生物质锅炉集中供热对城市建成区大气环境质量影响

董 黎

(绵阳市安州区环境保护监测站，四川绵阳 622651)

0 引言

绵阳市安州区地处四川盆地西北部，位于绵阳市的西南方向，西北部与龙门山脉接壤，地势较高，山脊海拔一般在1 000～2 500 m之间，形成了在安昌河和雎水河两岸以黄土、花荄、界牌、塔水、秀水等镇为平坝，河岸平坝两侧及秀水河以东地区为丘陵，西北部以低中山为屏障的地理特点.社会经济的发展带动产业结构调整，促使城镇化不断推进，城区的规模也在不断扩大，目前安州区城市建成区规划面积13 km2，人口约15万.根据社会经济发展需要和地理位置特点，规划了黄土-花荄-界牌15 km2产业带，依托产业带建设的省级工业园，基本形成了以汽配机械为主导产业，电子信息、医药食品、精细化工为综合配套产业的产业集群，目前园区已入驻工业项目近百个.为了适应经济由高速发展转向高质量发展的要求，发展经济的同时保护好环境，节约能源，提高资源的综合利用效率，工业园区计划引进生物质集中供热项目，采用2台45蒸吨水冷振动复合炉排直燃秸秆锅炉为园区企业集中供应热源，锅炉燃料采用稻壳、树皮、废旧建筑模板、酒糟、砂光粉、竹渣、秸杆等为原料进行直接燃烧，生产蒸汽.

本文以安州的气象条件和该地区目前的大气环境监测数据为基础，结合生物质锅炉和天然气锅炉产排污数据，从生物质燃料的特征、生物质锅炉产生的大气污染物浓度贡献、城市建成区大气环境的承载能力等方面对园区采用直燃生物质锅炉集中供热对该地区城市建成区大气环境质量的影响进行了探讨分析，为进一步优化城区环境空气质量提供数据和技术支持，同时，探讨了提高城市建成区大气环境质量的对策.

1 城区的大气环境质量现状

根据自动监测站环境空气质量监测数据，2014年安州区城区PM10、二氧化硫、二氧化氮三项主污染物年均浓度列于表1，从表1可以看出，主要的环境空气质量指标已达到环境空气质量二级标准要求.

表1 2014年城区环境空气质量监测数据Tab.1 Data of Urban Air Quality Monitoring in 2014

2 燃生物质锅炉对城市建成区环境的影响

2.1 直燃生物质燃料是环境高污染燃料

生物质锅炉在生态学意义上具有零排放的特点，其废气、硫、硝等大气污染物的排放量比传统燃煤锅炉要小[1-3]，但是生物质燃料不等同于具有环保特征的生物质成型燃料[4,5]，采用直接燃用秸秆、锯末、稻壳等废弃物作为生物质燃料，根据国家《关于划分高污染燃料的规定》，直燃生物质燃料是一种高污染燃料，锅炉运行期间会产生大量的烟粉尘，对大气环境造成污染，所燃用高污染燃料的蒸汽锅炉也是高污染燃料设备[6].因此，采用生物质锅炉集中供热产生的环境效益和经济成本需进行综合考虑.

2.2 生物质集中供热烟气排放是影响城区大气环境质量的关键

图1 2014年城区全年风玫瑰图(气象数据)Fig.1 Wind Rose of Urban Area in 2014(Meteorological data)

2.2.1 地区气象环境情况 图1是根据气象部门统计数据绘制的安州区全年风玫瑰图.从图可以看出，城区常年的主导风向为西北风和北风.

目前，对县区空气环境质量考核指标主要涉及可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫、氮氧化物三项指标，其中重点是颗粒物指标的改善率.由于工业园区与城区已形成产城一体结构，工业园区与城区紧密接合.生物质集中供热项目选址位于建成区的主导风向上风向，其生产过程中所排放的烟气污染物通过扩散影响整个城区，见图2.

2.2.2 集中供热生物质锅炉运行污染物对城区大气环境的影响 结合集中供热燃生物质锅炉运行的相关参数和安州近年的大气环境空气质量数据，按《环境影响评价技术导则—大气环境》HJ2.2-2008中SCREEN3模式进行筛选计算，绘制了项目排放颗粒物浓度分布示意图，如图3所示.直燃生物质锅炉集中供热项目建成运行，对城区可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮的浓度贡献最大，3项污染物浓度分别上升35.8%，51.5%，41.4%.成为影响城区大气环境质量的关键因素.

图2 项目烟气排放效果示意图(主导风西北风)Fig.2 Drawings of Flue Gas Emissions ( Northwest Wind)图3 项目排放颗粒物浓度分布示意图Fig.3 Distribution Diagram of Particle Concentration Emitted by Project

按照生物质燃料锅炉集中供热项目运行参数进行测算，正常生产时，锅炉下方向烟气中可吸入颗粒物影响的最远距离可达3 500 m，落地浓度为0.052 mg·m-3，叠加上现状值，颗粒物浓度会上升30%以上.下方向烟气中二氧化硫影响较大的最远距离3 500 m，落地浓度为0.052 mg·m-3，叠加上现状值，二氧化硫最高浓度会上升50%以上.锅炉下方向烟气中二氧化氮影响较大的最远距离3 000 m，落地浓度为0.028 mg·m-3，叠加上现状值，二氧化氮最高浓度会上升40%左右.若项目锅炉发生非正常排放时，最大落地最远距离可达1 500 m，浓度高可达0.706 mg·m-3，超过国家标准7倍左右.

2.3 加重灰霾天气，影响人群健康

参考污染普查系数手册，燃生物质锅炉和燃天然气锅炉主要污染物系数见表2.从表可知，燃天然气锅炉基本不产生颗粒物，同样热值的情况下，氮氧化物和二氧化硫的排放量也远远小于燃生物质锅炉.

表2 生物质锅炉和天然气锅炉主要污染物系数Tab.2 Pollutant Coefficient of Biomass Boilers and Natural Gas Boilers

2016年新的环境空气质量标准，增加细颗粒物(PM2.5)，年均值标准为0.035mg/m-3.从表3可以看出，与燃气、燃煤锅炉相比较，燃生物质锅炉会产生大量的颗粒物，安州区受地理条件和气象条件制约，城区大气环境承载能力有限，直接燃烧生物质其挥发分含量在65%-86%，与含挥发分35%左右的煤相比，产生的烟雾也大于煤[7,8]，通过高空排放后，扩散至城区，其中含有导致灰霾产生PM2.5等细小颗粒物，极易产生灰霾天气.

图4 项目锅炉烟气影响范围示意图Fig.4 Schematic Diagram of the Influence Range of Boiler Flue Gas by Project

从图4可以看出，下风方向城区600 m～1 000 m左右有职业中学，小学，实验中学，妇幼保健院、疾控中心、养老福利院等环境敏感点，项目所排放的烟气颗粒物最大落-地浓度恰好在此区域内，大气环境质量的变化极易加重影响抵抗力弱的敏感人群.同时在不利的天气下，加上城区两面地势高，中间低的地理环境，形成灰霾天气不易散去，影响居民身体健康.

2.4 影响城区景观视觉整体形象

据了解生物质集中供热项目拟建设45 m高的烟囱，直径2 m，生产时排放大量高温气体，在气温低的天气条件下，遇冷空气易产生大量烟雾，加上烟气抬升作用，在几十米高空形成烟雾缭绕，影响城市整体景观视觉形象.

2.5 生物质燃料锅炉运行过程中的环保问题

生物质燃料锅炉使用的生物质燃料其成份复杂，热值波动较大，热值较低，同时易结渣积灰，需要定期清灰，否则实际热效率会大幅度降低[9]，因此生物质燃料锅炉运行过程中极易存在掺烧其他高污染燃料等现象，如掺烧煤粉以提高热值的问题.同时也可能不仅仅利用纯的农林剩余物，而掺杂了一些废旧家具、建筑模板、垃圾等，这些物质的燃烧会产生大量的大气环境污染物，这就增加了环保管控风险，产生新的环保问题.

3 提高城市建成区大气环境质量的对策及建议

3.1 合理布局新建项目

根据地区地理环境和气象条件考虑，项目的选址应充分考虑风向因素，避免在建成区的上风向建设产生对大气污染的项目.同时优化工业布局，各部门联合把关，对不符合产业政策，污染物排放量大的项目严格把关，严格落实工业园区进入范围，减少影响城市建成区大气环境污染物的产生.

3.2 划定高污染燃禁燃区

为防治灰霾污染，改善环境空气质量，保障公众健康，依据国家相关要求在城市建成区及近郊划定高污染禁燃区，禁燃区禁止使用、销售高污染燃料，禁燃区不得新建、改建、扩建任何燃用高污染燃料的设备.将城区及工业园区划为高污染燃料禁燃区，采取拆除、改建、清洁能源替代等措施，全面淘汰建成区内燃煤锅炉，以减少污染物排放总量，防止灰霾天气产生.

3.3 加强监测，落实减排

在城区建设空气质量自动监测微站，实现城区空气质量监测全覆盖.城区以网格划分，加强空气质量考核，各网格责任单位要落实监管责任，住建、城管、交通等部门要按照职责做好建筑施工扬尘、道路扬尘、机动车排放等减排措施的落实.环保部门加强对园区工业企业污染的监管，形成齐抓共管的良好局面.

4 结论

综上所述，如果以直燃生物质锅炉进行集中供暖，从环境影响的角度来看，其产生的PM10、二氧化硫及氮氧化物的排放量可能会显著增加，对城市大气环境可能产生不利影响，因此对于其环境影响的评价，必须充分考虑所用的生物质能源原料的来源及成分、燃烧方式、尾气处理设施等，并对项目进行充分的和谨慎的论证，尤其不能以牺牲环境效益来换取经济效益，否则，对于建成区的大气环境将造成重大的影响.