燃煤锅炉对环境空气中PM2.5影响初探

摘 要：为了加强生态文明建设、适应国家经济社会发展和环境保护的需要、保护生态环境和人体健康，环境保护部制定并向社会公开了《环境空气质量标准》（GB3095-2012），该标准中新增加了PM2.5的质量标准。燃煤锅炉是传统排放废气的污染源，了解其对环境空气中PM2.5的影响程度对提出改善环境空气质量措施具有指导意义。本文通过分析燃煤锅炉排放烟尘中的粒径分布，依托大气扩算预测结果初步分析燃煤锅炉排放烟尘对PM2.5的影响程度，并提出降低环境空气中PM2.5的几点建议。

关键词：燃煤锅炉 颗粒物 PM2.5

中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（b）-0161-02

近年来，公众对空气质量的感官认知与政府部门发布的空气质量状况的矛盾不断加深，为了改善环境空气质量，环境保护部先后组织对多个废气排放标准进行修订，相继颁布实施了多个更为严格的废气排放标准。同时，对《环境空气质量标准》进行了整体调整提升，提出了更高的质量目标，并向社会公布了《环境空气质量标准》（GB3095-2012）。新空气质量标准的公示将公众的视线引向一个新的名词PM2.5，PM是英文particulate matter（颗粒物）的首字母缩写，PM2.5就是指直径小于或等于2.5 mm的颗粒物，形象的表述为直径不到头发丝1/20的颗粒物，也被称为可入肺颗粒物。

虽然肉眼看不见空气中的PM2.5，但其能降低空气的能见度，形成感官上认知的灰霾天。根据中国环境监测总站编制的《2010年灰霾试点监测报告》，发生灰霾天气时，PM2.5浓度较非灰霾天气时明显增加，且颗粒物与能见度呈明显负相关关系，颗粒物浓度增加是除了气象条件以外，灰霾产生的重要因素之一。虽然空气中不同大小的颗粒物均能降低能见度，不过相比于粗颗粒物，更为细小的PM2.5降低能见度的能力更强。当颗粒物的直径和可见光的波长越接近，其对光的散射消光能力越强，可见光的波长在0.4～0.7 mm之间，而粒径在这个尺寸附近的颗粒物正是PM2.5的主要组成部分。理论计算数据同样表明：粗颗粒的消光系数约为0.6 m2/g，而PM2.5的消光系数在1.25～10 m2/g，PM2.5的主要成分硫酸铵、硝酸铵和有机颗粒物的消光系数都在3左右，是粗颗粒的5倍[1]。所以，PM2.5是灰霾天能见度降低的主要原因。

自然过程中也产生PM2.5（称为背景浓度），国内尚无关于PM2.5背景浓度的数据，引用国外数据作为参考。在美国和西欧，背景浓度大约为3～5μg/m3[2]，澳大利亚的背景浓度也在5 μg/m3左右[3]。由此看出自然产生量较小，环境空气中的PM2.5主要来自人为排放，包括直接排放及某些气体在空气中转变成PM2.5的间接排放。直接排放主要来自城市扬尘、化石燃料的燃烧、交通尾气等，间接排放主要为二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物等转化成PM2.5。城市扬尘、煤烟尘、机动车尾气是城市PM2.5的3大污染源，对PM2.5的贡献率分别为20.42%、14.37%、15.15%[4]。其他关于城市中PM2.5来源的相关研究同样表明上述三种污染源对城市PM2.5贡献较大。

燃煤锅炉作为传统高污染行业，在废气治理措施及排放标准不断从严的情况下，分析其排放颗粒物中PM2.5贡献程度，对采取空气质量改善措施具有指导意义。

1 燃煤锅炉排放颗粒物粒径分析

燃煤锅炉排放的颗粒物主要来源于煤炭燃烧过程，根据煤炭中灰分含量不同，颗粒物产生浓度为12～40 g/m3。锅炉产生的初始颗粒物粒径分布为PM10/TSP为32%～48%，PM2.5/TSP为2%～4%，PM2.5/PM10为5%～12%。采用五电场静电除尘器后颗粒物排放浓度<20 mg/m3，粒径分布为PM10/TSP为92%～94%，PM2.5/TSP为87%～90%，PM2.5/PM10为95～96%[5]。采用袋式除尘器后颗粒物排放浓度<20 mg/m3，粒径分布为PM10/TSP为97%，PM2.5/TSP为96%，PM2.5/PM10为99%[6]。整体分析，除尘前烟气中以大粒径颗粒物为主，小粒径颗粒物含量相对较低，经过多电场或是袋式除尘设备除尘后烟气中小粒径颗粒物所占比例迅速增加，最终排放的烟气中颗粒物以PM2.5为主，约为96%左右。

2 燃煤锅炉排放对空气中PM2.5的影响

2011年7月，环境保护部颁布《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），标准中提出新建发电燃煤锅炉烟尘排放浓度限值为30 mg/m3，重点地区执行20 mg/m3，现有锅炉自2014年起执行30 mg/m3。新标准的颁布实施对发电燃煤锅炉废气治理措施提出更高要求，现行的四电场除尘设备不能满足新标准要求，除尘设备将向袋式除尘、增大电极面积的静电除尘设备发展。烟尘排放浓度的降低也导致排放的颗粒物中PM2.5比重大幅提升。

随着环保要求不断从严，城市中存在的燃煤锅炉主要以大型热电联产锅炉为主，均采取高效除尘措施以满足新标准30 mg/m3的要求。采用环境保护部推荐的大气稳态烟羽扩算模式-AERMOD模式对燃煤锅炉排放的PM2.5对空气影响程度进行预测分析。1台1025 t/h锅炉在海边城市地区最大日均贡献浓度为0.0018 mg/m3[7]，1台2060 t/h锅炉在海边城市地区最大日均贡献浓度为0.0014 mg/m3[8]，1台2060 t/h锅炉在丘陵城市地区最大日均贡献浓度为0.0011 mg/m3[9]。可以分析看出，在采取严格控制措施，满足新标准的情况下，城市中大型燃煤锅炉对环境空气中的颗粒物贡献<0.002 mg/m3，所含PM2.5贡献应更低，占到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中二级标准0.075 mg/m3的2.6%以下。

由此分析，在执行《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）后，城市燃煤锅炉高空点源排放的颗粒物对空气中PM2.5的影响相对较小。

3 降低环境空气中PM2.5的几点建议

从上面分析，燃煤锅炉已颁布实施了更为严格的排放标准，其排放颗粒物对环境空气中PM2.5的影响已控制在较低水平。而城市中的施工扬尘、道路扬尘、汽车尾气及其二次转化颗粒物，由于面源排放方式、排放高度较低等特点，其扩散受到城市建筑物的阻隔形成建筑物下洗，冬季受逆温等不利气象条件影响，对近地面的空气质量中颗粒物贡献影响更为突出。

为保护人体健康，降低环境空气中PM2.5含量，提出下阶段改善空气质量的重点控制方向。

（1）严格推进《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）等新标准的实施，积极推广其它行业参照执行的方案。

（2）借助媒体舆论宣传，提高公众认知程度，扩大公众环境保护工作的参与监督范围。

（3）建立行政责任制，推动炼油企业油品质量升级，实现全国范围内“国四油”的供应，促进机动车“国四”排放标准的实施，并逐步试点“国五”排放标准的实施。

（4）建立健全长效机制，明确职责职能，加强建设施工管理、控制渣土堆放和清洁运输等措施，减少城市扬尘。

参考文献

[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] 世界卫生组织，WHO Air quality guidelines for particulate matter，ozone， nitrogen dioxide and sulfur dioxide （Global update 2005，Summary of risk assessment）

[3] 澳大利亚环保委员会，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] 叶文波.宁波市大气可吸入颗粒物PM10和PM2.5的源解析研究[J].环境污染与防治，2011，33：66-69.

[5] 鲁晟，姚德飞.燃煤电厂烟气中颗粒物粒径分布特征研究[J].环境污染与防治，2010，32（增刊）：62-65.

[6] 姚群，陈隆枢，陈光伟，等.燃煤电厂锅炉烟气PM10排放控制技术与应用.电力环境保护，2007，23（1）：52-54.

[7] 徐伟.华电青岛发电有限公司三期“上大压小”热电工程环境影响报告书，2010：p.6-10.

[8] 逄增勇.华能烟台八角电厂上大压小机组工程环境影响报告书[R]，2011：5-12.

[9] 徐伟.华电国际十里泉发电厂“上大压小”扩建项目环境影响报告书[R]，2011：6-12.