四川省锅炉大气污染物排放标准制订研究

赵萍萍，李 纳

(四川省生态环境监测总站，成都 610091)

前 言

随着经济社会的持续快速发展，工业化、城市化进程不断加快，区域大气复合污染、高频发的灰霾污染和日趋严重的臭氧污染已经成为四川省面临的主要环境问题之一。锅炉作为重要且使用量巨大的热能动力设备，其排放的废气污染物(如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、重金属以及VOCs等)是影响大气质量的重要因子，是PM2.5和O3污染的主要来源之一。《大气污染防治行动计划》实施以来，四川省加快实施“煤改气”“煤改电”工程，通过淘汰燃煤小锅炉，煤炭消费比重逐年降低，天然气及非化石能源消费比重显著提高，锅炉主要污染物也逐渐由燃煤锅炉排放的颗粒物及SO2向燃气锅炉排放的NOX转变。作为PM2.5和O3污染的重要前体物，NOX的控制已迫在眉睫。为了加快推进四川省绿色发展和能源结构调整，适应更加严格的大气环境管理需要，亟需制订四川省锅炉大气污染物排放标准，从严控制锅炉大气污染物排放，尤其是NOX排放，推动锅炉生产、运行和污染治理的技术进步和升级，提升锅炉大气污染防治水平，改善空气质量。

1 调研与数据统计分析

1.1 地方排放标准制修订情况

为了进一步防治锅炉大气污染物排放造成的污染，北京、上海、山东等地陆续制修订了地方排放标准，制修订的主要内容有：分区域进行污染控制；进一步收严大气污染物排放限值，特别是燃煤锅炉污染物及燃气锅炉氮氧化物排放限值；明确规定燃生物质锅炉大气污染物排放限值等。

目前地方排放标准制修订的思路大致有三类：一是北京、上海等直辖市或经济发达的省会城市，基本完成清洁能源替代工作，锅炉以燃气或燃油为主，标准制修订的重点是控制燃气锅炉氮氧化物排放，并通过全域实施燃气标准实现全面禁煤。二是山东、陕西等北方地区，虽然实施了清洁能源替代，但以煤为主的能源结构导致大气污染物排放总量居高不下，因此对人口密集区、经济相对发达区双管齐下，同时要求控制燃煤锅炉污染物及燃气锅炉氮氧化物排放，对其它地区相对放宽要求。三是广东、重庆等南方地区，没有冬季采暖压力，大气环境质量相对较好，基本是以《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)(以下简称GB13271-2014)特别排放限值为基础，对其中个别指标有所收严。

1.2 四川省空气质量现状

2013年《大气污染防治行动计划》实施以来，四川省空气质量得到了显著改善(见图1)，SO2、PM10、PM2.5年均值下降趋势明显，尤其是SO2年均值已远低于国家标准限值，这与燃煤锅炉淘汰与改造、能源结构调整密切相关。NO2年均值虽也呈下降趋势，但降势缓慢；而O3浓度则呈波动上升趋势，2020年同比2015年上升12.5%。重点区域、重点城市PM2.5和O3污染仍然突出，2020年全省仍有7个城市的PM2.5年均浓度超标(见表1)。

图1 2010～2020年四川省空气质量变化情况

表1 2015～2020年四川省PM2.5超标城市

1.3 四川省锅炉使用和污染物排放现状

根据2017年第二次污染源普查数据，对全省在用锅炉(不含电站锅炉)的数量、地域及规模分布情况、燃料类型及使用情况、大气污染物排放及治理现状进行了数据统计分析。

1.3.1 锅炉总量

截止2017年底四川省在用锅炉约12 590台，其中工业锅炉约10 620台，生活锅炉约1 970台。

1.3.2 锅炉所在地域及规模分布

全省锅炉主要集中在成都平原、川东北及川南地区，三州地区因人口少、经济欠发达，锅炉使用量较少(见图2)。成都市锅炉数量位居全省第一，占26.9%；锅炉数量较多的市州有达州(9.3%)、泸州(8.7%)、德阳(7.1%)、雅安(6.4%)、绵阳(5.4%)、乐山(5.4%)、眉山(4.9%)等；三州锅炉总量合计仅占全省的3.5%。

图2 各市州锅炉分布情况

锅炉规模以10t/h以下为主，占锅炉总数的93.7%，10～20t/h占3.6%，20～35t/h占1.6%，35t/h以上仅占1.1%。

1.3.3 锅炉燃料类型分布

全省锅炉主要以燃煤和燃气锅炉为主，其中燃煤锅炉4 100台、燃气锅炉6 820台、燃油锅炉260台、燃生物质锅炉1 260台，其它燃料锅炉150台(见图3)。随着燃煤小锅炉淘汰及“煤改气”工作的深入开展，多数市州燃气锅炉数量占比较高(见图4)。成都市燃气锅炉已占全市锅炉总量的80%以上，自贡、绵阳、德阳等12市燃气锅炉占本市锅炉总量超过50%。

图3 不同燃料类型锅炉统计

图4 各市州燃煤锅炉及燃气锅炉占比统计

1.3.4 锅炉燃料使用情况

2017年全省锅炉消耗燃煤约779万t、消耗天然气约20.7亿m3(折算标煤约252万t)、消耗燃油约13.8万t。各市州燃煤消耗量基本与燃煤锅炉分布情况一致，乐山、宜宾、泸州等市燃煤用量较大。成都市燃气消耗量占全省燃气量的50%以上，其它市州用量在0.003～1.5亿m3之间。燃油消耗量主要集中在成都市，占全省总量的90%以上(见图5)。

图5 各市州锅炉燃料使用情况

1.3.5 锅炉污染物排放情况

2017年全省锅炉SO2、NOX及颗粒物排放量分别约为1.62万t、1.41万t、1.41万t，在全省排放总量中的分担率分别为6.1%、2.2%和2.2%。其中工业锅炉SO2、NOX及颗粒物排放量分别约为1.57万t、1.36万t、1.31万t，分别占锅炉排放量的96.9%、96.5%、92.9%，在全省工业排放总量中的分担率分别为7.4%、5.5%、3.0%。成都、乐山、宜宾、眉山、泸州、德阳等市工业锅炉大气污染物排放占比较高(见表2)。

表2 各市(州)工业锅炉大气污染物排放情况统计

1.3.6 锅炉污染治理状况

全省锅炉共配套1860余套除尘设施、800余套脱硫设施和340余套脱硝设施，污染治理设施主要集中在燃煤锅炉，燃气锅炉低氮改造工作基本未开展。

2 四川省锅炉大气污染物排放标准制订主要思路

2.1 标准适用范围

根据锅炉的定义[1]及相关研究[2]，热风炉实际是以风作为工质的锅炉，适用于锅炉大气污染物排放标准。因此在GB13271-2014适用范围的基础上，增加了各种容量的热风炉。另外根据原环保部《关于醇基燃料锅炉执行标准有关问题的复函》(环函〔2015〕319号)并参考其它省市地方标准相关内容，增加了使用重油、渣油、轻柴油、醇醚燃料(如甲醇、乙醇、二甲醚等)等其他液体燃料的锅炉，参照燃油锅炉排放控制要求执行；使用高炉煤气、焦炉煤气及其他气体燃料的锅炉，参照燃气锅炉排放控制要求执行等内容。

2.2 分区域控制

标准采取两级分区对锅炉大气污染物排放进行控制。首先按照经济发展程度、人口聚集程度及空气质量状况，同时结合《四川省生态环境厅关于执行大气污染物特别排放限值的公告》中“四川省大气污染防治重点区域划分表”和成渝地区双城经济圈建设的要求，将全省各市县划分为三类区域，每个区域再按照高污染燃料禁燃区内外分别制订排放限值。三类区域中Ⅰ类区包括成都、德阳、眉山、资阳4市全域和11个地级市中心城区所在县(攀枝花、广元、巴中、三州地区除外)；Ⅱ类区包括Ⅰ类区的11个地级市的非中心城区所在县(市、区)和攀枝花、广元、巴中市全域以及凉山州西昌市；Ⅲ类区包括阿坝州、甘孜州全域和凉山州除西昌市外的16县。

2.3 污染物控制项目

标准的污染物控制项目基本与GB13271-2014保持一致，规定了颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物的最高允许排放浓度限值和烟气黑度限值。考虑到锅炉的完全燃烧程度直接反映锅炉的运行状态并影响污染物的排放情况，增加了一氧化碳排放浓度限值。

2.4 污染物排放限值

标准各区域污染物排放限值的设置参考了其他地方排放标准的制订思路。Ⅰ类区为成都都市圈及成都平原、川南、川东北经济区(除广元、巴中外)的中心城区所在县(市、区)，是四川省人口最密集、经济最发达地区，燃煤锅炉淘汰已取得明显成效，燃气管网铺设较好，因此执行《成都市锅炉大气污染物排放标准》(DB51/2672-2020)的新建锅炉排放标准，全域禁煤并全面推进燃气锅炉低氮排放(见表3)。Ⅱ类区为Ⅰ类区中11个地级市的非中心城区所在县(市、区)和攀枝花、广元、巴中市全域以及凉山州西昌市，环境压力相对较小，燃煤与燃气锅炉使用并重。考虑到冬季没有采暖压力，且锅炉吨位以10t/h以下为主，对燃煤锅炉提出超低排放的要求不现实。因此在高污染燃料禁燃区内要求燃气锅炉低氮排放，但限值较Ⅰ类区禁燃区内放宽一倍；禁燃区外以国标特别排限值为基础，对燃煤锅炉进行适当收严(见表4)。Ⅲ类区为三州地区，经济不发达、人口稀少，空气质量好，禁燃区内限值与Ⅱ类区一致，禁燃区外执行国标特别排放限值的要求(见表5)。另外标准还根据生物质燃料锅炉特性确定了相关污染物排放限值。

表3 Ⅰ类区锅炉大气污染物排放浓度限值

表4 Ⅱ类区锅炉大气污染物排放浓度限值

表5 Ⅲ类区锅炉大气污染物排放浓度限值

2.5 燃气锅炉低氮燃烧技术及氮氧化物排放限值比较

燃气锅炉低氮燃烧技术是根据燃烧过程中NOX的生成机理，通过改进燃烧技术来降低燃烧过程NOX的生成与排放，主要途径有：降低燃料周围的氧浓度，减小炉内过剩空气系数，降低炉内空气总量，或减小一次风量及挥发分燃尽前燃料与二次风的混和，降低着火区段的氧浓度；在氧浓度较低的条件下，维持足够的停留时间，抑制空气中的氮生成NOX，同时还原分解已生成的NOX；在空气过剩的条件下，降低燃烧温度，减少热力型NOX的生成。国内外应用较广泛的低氮控制技术主要包括分级燃烧、烟气再循环、贫燃预混燃烧等，一般可使NOX的排放量降低30%～80%。采用上述低氮控制技术的低氮燃烧器通过特殊设计的燃烧器结构来改变燃烧器的空燃比，使在燃烧器内部或出口射流的空气分级，以控制燃烧器中燃料与空气的混合过程，尽可能降低着火区的温度和氧浓度，在保证燃料着火和充分燃烧的同时能有效地抑制NOX的生成。

目前各地的地方标准根据本地经济发展水平、能源结构调整及锅炉污染治理水平提出的燃气锅炉低氮排放限值的范围是30～80 mg/m3，在GB13271-2014特别排放限值(150mg/m3)的基础上收严了80%～47%(见图6)。本标准要求Ⅰ类区高污染燃料禁燃区内燃气锅炉低氮控制水平与国内发达地区看齐，达到30mg/m3；其它地区氮氧化物排放达到国内低氮排放控制的中等水平或GB13271-2014特别排放限值即可。

图6 新建燃气锅炉NOX排放限值比较

3 结 语

根据对国内锅炉大气污染物地方排放标准、四川省空气质量状况、四川省锅炉使用及排放现状、燃气锅炉低氮燃烧技术的研究，提出四川省锅炉大气污染物地方排放标准制订的主要思路：

3.1 根据经济发展程度、人口聚集程度、空气质量状况及相关环境管理要求，将全省划分为三类区域，每个区域再按照高污染燃料禁燃区内外分别制订大气污染物排放限值。

3.2 在经济发达、人口密集、大气污染防治压力较大的地区(Ⅰ类区)全面禁煤并要求燃气锅炉低氮排放，规定氮氧化物排放限值为30 mg/m3(高污染燃料禁燃区内)或60 mg/m3(高污染燃料禁燃区外)；其它地区(Ⅱ、Ⅲ类区)在高污染燃料禁燃区内推进燃气锅炉低氮改造工作，规定氮氧化物排放限值为60 mg/m3，在禁燃区外严格控制燃煤锅炉及燃生物质锅炉排放。

3.3 根据锅炉的定义及热风炉的工作原理，将热风炉纳入地方标准的管理范畴；为了监控锅炉的完全燃烧程度，增加一氧化碳排放浓度限值。

3.4 建议在继续推进燃煤小锅炉淘汰时，充分考虑天然气管道铺设和供电线路等基础设施建设，促进“煤改气”、“煤改电”工程建设；加大对工业锅炉除尘、脱硫、脱硝设施的建设和运行管理；提高生物质利用率，规范生物质成型材料的加工生产，为生物质锅炉健康发展保证合格原料供应[3]。