文山三七产业园区工业锅炉燃源问题的思考

叶 兵

(文山州环境监测站,云南文山 663000)

文山三七产业园区工业锅炉燃源问题的思考

叶 兵

(文山州环境监测站,云南文山 663000)

针对文山三七产业园区发展中遇到的锅炉热源问题,分析其制约因素,提出了使用水煤浆锅炉的对策。介绍了水煤浆锅炉的发展及其技术特点,从经济比较、环境达标和减排、对当地大气环境影响的可接受性等方面,分析了园区使用水煤浆锅炉的可行性,并提出了三七产业园区使用水煤浆锅炉的建议。

产业园区;锅炉燃源;对策;文山

文山三七产业园区位于云南省文山州文山县县城城南新平坝村,占地面积 112.22hm2,于 2000年 6月经云南省人民政府批准立项建设,是云南省30个重点工业园区之一,园区以三七药业加工为主,是文山州三七支柱产业的重要载体,也是云南省打造“云药”产业的重点项目。近年来,随着文山县城城市的发展,文山三七产业园区周围土地大部分已被开发,逐步建起了居民住宅,园区由规划立项时的距离文山县城城区 1.5km,转变成了文山县城城南片区的一部分,环境上由原相对不敏感区域变成了现在的人口集中的敏感区域。

文山县城多年主导风向为东南风,风速 2.6m/s,三七产业园区位于文山县城主导风上风向,园区内企业所排放大气污染物对文山县城大气环境质量影响相关性较大,园区及周围大气环境敏感度高,根据云南省环保局云环监发 [2002]111号文件“关于《中国文山三七产业园区建设项目环境影响报告书》的审批意见”,禁止园区内使用燃煤锅炉,园区企业锅炉燃源若按园区环评时提出的使用燃油或电,其成本太高,企业无法承担,园区企业锅炉供热燃源问题成为了园区发展急需解决的环境制约因素。

1 三七产业园区工业锅炉使用情况

三七产业园区内规划工业发展用地约 43hm2,主要引进以三七、植物药为原料的精细加工工业为主的药品、保建品生产企业,整个园区可引进 30家企业。近期拟进入园区,且生产过程需要使用锅炉供热的项目有 5个,具体情况见表 1。

表1 近期园区内需使用锅炉供热的项目

根据三七产业园区发展规划及目前的招商引资、土地预留情况,三七产业园区内生产企业工业锅炉装机容量最终规模可达 80t/h左右。

2 三七产业园区工业锅炉使用的限制性因素分析及对策

2.1 锅炉大气污染物排放标准

三七产业园区内锅炉废气排放须符合《锅炉大气污染物排放标准》 (GBl3271—2001)要求。各种锅炉废气最高允许排放浓度限值要求见表 2。每个新建锅炉房只能设 1根烟囱,烟囱高度要求见表 3。锅炉房装机总容量 ＞40t/h时,其烟囱高度应按批准的环境影响报告书 (表)要求确定,但不得低于 45m。新建锅炉房烟囱周围半径 200m距离内有建筑物时,其烟囱应高出最高建筑物3m以上。各种锅炉烟囱高度如果达不到上述的任何一项规定时,其烟尘、SO2、NOx最高允许排放浓度应按相应区域和时段排放标准值的 50%执行。燃气、燃轻柴油、煤油锅炉烟囱高度应按批准的环境影响报告书 (表)要求确定,但不得低于 8m。

表 2 各种锅炉最高允许排放浓度限值 (Ⅱ时段) (mg/m3)

表 3 燃煤、燃油 (燃轻柴油、煤油除外)锅炉房烟囱最低允许高度

2.2 景观影响因素

根据上述现行《锅炉大气污染物排放标准》,每一燃油 (煤)锅炉,其烟囱高度均应达到标准要求,仅从现拟进入园区需使用锅炉供热的 5个项目来看,即需要在园区内面积 0.25km2的范围内,建设 5根 30～45m高的烟囱,随着入园企业的增加,烟囱个数将进一步增加,园区内将出现烟囱密集林立的景象,这在三七产业园区已属于文山县城城南片区、其周围为居民集中区的现实情况下,在城市景观上是不可行的。园区内生产企业工业锅炉废气需要选用矮烟囱排放。

2.3 园区环评对园区内锅炉使用的限制要求

云南省环保局云环监发 [2002]111号文件“关于《中国文山三七产业园区建设项目环境影响报告书》的审批意见”中,禁止园区内使用燃煤锅炉;对进驻园区的生产项目,生产用锅炉须是燃油锅炉;如果条件允许可采用清洁能源—天然气、电。

根据上述限制要求,建议三七产业园区企业工业锅炉可采用水煤浆锅炉,锅炉废气使用矮烟囱排放,排放标准按《锅炉大气污染物排放标准》中相应区域和时段排放标准值的 50%执行,即按烟尘≤100mg/m3、SO2≤450mg/m3执行。这即可满足园区企业控制生产成本需要,又可削减二氧化硫、粉尘排放量,改善文山县城环境质量和城市景观。

3 水煤浆锅炉的发展及其技术特点

3.1 水煤浆锅炉技术发展

以煤粉同水或其他流体调制成煤浆进行直接燃烧的设想,最早可以追溯到 1897年颁发给Musell和 Smith的专利。其包括了煤浆的制备方法及潜在的用途。由于石油大量开采,长期以来油价低廉、使用方便,大力发展了燃用油的技术,煤浆燃料技术一直得不到重视。20世纪 70年代的世界石油危机重新引起了世界对煤浆燃料的兴趣,1980年前人们的兴趣主要集中在油煤混合燃料上,80年代后由于水煤浆能全部代替燃油,许多国家如美国、日本、瑞典、加拿大、前苏联等都把注意力转移到水煤浆上来。我国政府有关部门在 1980年左右也开始系统研究水煤浆技术,接连三个五年计划中将水煤浆列入了各种国家重点高新技术发展项目计划,我国发展水煤浆产业的战略目的是以煤代油。1995年以前,水煤浆主要被规模运用在各种大中型火力发电锅炉。2001年以后,水煤浆逐步应用于各种类型的中小型工业锅炉,技术上逐步完善、成熟。2007年 4月 30日,国家发改委发布实施了《当前国家鼓励发展的环保产业设备 (产品)目录(2007年修订)》,将中小型水煤浆锅炉列为清洁燃煤技术予以推广使用。

3.2 水煤浆锅炉技术特点

水煤浆由 65%～70%的煤粉、29%～34%的水以及 1%左右的化学添加剂组成,是煤经过研磨、细化后,充分与水均匀混合,在化学添加剂作用下,形成的状态均匀、性质稳定的类似石油一样可以流动的煤基流体燃料。

水煤浆锅炉具有以下特点:

(1)水煤浆锅炉以水煤浆为燃源,水煤浆与燃油相似,实现罐体运输、贮存,液体燃烧,运、贮、使用过程清洁无污染,储存占地面积小。因物理化学成份的不同,其危险性几乎没有,远低于燃油。

(2)水煤浆在锅炉内为悬浮、雾化燃烧,其燃尽率达 98%,与燃油相似,较燃煤锅炉燃尽率60%～70%提高了 28%～38%,炉渣排放量较燃煤锅炉显著减少。山于水煤浆的颗粒粒径 ＜50μm及其特殊的成浆结构,使其燃烧生成物的灰渣结构非常有利于二氧化硫的固定和除尘处理,燃烧水煤浆更容易控制二氧化硫污染和烟尘污染。

(3)水煤浆锅炉热效率 ＞83%,与燃油相当,比传统中小型燃煤锅炉提高了 10%～20%。炉渣中的含炭量由燃煤的 13.7%降低到水煤浆的 2%以下 (燃烧是烧煤中所含的炭)。同样的热值,通过制水煤浆燃烧比固体直接燃烧可节约煤 15%以上。燃用水煤浆节能效果较明显。大功率锅炉较小功率锅炉热效率更高。

(4)水煤浆锅炉采用燃油点火,雾化燃烧,燃烧温度在 900～1200℃,比燃煤的温度低 100～200℃,避开了低温燃烧 (400～800℃)阶段和1200℃以上高温燃烧阶段,使水煤浆锅炉燃烧产生的 CO、氮氧化物较少。

(5)水煤浆锅炉采用液体自动化燃烧。控制、调节与燃油锅炉相似,优于粉煤锅炉。

(6)水煤浆使用过程采用管道输送,燃烧器喷燃,减掉炉前口,消除了笨重的体力劳动,改善了工作环境。

(7)水煤浆锅炉使用的水煤浆由水煤浆生产企业制造,水煤浆生产企业可建在环境相对不敏感的区域,从而可减小水煤浆生产过程中原煤贮运、破碎等环节产生的粉尘、噪声的环境影响。

4 水煤浆锅炉废气环保达标减排情况与经济比较分析

4.1 水煤浆锅炉废气环保达标减排情况

为了解水煤浆锅炉的实用情况,园区企业与文山州环保局、三七产业园区管委会共同对水煤浆锅炉使用情况进行了实地考察,据考察,广西皇氏生物工程乳业有限公司使用 10t/h水煤浆锅炉,除所排废气中二氧化硫、粉尘以低浓度值达标排放外,在采用 13.8m低烟囱的情况下,其距锅炉房 50m左右的电子软件生产企业可接受其大气环境影响。沈阳南方航空公司北方分公司 50t/h集中供热锅炉原使用燃煤锅炉,建 100m高的烟囱,因周围居民反映粉尘污染问题,改用水煤浆锅炉,拆除原100m高的烟囱,改造后的烟囱总高度为 20m左右,比锅炉房略高,除所排放废气中二氧化硫、粉尘以低浓度值达标排放外,锅炉房四周 20m处居住的居民均能接受。考察结果表明,水煤浆锅炉所排放废气能达到严格的环保要求。

以青岛北船重工有限公司 4t/h水煤浆锅炉为例,其采用喷淋泡沫脱硫除尘器,烟囱高度 20m,满负荷运行,其烟尘排放浓度为 78.4mg/m3,二氧化硫排放浓度为 273mg/m3,烟气林格曼黑度 1级。能满足《锅炉大气污染物排放标准》中二类区 II时段排放标准限值的 50%。

燃用水煤浆,较燃用重油能更少地排放二氧化硫。同样生产 1t蒸汽,使用不同燃料所排放的二氧化硫情况见表 4。

表 4 吨蒸汽量不同燃料产生的 SO2排放量

以园区内锅炉总规模 80t/h,使用 24h/d,年运行 300d计,燃用水煤浆二氧化硫排放量为391.68t/a,燃用重油二氧化硫排放量为 800.6t/a,燃用水煤浆较燃用重油减少排放二氧化硫408.9t/a。

4.2 水煤浆锅炉经济比较分析

由于各类锅炉购置成本、运行期管理成本在锅炉使用成本中所占比例较小,各类锅炉使用成本差异主要取决于燃料成本,下面主要从燃料成本方面分析各类锅炉的不同。

文山县城附近现无煤气站,三七产业园区内可选择的锅炉类型为水煤浆锅炉、重油锅炉、柴油锅炉、电锅炉,各类锅炉同等产气量燃料成本比较见表 5。表 5同时给出了燃煤锅炉的情况,以反映水煤浆锅炉与燃煤锅炉的燃料成本比较关系。

表 5 园区可选各种锅炉同等产汽量燃料成本比较

从表 5可以看出,水煤浆锅炉与燃煤锅炉的燃料成本相当,重油锅炉成本是水煤浆锅炉的 2.48倍,柴油锅炉成本是水煤浆锅炉的 3.28倍,电锅炉成本是水煤浆锅炉的 4.96倍。以园区内锅炉总规模 80t/h,使用 24h/d,运行 300d/a计,使用水煤浆锅炉年燃料费用为 5529.6万元,使用重油锅炉年燃料费用为 13743.3万元,使用柴油锅炉年燃料费用为 18144万元,使用电锅炉年燃料费用为27417.6万元。使用水煤浆锅炉较使用重油锅炉、柴油锅炉、电锅炉年节省燃料费用 8213.4万元、12614.4万元、21888万元。水煤浆锅炉在成本上优势明显。

5 水煤浆锅炉排放废气对当地大气环境影响的可接受性分析

5.1 污染源排放源强

根据文山三七园区中期规划,园区内工业锅炉中期装机容量约 80t/h,使用水煤浆锅炉,源强排放参数见表 6,能达标排放。

表 6 三七产业园区锅炉污染源排放参数

5.2 预测范围、方法、气象参数、评价标准

预测范围为三七产业园区上风向 2km,下风向4km,侧风向各 2km,共计 24km2的区域。

预测方法采用 HJ/T2.2—93《环境影响评价技术导则大气环境》及《云南省大气环境影响评价规范》中推荐的大气扩散模型及烟气抬升高度公式。

气象参数选用文山县气象站常规观测资料,逆温气象条件参照文山县马塘工业园区环评时进行的边界层低空探空观测资料。

文山三七产业园区位于文山县城,区域环境空气质量功能属二类区,环境空气质量执行《环境空气质量标准》(GB3095—1996)中二级标准。

5.3 预测结果及分析

短时影响:预测结果见表 7。三七产业园区锅炉所排的 SO2、TSP、PM10在典型气象条件下最大地面小时浓度值分别为 0.1093mg/m3、0.0314mg/m3、0.0063mg/m3,静风气象条件下最大地面小时浓度值分别为 0.0129mg/m3、0.0037mg/m3、0.0007mg/m3,均远低于评价标准值。说明三七产业园区锅炉所排放的 SO2、烟尘对文山县城短时环境影响可接受。其中 SO2典型气象条件下最大落地浓度为 0.1093mg/m3(标态),出现在 SE风向 (主风向)下风向 1281m处,占大气二级标准值 0.50mg/m3(标态)的 21.86%,表明三七产业园区所排 SO2对 SE风向下风向地面 SO2浓度值贡献较大。

在熏烟不利气象条件下,TSP、PM10地面 1h浓度均满足评价标准值。SO2地面 1h浓度从排气筒下风向 330m范围内会出现超标,100m处浓度值为 1.3036mg/m3(标态),超标 1.6倍。鉴于文山地区熏烟气象年发生频率较小 (约18d),且发生持续时间较短,SO2不会对周围环境造成较大的影响。但由于园区附近均为居民区,园区企业应注意严格控制熏烟条件时锅炉 SO2的排放。

表 7下风向不同距离处 SO2、TSP、PM101h地面浓度最大值 (轴线)

日均浓度:以排气筒为原点,Y轴指向正北,X轴指向正东。通过计算 2007年 11月 1～31日园区锅炉所排 SO2逐日日平均浓度,取最大日平均浓度对应的 2007年 11月 4日作典型日,经计算,各污染物日均最大浓度如下:SO2最大落地点:x=-100,y=-100,浓度为 0.068lmg/Nm3;TSP最大落地点:x= -100,y= -100,浓度为0.0183mg/Nm3;P M10最大落地点:x=0,y=-100,浓度为 O.0037mg/Nm3。

三七产业园区锅炉所排的 SO2、TSP、P M10日均浓度均能够满足《环境空气质量标准》要求,没有出现超标区域。

长期影响:以排气筒为原点,Y轴指向正北,X轴指向正东,各污染物年均最大浓度如下:SO2最大落地点:x= -900,y=900,浓度为0.0107mg/Nm3;TSP最大落地点:x=-800,y=900,浓度为 0.0029mg/Nm3;PM10最大落地点:x=-800,y=900,浓度为 0.00057mg/Nm3。

三七产业园区锅炉所排的 SO2、TSP、P M10年均地面浓度均满足《环境空气质量标准》要求,没有出现超标区域。说明三七产业园区锅炉所排放的 SO2、烟尘对文山县城长期环境影响可接受。同时,SO2年均地面浓度在东南风下风向 1100m至1300m范围区域浓度值达 0.0lmg/m3,占年均浓度限值的 16.6%,说明三七产业园区所排 SO2对东南风下风向大气环境中 SO2的贡献较大,应注意加强三七产业园区锅炉 SO2的排放管理。

6 结论及建议

6.1 结论

文山三七产业园锅炉选用水煤浆作燃源,使用水煤浆锅炉供热,在经济上、景观上、满足严格的污染物排放标准要求上、区域大气环境影响可接受性方面是可行的,是目前解决文山三七产业园区锅炉供热面临的经济制约、环境制约、景观制约问题的可行选择。

6.2 建议

(1)制造水煤浆的煤应选用低灰分、低硫分、高挥发分、高灰熔点、高热值的优质洗精煤,减小煤的含硫量,从源头上减小二氧化硫的产生量。水煤浆的含硫率建议应低于 0.5%。

(2)应加强熏烟等不利气象条件的观测,在园区锅炉接近发展规模时应严格控制熏烟条件下锅炉 SO2的排放,保证锅炉除尘脱硫设备的脱硫效率,降低园区内锅炉二氧化硫的排放量和熏烟等不利气象条件时的环境影响。

(3)水煤浆制浆厂生产过程中,原煤贮运、破碎、制浆产生的粉尘、噪声等对周围环境均有一定影响,为避免水煤浆生产过程中产生的粉尘、噪声等对三七产业园区周围居民集中居住区的影响,水煤浆制浆厂应选址在三七产业园区外环境上相对不敏感的区域建设,不宜在园区内建设。

(4)根据能源发展 “十一五”规划关于 “热负荷相对集中的工业园区,实行热电联产、集中供热,逐步淘汰分散供热锅炉,提高综合能效,保护生态环境”的要求,按当前节能减排要求,为提高锅炉热效率,提高二氧化硫、粉尘治理成效,尽可能降低园区锅炉废气对文山县城大气环境质量的影响,建议三七工业园区采用水煤浆锅炉技术,实行集中供热。

(5)三七产业园区若采用水煤浆锅炉集中供热,因三七产业园区区内位置均位于文山县城上风向,在锅炉房的选址上无法通过优化选址以减小影响,为便于集中供热,建议园区内使用蒸气的加工类项目尽量集中布置,锅炉房选址可尽量布设在其中心位置,便于管网布设和输送。

(6)水煤浆锅炉作为当前国家鼓励发展的洁净燃煤技术,其在节能减排上效果较明显,是三七园区发展供热问题的解决方案,相对于使用燃油、燃气锅炉的类似工业区,在使用成本、原料来源保证方面也是一种竞争优势,政策上应给予鼓励扶持、推广。可出台推广应用水煤浆的政策,可从全州工业结构调整资金和环保补助资金中安排资金,对企业、园区使用水煤浆锅炉给予补助和奖励。

[1]国家环境保护总局环境工程评估中心.环境影响评价技术导则与标准汇编 [M].北京:中国环境科学出版社,2005.

Consideration of Fuel Sources of Industrial Boiler in Pseudoginseng Industrial Park ofW enshan

YE Bing

(Wenshan Environmental Monitoring Station,Wenshan Yunnan 663000 China)

The fuel sources of industrial boiler in pseudoginseng industrial park of Wenshan become a limit factor for development of the industrial park.The measure of using water coal slurry boiler as the fuel may be useful.The feasibility of using water coal slurry boiler is analyzed based on its characteristics and economic comparison and reaching environmental standard and emission reduction.The other suggestions are also put for ward for using water coal slurry boiler.

industrial park;fuel sources of industrial boiler;measure;Wenshan

X701

A

1673-9655(2010)增 1-0037-05

2009-06-01