燃煤鍋爐對(duì)環(huán)境空氣中PM2.5影響初探

摘 要：為了加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)、適應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的需要、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人體健康，環(huán)境保護(hù)部制定并向社會(huì)公開了《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012），該標(biāo)準(zhǔn)中新增加了PM2.5的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。燃煤鍋爐是傳統(tǒng)排放廢氣的污染源，了解其對(duì)環(huán)境空氣中PM2.5的影響程度對(duì)提出改善環(huán)境空氣質(zhì)量措施具有指導(dǎo)意義。本文通過分析燃煤鍋爐排放煙塵中的粒徑分布，依托大氣擴(kuò)算預(yù)測(cè)結(jié)果初步分析燃煤鍋爐排放煙塵對(duì)PM2.5的影響程度，并提出降低環(huán)境空氣中PM2.5的幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐 顆粒物 PM2.5

中圖分類號(hào)：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）01（b）-0161-02

近年來，公眾對(duì)空氣質(zhì)量的感官認(rèn)知與政府部門發(fā)布的空氣質(zhì)量狀況的矛盾不斷加深，為了改善環(huán)境空氣質(zhì)量，環(huán)境保護(hù)部先后組織對(duì)多個(gè)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，相繼頒布實(shí)施了多個(gè)更為嚴(yán)格的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，對(duì)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行了整體調(diào)整提升，提出了更高的質(zhì)量目標(biāo)，并向社會(huì)公布了《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）。新空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的公示將公眾的視線引向一個(gè)新的名詞PM2.5，PM是英文particulate matter（顆粒物）的首字母縮寫，PM2.5就是指直徑小于或等于2.5 mm的顆粒物，形象的表述為直徑不到頭發(fā)絲1/20的顆粒物，也被稱為可入肺顆粒物。

雖然肉眼看不見空氣中的PM2.5，但其能降低空氣的能見度，形成感官上認(rèn)知的灰霾天。根據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站編制的《2010年灰霾試點(diǎn)監(jiān)測(cè)報(bào)告》，發(fā)生灰霾天氣時(shí)，PM2.5濃度較非灰霾天氣時(shí)明顯增加，且顆粒物與能見度呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，顆粒物濃度增加是除了氣象條件以外，灰霾產(chǎn)生的重要因素之一。雖然空氣中不同大小的顆粒物均能降低能見度，不過相比于粗顆粒物，更為細(xì)小的PM2.5降低能見度的能力更強(qiáng)。當(dāng)顆粒物的直徑和可見光的波長越接近，其對(duì)光的散射消光能力越強(qiáng)，可見光的波長在0.4～0.7 mm之間，而粒徑在這個(gè)尺寸附近的顆粒物正是PM2.5的主要組成部分。理論計(jì)算數(shù)據(jù)同樣表明：粗顆粒的消光系數(shù)約為0.6 m2/g，而PM2.5的消光系數(shù)在1.25～10 m2/g，PM2.5的主要成分硫酸銨、硝酸銨和有機(jī)顆粒物的消光系數(shù)都在3左右，是粗顆粒的5倍[1]。所以，PM2.5是灰霾天能見度降低的主要原因。

自然過程中也產(chǎn)生PM2.5（稱為背景濃度），國內(nèi)尚無關(guān)于PM2.5背景濃度的數(shù)據(jù)，引用國外數(shù)據(jù)作為參考。在美國和西歐，背景濃度大約為3～5μg/m3[2]，澳大利亞的背景濃度也在5 μg/m3左右[3]。由此看出自然產(chǎn)生量較小，環(huán)境空氣中的PM2.5主要來自人為排放，包括直接排放及某些氣體在空氣中轉(zhuǎn)變成PM2.5的間接排放。直接排放主要來自城市揚(yáng)塵、化石燃料的燃燒、交通尾氣等，間接排放主要為二氧化硫、氮氧化物、氨氣、揮發(fā)性有機(jī)物等轉(zhuǎn)化成PM2.5。城市揚(yáng)塵、煤煙塵、機(jī)動(dòng)車尾氣是城市PM2.5的3大污染源，對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)率分別為20.42%、14.37%、15.15%[4]。其他關(guān)于城市中PM2.5來源的相關(guān)研究同樣表明上述三種污染源對(duì)城市PM2.5貢獻(xiàn)較大。

燃煤鍋爐作為傳統(tǒng)高污染行業(yè)，在廢氣治理措施及排放標(biāo)準(zhǔn)不斷從嚴(yán)的情況下，分析其排放顆粒物中PM2.5貢獻(xiàn)程度，對(duì)采取空氣質(zhì)量改善措施具有指導(dǎo)意義。

1 燃煤鍋爐排放顆粒物粒徑分析

燃煤鍋爐排放的顆粒物主要來源于煤炭燃燒過程，根據(jù)煤炭中灰分含量不同，顆粒物產(chǎn)生濃度為12～40 g/m3。鍋爐產(chǎn)生的初始顆粒物粒徑分布為PM10/TSP為32%～48%，PM2.5/TSP為2%～4%，PM2.5/PM10為5%～12%。采用五電場(chǎng)靜電除塵器后顆粒物排放濃度<20 mg/m3，粒徑分布為PM10/TSP為92%～94%，PM2.5/TSP為87%～90%，PM2.5/PM10為95～96%[5]。采用袋式除塵器后顆粒物排放濃度<20 mg/m3，粒徑分布為PM10/TSP為97%，PM2.5/TSP為96%，PM2.5/PM10為99%[6]。整體分析，除塵前煙氣中以大粒徑顆粒物為主，小粒徑顆粒物含量相對(duì)較低，經(jīng)過多電場(chǎng)或是袋式除塵設(shè)備除塵后煙氣中小粒徑顆粒物所占比例迅速增加，最終排放的煙氣中顆粒物以PM2.5為主，約為96%左右。

2 燃煤鍋爐排放對(duì)空氣中PM2.5的影響

2011年7月，環(huán)境保護(hù)部頒布《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011），標(biāo)準(zhǔn)中提出新建發(fā)電燃煤鍋爐煙塵排放濃度限值為30 mg/m3，重點(diǎn)地區(qū)執(zhí)行20 mg/m3，現(xiàn)有鍋爐自2014年起執(zhí)行30 mg/m3。新標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施對(duì)發(fā)電燃煤鍋爐廢氣治理措施提出更高要求，現(xiàn)行的四電場(chǎng)除塵設(shè)備不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求，除塵設(shè)備將向袋式除塵、增大電極面積的靜電除塵設(shè)備發(fā)展。煙塵排放濃度的降低也導(dǎo)致排放的顆粒物中PM2.5比重大幅提升。

隨著環(huán)保要求不斷從嚴(yán)，城市中存在的燃煤鍋爐主要以大型熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐為主，均采取高效除塵措施以滿足新標(biāo)準(zhǔn)30 mg/m3的要求。采用環(huán)境保護(hù)部推薦的大氣穩(wěn)態(tài)煙羽擴(kuò)算模式-AERMOD模式對(duì)燃煤鍋爐排放的PM2.5對(duì)空氣影響程度進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。1臺(tái)1025 t/h鍋爐在海邊城市地區(qū)最大日均貢獻(xiàn)濃度為0.0018 mg/m3[7]，1臺(tái)2060 t/h鍋爐在海邊城市地區(qū)最大日均貢獻(xiàn)濃度為0.0014 mg/m3[8]，1臺(tái)2060 t/h鍋爐在丘陵城市地區(qū)最大日均貢獻(xiàn)濃度為0.0011 mg/m3[9]。可以分析看出，在采取嚴(yán)格控制措施，滿足新標(biāo)準(zhǔn)的情況下，城市中大型燃煤鍋爐對(duì)環(huán)境空氣中的顆粒物貢獻(xiàn)<0.002 mg/m3，所含PM2.5貢獻(xiàn)應(yīng)更低，占到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)0.075 mg/m3的2.6%以下。

由此分析，在執(zhí)行《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）后，城市燃煤鍋爐高空點(diǎn)源排放的顆粒物對(duì)空氣中PM2.5的影響相對(duì)較小。

3 降低環(huán)境空氣中PM2.5的幾點(diǎn)建議

從上面分析，燃煤鍋爐已頒布實(shí)施了更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，其排放顆粒物對(duì)環(huán)境空氣中PM2.5的影響已控制在較低水平。而城市中的施工揚(yáng)塵、道路揚(yáng)塵、汽車尾氣及其二次轉(zhuǎn)化顆粒物，由于面源排放方式、排放高度較低等特點(diǎn)，其擴(kuò)散受到城市建筑物的阻隔形成建筑物下洗，冬季受逆溫等不利氣象條件影響，對(duì)近地面的空氣質(zhì)量中顆粒物貢獻(xiàn)影響更為突出。

為保護(hù)人體健康，降低環(huán)境空氣中PM2.5含量，提出下階段改善空氣質(zhì)量的重點(diǎn)控制方向。

（1）嚴(yán)格推進(jìn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）等新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，積極推廣其它行業(yè)參照?qǐng)?zhí)行的方案。

（2）借助媒體輿論宣傳，提高公眾認(rèn)知程度，擴(kuò)大公眾環(huán)境保護(hù)工作的參與監(jiān)督范圍。

（3）建立行政責(zé)任制，推動(dòng)煉油企業(yè)油品質(zhì)量升級(jí)，實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)“國四油”的供應(yīng)，促進(jìn)機(jī)動(dòng)車“國四”排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，并逐步試點(diǎn)“國五”排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。

（4）建立健全長效機(jī)制，明確職責(zé)職能，加強(qiáng)建設(shè)施工管理、控制渣土堆放和清潔運(yùn)輸?shù)却胧瑴p少城市揚(yáng)塵。

參考文獻(xiàn)

[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] 世界衛(wèi)生組織，WHO Air quality guidelines for particulate matter，ozone， nitrogen dioxide and sulfur dioxide （Global update 2005，Summary of risk assessment）

[3] 澳大利亞環(huán)保委員會(huì)，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] 葉文波.寧波市大氣可吸入顆粒物PM10和PM2.5的源解析研究[J].環(huán)境污染與防治，2011，33：66-69.

[5] 魯晟，姚德飛.燃煤電廠煙氣中顆粒物粒徑分布特征研究[J].環(huán)境污染與防治，2010，32（增刊）：62-65.

[6] 姚群，陳隆樞，陳光偉，等.燃煤電廠鍋爐煙氣PM10排放控制技術(shù)與應(yīng)用.電力環(huán)境保護(hù)，2007，23（1）：52-54.

[7] 徐偉.華電青島發(fā)電有限公司三期“上大壓小”熱電工程環(huán)境影響報(bào)告書，2010：p.6-10.

[8] 逄增勇.華能煙臺(tái)八角電廠上大壓小機(jī)組工程環(huán)境影響報(bào)告書[R]，2011：5-12.

[9] 徐偉.華電國際十里泉發(fā)電廠“上大壓小”擴(kuò)建項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書[R]，2011：6-12.