天津市生物质成型燃料应用有关问题及对策分析

2015-01-27姚立英王伟周阳李璠

资源节约与环保 2015年9期

姚立英王伟周阳李璠

（1天津市环境保护科学研究院天津市大气污染防治重点实验室天津 300191 2河北工业大学天津 300130 3天津市联合环保工程设计有限公司天津 300191）

生物质是一种可再生能源，全球生物质能源的消费居第四位[1]，根据农业部调查我国每年可收集秸秆总量达6.87×108t，华北地区占28.45%，我国每年有约2.15×108t秸秆被露天焚烧[2]，对环境空气质量造成不利影响，据对北京市和上海市细颗粒物（PM2.5）来源的解析，焚烧秸秆等农业污染源的贡献率分别达到4.5%和4%。生物质成型燃料是以草本植物或木本植物为主要原料，经过机械加工成型，具有规则形状的颗粒、块状和棒状的固体燃料产品，是清洁能源[3]，在城市的燃气供应不能满足需求时，生物质成型燃料可作为一种替代燃料[4]。

近年来，天津市发生大规模长时间雾霾天气，逐渐由煤烟型污染向以PM2.5、O3为主的混合型和复合型并存转变。2013年底，天津市颁布了《清新空气行动方案》，提出“调整能源结构，增加清洁能源”的方针，实施燃煤设施改燃或并网，面临燃气供应不足的困难，同时城镇化进程的加快也增加了新的能源需求，因此，生物质能源的合理利用既能解决燃气供应的不足也解决了生物质焚烧产生的环境问题。本文在调研分析生物质成型燃料应用过程中出现的问题基础上，提出了天津市生物质成型燃料应用对策。

1 推进生物质成型燃料的主要问题

1.1 污染物成分复杂

生物质成型燃料燃烧排放的主要污染物是颗粒物、SO2和NOx，采用多管除尘器+布袋除尘器，颗粒物可以控制在20mg/m3以内；以木质颗粒物为主的燃料，硫的含量较低，烟气中SO2基本未检出，但是以秸秆为主的成型燃料硫的含量相对较高，部分秸秆如棉杆等硫含量可达到0.1%~0.2%，因此烟气中SO2需要处理才能达标排放，如天津市某工业区建设的一台6t蒸汽锅炉，SO2产生浓度97.5mg/m3；生物质锅炉项目燃烧温度一般低于1300℃，NOx主要来自于原料中的氮，控制氮元素含量能有效的控制烟气中的NOx浓度，根据调研的监测资料，NOx基本低于200mg/m3。

生物质成型燃料燃烧还产生其他污染物，燃烧过程分为干燥预热、挥发分析出与燃烧、焦炭燃烧等阶段[5-7]，生物质燃料挥发分高达70%左右，析出和燃烧时间占整个燃烧过程的10%左右，可燃气体大量快速析出后可造成局部温度低、氧含量低[8]及混合不充分，CO、挥发性有机物等可燃气体不充分燃烧直接排出；由于没有燃料质量标准的约束，成型燃料生产的企业在生产的过程中添加煤粉、废旧家具拆解物、废纸张、生活垃圾、粘结剂等，出现个别项目排放挥发性有机物、二恶英、重金属的现象。

1.2 监管难

1.2.1 燃料品质不能保证。生物质成型燃料产品质量参差不齐，燃料热值、灰分、灰熔点、主要污染物含量没有明确规定，导致在生物质生产过程中存在掺杂原散煤或劣质粘结剂等问题，对锅炉污染物排放影响很大。

1.2.2 燃烧设备不规范。很多生物质成型燃料锅炉是由燃煤链条炉改装的，生物质成型燃料锅炉技改不规范，燃烧设备在配风、受热面布置、环保装置配置等方面工况恶化，烟气排放浓度超标，稳定运行的比例较低。

1.2.3 排放超标。生物质成型燃料锅炉以小型为主，多数不安装在线监测设备，如广东省截至2013年底，已建有1401台生物质成型燃料锅炉，平均单台容量6.13蒸吨。烟尘需要采用布袋除尘器收集，一些企业在布袋损坏的情况下不更换维修，或不安装除尘设施，导致排放超标严重；另外，部分企业为节约成本，偷偷燃煤，很难监管。

1.3 现有排放标准不利于推广生物质成型燃料锅炉

截止到目前，国家没有专门针对生物质燃料的特点制定排放标准，而是简单的参照燃煤标准[9]，没有充分重视生物质固体燃料燃烧的特点及排放水平；天津市的环境政策是控制新建燃煤锅炉，尤其是小锅炉的建设，不利于生物质燃料推广，因此需制定地方的排放标准。

1.3.1 用作居民供热原料价格不占优势

对煤炭的控制和天然气的高成本，是生物质成型燃料推广的契机。天津市执行供热收费25元/m2的市场统一定价是按燃煤核算的成本，如果改用生物质，则需要政府的补贴才能正常运行。2014年天津市二类烟煤的价格在550元/t～650元/t、生物质成型燃料800元/t～1000元/t、一般工业用3.65元/m3、集中供热用3.25元/m3，以吨蒸汽成本比较，生物质成型燃料的成本是天然气项目的80%～90%左右，是燃煤项目的1.4～1.6倍。

1.3.2 燃料收集贮存困难

秸秆从收集、储存、加工、运输等环节来看：（1）运距不宜过长；（2）成本不好控制；（3）燃料质量波动较大；（4）贮存空间大，部分燃料存储周期长，如华北地区冬小麦一般在5月～6月收割，春玉米7月～8月收割，用作冬季供暖则需要贮存近半年的时间。

2 推进生物质成型燃料综合利用的相关建议

2.1 天津市生物质资源情况

天津市2014年小麦、水稻、玉米、棉花等大田作为种植面积600多万亩，秸秆产量270×104t，可以用量达到230×104t，但燃料化利用仅10×104t，为综合利用量的5.3%。同时，对田间焚烧投入大量人力齐抓共管，仍没有杜绝，根据环保部卫星监测数据显示，2013年夏秋核实的火点数达到10个。

2.2 建立健全标准体系

对生物质成型燃料的应进行系统性管理，从燃料、设备要求、排放三个方面进行监管。

2.2.1 制定《天津市生物质燃料质量标准》

燃料质量标准是从源头上规范生物质成型燃料生产，使其满足一定的产品要求，合理控制燃料的外观、尺寸、热值、N、S、CL、挥发分等含量，是排放达标的前提条件。

2.2.2 制定《生物质成型燃料工业锅炉技术条件标准》

生物质专用燃烧设备的设计必须满足生物质成型燃料低热值、高挥发分、低灰熔点的特点，增大炉膛结构，改善一次风、二次风的配比，采用二次进风热能回收和自动控制等[10]，规定锅炉的效率、排烟温度，从稳定燃烧角度要规定炉排热负荷、受热面热负荷、以使燃料充分燃烧，并降低积灰、堵塞、结焦、磨损等问题发生的几率，做到锅炉的稳定运行、燃料的高效利用、污染物低排放。

2.2.3 制定《生物质成型燃料大气污染物排放标准》

排放标准是环保系统监管生物质项目的抓手，现有的标准对推广生物质成型燃料起不到促进作用，要根据环境质量改善的需要和天津市燃料的特点，制定经济技术可行的排放限值。

2.3 推行第三方运行

我国现在小型锅炉普遍存在的问题之一是运行水平低，导致锅炉热效率低，燃料浪费严重，污染物排放超标，委托具有专业技术的第三方运行可有效解决企业由于人员水平低导致的运行问题。据广东省不完全统计，全省有40多家为客户提供热能服务的专业化第三方治理和运营企业，也是广东省环保厅积极推动的运行方式[11]。

2.4 对生物质成型燃料综合利用项目给予补贴

从市场经济的角度来说，生物质成型燃料的推广的关键定位是对天然气有利补充和替代，不能与其和燃煤进行经济比较，但在天津市以煤为主体的能源结构下，生物质成型燃料应用的遭遇的影子对手为燃煤，虽然农业部门对秸秆的综合利用给予一定的补贴，但效果并不是很好。环保部门应在认真核算成本的基础上，对生物质成型燃料给予补贴。