在同样的条件下燃烧，生物质成型颗粒产生的颗粒物、氮氧化物较多。若燃生物质成型颗粒锅炉按照燃气标准，那么空气过剩系数需在1.2左右，这在技术上要求做到锅炉达标排放是比较困难的。

江门市环境保护局在2016年通过江环函［2016］ 107号文进一步明确燃生物质成型燃料锅炉大气污染物排放标准[12]为：颗粒物30 mg/m3，二氧化硫50 mg/m3，氮氧化物200 mg/m3。在严格的排放标准和锅炉整治形势下，新建的燃生物质成型颗粒锅炉和建成的小型锅炉，都改为使用专门的生物质锅炉或者对原燃煤锅炉进行改造，并配套袋式除尘器。

探究颗粒物和氮氧化物超标的原因，有以下几方面。

（1）目前，江门市的燃生物质锅炉大部分是燃煤锅炉改造而成，使用专用的生物质锅炉企业很少，不少甚至没有经过改造直接更换所谓为生物质锅炉的铭牌而已。就全地区而言，燃生物质锅炉总体设施比较老旧，欠缺维护。很多企业仍然用原来燃煤的方式去对生物质成型颗粒进行使用，导致锅炉热效率低下。烟气中含氧量较高，引起颗粒物或者氮氧化物超标。例如在监测一些颗粒物超标的企业时，会发现采样的玻璃纤维滤筒炭黑颗粒特别多，这表明生物质成型颗粒在炉膛中燃烧情况。

（2）考虑到运输成本、使用便捷等因素，燃生物质锅炉目前使用的生物质成型颗粒基本是本地区企业生产的。因为行业准入门槛较低，本地生物质成型颗粒企业数量迅速增加，但规模都比较小，生产设备落后，原材料来源不固定，产品质量参差不齐。随着江门市锅炉污染整治和环保督察的开展，生物质成型颗粒常出现供不应求的现象，生物质成型颗粒价格已经攀升到每吨上千元。部分生产企业为了获得更多利润，常以其他杂质，例如泥土、工业废弃物等掺进颗粒中去，或者使用胶黏剂和助剂不恰当（胶黏剂和助剂是生物质成型颗粒生产的关键工序之一[13-14]）。这往往使得生物质成型颗粒燃烧时产生了新的污染物或者加重了原有污染物的排放浓度，也对锅炉本身和废气治理设施造成的损坏。笔者曾遇到某些企业因为使用的生物质成型颗粒中含有废弃塑料，导致了排放的废气中二氧化硫浓度很高，企业的锅炉也偶发结焦引起炉膛堵死，布袋除尘设施中的布袋也因长期接触此类废气而老化加速。而生物质成型颗粒目前尚未有一个明确的质量标准来规范生产企业，使用单位也无法鉴别所购生物质成型颗粒的质量是否满足要求。

在日常监测时，个别燃生物质成型颗粒锅炉排放烟气中含有二氧化硫，一般在10～30 mg/m3。在正常燃烧下，生物质成型颗粒产生的二氧化硫应该基本不会随烟气排出[15]。究其原因主要是两个：一是企业在燃烧生物质成型颗粒的同时掺入了煤或者其他杂质燃料（如企业的工业废弃物）；二是部分生物质成型颗粒生产过程中加入了添加剂或者原材料混有杂质。

3 改善燃生物质锅炉污染的对策

在日渐严峻的环保形势下，进一步改善燃生物质成型颗粒锅炉污染是一个值得探究的问题。笔者认为可以从以下方面去改善。

3.1 科学定位生物质燃料，促进行业发展

2017年3月27日，环保部发布《高污染燃料目录》，生物质燃料划分为高污染燃料，这与目前国家一些能源政策有所背离。而在江门乃至整个广东地区，生物质燃料处于比较尴尬的位置，其是在天然气等清洁能源的供应和成本问题解决前作为燃煤锅炉改造过程中的一种替代燃料。在很多宣传场合上，对生物质燃料的推广态度为使用上不支持也不反对，这无论对燃料使用企业还是生产企业都产生了消极的影响。生物质燃料可以有效消纳农林废弃物，减少大气污染排放，符合可持续发展的要求，对发展循环经济促进持续发展有着重要意义[16]，理应受到鼓励。建议有关部门明确生物质燃料的地位，顺应国家可再生能源战略。

另外，生物质成型燃料属于可再生能源，我国生物质的推广相比国外稍显缓慢。尽管逐步出台了生物质成型颗粒燃料制备、采样方法、测试方法和一些技术方法等，但对生物质燃料工业化标准体系而言还很不完善。建议国家相关部门尽快制定出台生物质燃料技术标准，针对设备、产品、工程技术等方面进行规范化，使得相关产业健康发展，构筑起生产企业、使用企业、销售商以及锅炉制造商之间的链接平台，促进生物质成型颗粒技术的发展和市场的规范[17]。

3.2 加大政策优惠，加快生产企业升级改造

江门地区的生物质成型颗粒生产企业规模小，生产设备落后，产量难以保证。在未来，装备更新换代和清洁生产必然成为生物质成型颗粒企业的趋势。生产者应该提高管理意识，改善生产工艺与设备，提升设备自动化程度，提高集约化程度，从而增加企业效益。构建完整的原材料供应链，积极寻求价格低廉、数量可靠的原料[18]。在现有锯末、树皮的基础上，发展秸秆和甘蔗等材料，开拓农业废弃物的利用途径。针对燃烧生物质成型颗粒产生氮氧化物的问题，根据生物质燃烧过程中氮的转化路径与机理，积极研究控制方法，例如吴明洋等人研究发现生产时添加纳米三氧化二铁或者铁单质，可以将一氧化氮的前驱物氰化氢还原为氮气或者直接将生成的一氧化氮还原为氮气[19]，从而减少氮氧化物排放。

另外可以成立行业协会，从而起着协调、沟通的作用。一方面，要向政府部门争取有利的法律、政策，并与政府部门形成合力；另一方面，要积极参与行业规范的制定和行业许可证及资质审查，以发布行业统一认证标志等形式，形成良性竞争氛围，协调市场价格，促使行业健康发展[20]。

当前虽然国家对生物质燃料出台过一些补贴政策，以促使行业发展。但江门市所属的华南地区生物质成型颗粒主要为木质颗粒，生产企业基本享受不了政策的优惠与补贴。面对市场的激烈竞争和原材料价格的攀升，不少企业因生产成本问题选择退出市场或者降低产品质量。因此，建议进一步制定生物质成型颗粒相关的法律、法规和经济政策，特别在立法、规划、财政补贴、金融扶持、税收优惠以及项目资金支持等方面[14]，以此促进行业健康、快速发展。

3.3 排污单位锅炉与配套设施的改造和更新

与煤相比，生物质成型颗粒的含水率、挥发分和灰分较高，热值较低。排污企业在条件允许情况下尽量更换生物质成型燃料专用锅炉，以确保生物质燃料得以充分的燃烧利用。确要原来燃煤锅炉进行改造的，需要结合生物质燃料的特性对锅炉内部结构，例如前后拱、炉排、风烟系统和入料口等进行合理的改造，并注意加强锅炉和管道的气密性。改变过去燃煤锅炉的操作方法，根据生物质燃料特点优化锅炉的燃烧条件，及时清理炉膛积灰，提高燃烧效率，降低锅炉设备的腐蚀，减少锅炉废气的污染物产生。

在选购燃料的问题上，应多向生产或供应商生物质成型颗粒生产了解原材料来源，尽可能选择色泽光泽较好、无裂痕、不容易破碎、无异味的颗粒，切忌贪图便宜。

同时，强化锅炉废气的治理设施，必须配套使用高效除尘器，经常对锅炉和治理设施的管路进行检查和维护。针对生物质成型颗粒燃烧产生氮氧化物，可以应用选择性非催化还原技术，往炉膛内喷氨、尿素或氢氨酸，还原氮氧化物。也可以采用燃料分级燃烧（再燃烧）法，利用生物质热解气（如氢气、一氧化碳和甲烷等）把氮氧化物还原成氮气再排放[21-22]。

生物质成型颗粒可以带来可持续的环境利益，其推广有赖于相关政策法规、标准规范的保障，产业的升级以及环保行业的发展。在软硬件支持下，生物质成型颗粒是值得推广的燃料。

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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）

陈树沛（1982－），男，广东江门市新会区人，硕士，工程师，主要从事环境监测与污染防治等相关工作。