成都市工業鍋爐大氣污染物排放狀況統計分析

張 偉 潘建成 杜發明 趙 宇

（成都市特種設備檢驗院 成都 610036）

成都市工業鍋爐大氣污染物排放狀況統計分析

張 偉 潘建成 杜發明 趙 宇

（成都市特種設備檢驗院 成都 610036）

為進一步強化大氣污染治理，認真貫徹落實《成都市大氣污染防治行動方案（2014-2017年）》，推進成都市工業鍋爐綜合整治，在成都市環保局的大力支持下，成都市特種設備檢驗院經過前期籌備，于2015年開始對全市工業鍋爐進行大氣污染物排放監測。本文對2015年6月至2016年6月一年間鍋爐的監測數據進行了統計，并與現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB 13271—2014）要求的指標進行了對比，討論并分析了成都市工業鍋爐大氣污染物排放現狀及成因，提出了應用該標準的幾點建議。

工業鍋爐 污染物 排放

為認真貫徹四川省“十二五”節能減排規劃，同時,也為實現鍋爐的綜合信息管理，成都市特種設備檢驗院率先在國內提出了鍋爐安全、環保和能效“三位一體”的工作模式，并花費大量的人力物力打造一個融合了鍋爐環保管理、鍋爐能效管理、鍋爐移動檢驗、鍋爐追溯管理、鍋爐基礎信息處理、鍋爐統計分析、鍋爐使用情況查詢等系統的，并可共享的集流程審批、信息報送、信息反饋、數據計算、數據統計等多功能于一體的監控管理平臺。該工作平臺，以成都市特種設備檢驗院為執行單位，成都市環保局、成都市質監局、成都市經信委為監控單位，建立成都市鍋爐安全、環保和能效監控平臺。在成都市環保局的大力支持下，成都市特種設備檢驗院基于該平臺開展了鍋爐大氣污染物排放測試，并為環保局提供成都市轄區工業鍋爐大氣污染物排放監測報告。截止到2016年6月30日，通過該平臺共生成報告1845份。本文截取2015年6 月30日至2016年6月30日一年的監測報告，對成都市在用的1369臺不同類型鍋爐排放的大氣污染物測試數據中的顆粒物濃度（ρ(PM)）、SO2濃度（ρ(SO2)）和NOx濃度（ρ(NOx)）進行了統計，并把統計結果與GB 13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標準》中的指標進行了對比，討論并分析了成都市工業鍋爐大氣污染物排放現狀及成因，提出了應用該標準的幾點建議。

1 監測指標與方法

1.1 測試指標與測試設備

主要監測指標與測試設備見表1。

表1 監測指標與測試設備

1.2 測試技術要求

鍋爐排放測試主要包含三個監測項目：顆粒物濃度（ρ(PM)、SO2濃度（ρ(SO2)）和NOx濃度（ρ(NOx)），采樣方法主要參照《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》(GB/T 16157—1996)和《鍋爐煙塵測試方法》(GB/T 5468—1991)進行；涉及的熱工性能測試參照《工業鍋爐熱工性能試驗規程》（GB/T 10180—2003)進行；ρ(PM)，ρ(SO2) 和ρ(NOx) 的表示與折算依照《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB 13271—2001)和《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB 13271—2014)進行，ρ(PM)，ρ(SO2)和ρ(NOx) 均按照相應的公式折算為基準氧含量排放濃度值，其中NOx以NO2計。

2 被測鍋爐總體情況與分析

被測鍋爐按燃料類型分成四類：燃煤鍋爐、燃生物質鍋爐、燃氣鍋爐和燃油鍋爐。其中，燃煤鍋爐數量最多，占總數量的39.9%；燃生物質鍋爐其次，占總數量的29.3%；燃氣鍋爐占總數量的28.9%；燃油鍋爐最少，占總數量的1.9%。

2.1 燃煤鍋爐測試數據分析

燃煤鍋爐顆粒物的累積分布和區間概率分布分別見圖1和圖2。從圖1和圖2可知，實測鍋爐排放的ρ(PM)主要分布在20-1000mg/m3范圍內，其間的鍋爐數占總數量的88.3%，平均值為464mg/m3。按照現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014的規定，執行表1顆粒物的限值為80mg/m3，執行表3顆粒物的限值為30mg/m3。據圖可知，僅有13.8%和2.8%的鍋爐分別達到表1和表3限值的要求。由此可見,大多數燃煤鍋爐的ρ(PM)不能滿足國標規定的最高允許排放限值的要求。

圖1 ρ(PM)累積分布

圖2 ρ(PM)的區間概率分布

燃煤鍋爐ρ(SO2)的累積分布和區間概率分布如圖3，圖4所示。由圖可知實測鍋爐排放的ρ(SO2)主要分布在13-2400mg/m3范圍內，其間的鍋爐數占總數量的92.2%，平均值為835mg/m3。按照現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014的規定，執行表1中SO2的限值為550mg/m3（四川省），執行表3中SO2的限值為200mg/m3。據圖可知，僅有45.3%和20.3%的鍋爐分別達到表1和表3限值的要求。

燃煤鍋爐ρ(NOx)的累積分布和區間概率分布如圖5，圖6所示。由圖可知實測鍋爐排放的ρ(NOx)主要分布在25-400mg/m3范圍內，其間的鍋爐數占總數量的92.9%，平均值為263mg/m3。若按照現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014的規定，執行表1中NOx的限值為400mg/m3，執行表3 中NOx的限值為200mg/m3。據圖可知，有93.3%和26.5%的鍋爐分別達到表1和表3限值的要求。

圖3 ρ(SO2)的累積分布

圖4 ρ(SO2)的區間概率分布

圖5 ρ(NOx)的累積分布

圖6 ρ(NOx)的區間概率分布

2.2 生物質鍋爐測試數據分析

生物質燃料燃燒后生成的SO2濃度很低或檢測不出，這里不做討論，只對PM和NOx進行了統計。燃生物質鍋爐顆粒物的累積分布和區間概率分布分別見圖7和圖8所示。由圖可知，實測鍋爐排放的ρ(PM)的平均值為694mg/m3,并主要分布11-1600mg/m3的范圍內，其間的鍋爐數占總數量的90.3%；按照現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014的規定（參照燃煤鍋爐），執行表1顆粒物的限值為80mg/m3，執行表3顆粒物的限值為30mg/m3。據圖可知，僅有6.9%和4.5%的鍋爐分別達到表1和表3限值的要求。由此可見,絕大多數燃生物質鍋爐的ρ(PM)不能達到國標規定的最高允許排放限值的要求。

圖7 ρ(PM)的累積分布

圖8 ρ(PM)的區間概率分布

圖9 ρ(NOx)的累積分布

圖10 ρ(NOx)的區間概率分布

燃生物質鍋爐ρ(NOx)的累積分布和區間概率分布如圖9，圖10所示。由圖可知實測鍋爐排放的ρ(NOx)主要分布在50-900mg/m3范圍內，其間的鍋爐數占總數量的93%，平均值為444mg/m3；按照現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014的規定，執行表1中NOx的限值為400mg/m3，執行表3中NOx的限值為200mg/m3。據圖可知，有50.6%和17.8%的鍋爐分別達到表1和表3限值的要求。

2.3 燃氣鍋爐測試數據分析

燃氣鍋爐顆粒物的累積分布和區間概率分布分別見圖11和圖12。從圖11和圖12可知，實測鍋爐排放的ρ(PM)主要分布0.1-30mg/m3的范圍內，其間的鍋爐數占總數量的96.9%，平均值為5.9 mg/m3。按照現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014的規定，執行表1顆粒物的限值為30mg/m3，執行表3顆粒物的限值為20mg/m3。據圖可知，有97.1%和95.2%的鍋爐分別達到表1和表3限值的要求。由此可見，絕大多數燃氣鍋爐ρ(PM)都可達到國標規定的最高允許排放限值的要求。

圖11 ρ(PM)的累積分布

圖12 ρ(PM)的區間概率分布

燃氣鍋爐ρ(SO2)的累積分布和區間概率分布如圖13，圖14所示。由圖可知，實測鍋爐排放的ρ(SO2)主要分布在0-50mg/m3的范圍內，其中的鍋爐數占總數量的97.6%，平均值為11.5mg/m3。按照現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014的規定，執行表1中SO2的限值為100mg/m3，執行表3中SO2的限值為50mg/m3。據圖可知，有98.2%和97.6%的鍋爐分別達到表1和表3限值的要求。

圖13 ρ(SO2)的累積分布

圖14 ρ(SO2)的區間概率分布

燃氣鍋爐ρ(NOx)的累積分布和區間概率分布如圖15，圖16所示。由圖可知，實測鍋爐排放的ρ(NOx)主要分布26-200mg/m3的范圍內，其中的鍋爐數占總數量的98.2%，平均值為119mg/m3。按照現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014的規定，執行表1中NOx的限值為400mg/m3，執行表3中NOx的限值為150mg/m3。據圖可知，有99.4%和86.6%的鍋爐分別達到表1和表3限值的要求。

圖15 ρ(NOx)的累積分布

圖16 ρ(NOx)區間的概率分布

2.4 燃油鍋爐測試數據分析

燃油鍋爐顆粒物的累積分布和區間概率分布分別見圖17和圖18。從圖17和圖18可知，實測鍋爐排放的ρ(PM)主要分布0-30mg/m3的范圍內，其中的鍋爐數占總數量的92.3%，平均值為15.3mg/m3。按照現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014的規定，執行表1顆粒物的限值為60mg/m3，執行表3顆粒物的限值為30mg/m3。據圖可知，有97.5%和92.3%的鍋爐分別達到表1和表3限值的要求。

圖17 ρ(PM)的累積分布

圖18 ρ(PM)的區間概率分布

燃油鍋爐ρ(SO2)的累積分布和區間概率分布如圖19，圖20所示。由圖可知ρ(SO2)的平均值為19.6 mg/m3，實測鍋爐排放的ρ(SO2)值為1～73.2mg/m3。按照現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014的規定，執行表1中SO2的限值為300mg/m3，執行表3中SO2的限值為100mg/m3。據圖可知，燃油鍋爐ρ(SO2)遠遠小于國家規定的最高允許排放限值要求。

圖19 ρ(SO2)的累積分布

圖20 ρ(SO2)的區間概率分布

燃油鍋爐ρ(NOx)的累積分布和區間概率分布如圖21，圖22所示。由圖可知ρ(NOx)的平均值為128.6mg/m3, 實測鍋爐排放的ρ(NOx)在75-200mg/m3的范圍內，其間的鍋爐數占總數量的92.4%；按照現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014的規定，執行表1中NOx的限值為400mg/m3，執行表3中NOx的限值為200mg/m3。據圖可知，有100% 和95.9%的鍋爐分別達到表1和表3限值的要求。

圖21 ρ(NOx)的累積分布

圖22 ρ(NOx)區間的概率分布

3 測試結果討論

3.1 燃煤鍋爐監測情況討論

梁俊寧[1]等人通過實驗發現鍋爐煙氣中顆粒物濃度主要與煤質灰分有關，二氧化硫的濃度與燃用煤種的含硫量有很大的關系，氮氧化物濃度與煤質中的氮含量關系不大。成都市范圍內燃煤鍋爐用煤來源復雜，許多通過中間商或私人購買，中間流通環節較多，煤質復雜多變，不利于對劣質煤（尤其是高硫、高灰份）進行控制，不利于掌握成都市鍋爐用煤產地分布情況。從表2中煤質灰分分析來看高、中灰煤占較大比例，直接影響到煙氣中顆粒物濃度的增加。從煤質含硫分析來看，絕大部分的煤含硫量本身不高，但由于95%的被測鍋爐蒸發量（熱功率）都不大于10t/h (7MW)，基本都未配備煙氣脫硫裝置；且由表3可知，有94.21%的燃煤屬于中低、特低熱值的煤種，這將對SO2的排放濃度產生直接影響。燃用同樣硫含量的煤，熱值的高低，影響到煤耗的多少；在鍋爐出力相同的情況下，燃用高熱值煤時煤耗低，進入爐膛的硫含量相應也少，SO2的排放濃度也低。郭永葆[2]也認為限制SO2的排放，應在限制煤的含硫量的同時提出燃煤熱值的要求。

表2 燃煤煤質基本情況

表3 燃煤熱值情況

普遍的測試數據表明，影響燃煤鍋爐氮氧化物排放濃度的主要因素可以歸結為爐膛內氧的分布和溫度水平[3]。也就是說主要與配風調節和燃燒控制相關，而這對中小型鍋爐來說恰恰是薄弱環節。所以，若按照現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014表3的排放限值來要求的話，則將有73.5%的鍋爐達不到排放標準。

3.2 生物質鍋爐監測情況討論

由上可知，成都市在用生物質鍋爐主要大氣污染物排放濃度遠超國家規定的最高允許排放限值。分析原因，主要是成都市范圍內直燃非成型生物質鍋爐較多，其燃燒燃料有木屑、家具廠生產的邊角余料、砂光粉、菌包、建筑工地用的廢舊木材等，這些鍋爐的排放特點是煙塵較多，NOx較高，燃料中的有害物質不可控。生物質鍋爐的操作較燃煤、燃氣鍋爐更為復雜，而監測的生物質鍋爐控制系統普遍智能化程度不夠高，要全過程達到排放標準,司爐人員僅憑經驗和技能是無法完成的。

利用低氮燃燒技術的鍋爐對生物質燃料的要求高，燃料對監測結果有重大影響，因此必須加強對生物質燃料的監管。生物質鍋爐對除塵設備要求高，濕式除塵不能達到除塵要求，布袋除塵也必須合理配置才能達到標準要求，必須使用高效布袋除塵器。在除塵設備失效情況下，生物質鍋爐的顆粒物濃度要高于燃煤鍋爐。

實際監測中還發現部分生物質鍋爐的CO含量偏高，而目前環保標準中無CO排放標準。生物質燃燒的特殊之處在于不完全燃燒時產生高毒性污染物濃度遠遠高于其它種類的燃料，主要的不完全燃燒產物有：一氧化碳CO、甲烷CH4、非甲烷揮發性有機物NMVOC、多環芳烴PAHs、二噁英與呋喃PCDD/ PCDF等[4]。所以，木纖維燃料工業鍋爐的燃燒設備，必須是能夠保證氣相可燃物能夠接近于完全燃盡的高效燃燒設備。考慮到氣相可燃物中CO的燃盡最為困難，所以符合清潔燃燒要求的木纖維燃料燃燒設備，必須具有CO燃盡率高的特征。因此CO排放濃度有必要作為一項排放指標加以控制。

3.3 燃氣鍋爐監測情況討論

由2.3節內容可知，成都市燃氣鍋爐主要大氣污染物排放濃度絕大部分都是能夠達到現行排放標準的。除了天然氣品質比較好之外，主要歸功于成都市特種設備檢驗院推行的鍋爐安全、環保和能效”三位一體”的管理。譬如，在新鍋爐的安裝監檢環節，增加大氣污染物排放監測和能效測試，要求安裝單位將燃燒機調節到最佳狀態，使之既能達到環保要求又能滿足能效指標。另一方面，從數據分析也可看出，ρ(NOx)的控制仍有潛力可挖。對于老舊鍋爐，直接更換低氮燃燒機容易實施，也是最簡單直接的控制措施，容量在20t/h(14MW)以下的鍋爐上應用效果明顯[5]。

3.4 燃油鍋爐監測情況討論

成都市燃油鍋爐的使用數量很少，應用范圍窄。影響燃油鍋爐顆粒物生成的主要因素包括燃料的等級、燃燒過程的完全性和燃油的灰分含量。燃料為輕油時，燃油的灰分含量對顆粒物產生無直接影響；但燃燒重油時，燃油的灰分含量對顆粒物產生將產生直接影響[6]。成都市燃油鍋爐基本采用輕油，那么鍋爐內燃油燃燒的完全性將直接影響到排放的顆粒物濃度。由于測試前燃燒機經過了調整，優化了燃燒，故ρ(PM)值很低。

有文獻[7]指出沒有減排控制措施下，SO2排放量基本依賴于燃料的硫含量，而不受鍋爐出力、燃燒器類型或燃料等級的影響。從2.4節的數據分析來看，也進一步印證了成都市燃油鍋爐燃料用油大多為低含硫量的輕油，故ρ(SO2)很低。燃油鍋爐排放的NOx主要是熱力型和燃料型，快速型生成量很少可以忽略不計。一般認為[8]，中小型燃油鍋爐排放的NOx燃料型占主導地位。所以，抑制燃料型NOx的生成是控制燃油鍋爐NOx排放的重點。何宏舟[9]認為，過量空氣系數是燃料型NOx生成的主要影響因素。由于在“三位一體”的檢驗中燃燒機均做了調整，過量空氣系數均作了優化，故ρ(NOx)絕大多數都能達到現行排放標準的要求。

4 小結

燃煤鍋爐主要大氣污染物排放濃度絕大部分不能到達現行標準《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271—2014表3的要求，這就要求應采用先除塵、后脫硫的技術路線，有計劃、有步驟地實施清潔能源替代技術、脫硫除塵一體化技術，以進一步控制鍋爐大氣污染物的排放。條件允許下，優先選用低硫高熱值的煤種。

通過統計分析可知，生物質鍋爐產生的主要大氣污染物也不能滿足現行標準的要求。這要求我們一要加強對生物質燃料的監管，二要采用合理配置的高效布袋除塵器。

燃油和燃氣鍋爐主要大氣污染物排放濃度大部分能夠達到現行標準要求，而且還有進一步降低的空間。

生物質燃料鍋爐排放的大氣污染物尚無國家標準，個別地方制定有地方標準；制定生物質燃料鍋爐相應的排放標準，應盡早提上日程。

針對生物質鍋爐燃燒的特點，建議在制定地方標準或政策時將CO排放濃度作為一項排放指標列入并加以控制。

5 結束語

為加快落實新修訂的《大氣污染防治法》，著力構建安全、節能、環保三位一體的監管體系，質檢總局會同國家發展改革委、環保部聯合起草了《鍋爐節能環保監督管理辦法（征求意見稿）》，目前已向各省征求意見，計劃2016年底前出臺。因此，隨著我國對鍋爐節能和環保方面要求的逐年提高，可以預見，鍋爐大氣污染物排放監測工作以后將定期化、常態化、專業化。特種設備局原局長宋繼紅在全國特種設備安全監察工作會議上的報告（2016年2月24日）中也指出，“技術機構要加強環保檢測能力建設，為落實《大氣污染防治法》的要求做好準備”。上述形勢發展要求檢測機構，堅持創新發展、真抓實干、穩中求進，不斷推動鍋爐環保事業的持續發展，為留住藍天白云做出新的更大的貢獻。

[1] 梁俊寧，張振文，高曉慶，等．煤質對鍋爐大氣污染物排放量的影響[J]．煤炭轉化，2015，38(1)：91-96.

[2] 郭永葆．燃煤工業鍋爐大氣污染物特征分析[J]．科技情報開發與經濟，2011，(24)：178-180.

[3] 劉志超．燃煤鍋爐NOx排放濃度影響因素的試驗和分析[J]．電站系統工程， 2005，21(5)：30-31.

[4] 宋姣，楊波．生物質顆粒燃料燃燒特性及其污染物排放情況綜述[J]．生物質化學工程，2016，50(4).

[5] 王慶豐，杜紅波，劉進榮，等．北京市小區集中供熱燃氣鍋爐NOx排放現狀及分析[J]．暖通空調，2016，46(5).

[6] 姚芝茂，武雪芳，李俊，等．小型燃油鍋爐大氣污染物排放特征[J]．環境科學研究，2009，22(8)：918-923.

[7] Department of the Environment, Water, Heritage and the Arts, Australian Government. Emission estimation technique manual for combustion in Boilers[EB/OL]. 2008, Version 3.1.[2008-12-02].http://www.npi.gov.au/ handbooks/approved_handbooks/pubs/boilers. pdf.

[8] U.S. Environmental Protection Agency. Emissions factors & AP 42:chapter 1 external combustion sources [EB/OL]. [2008-12-05]. http://www.epa.gov/ttn/ chief/ap42/ch01/index.html.

[9] 何宏舟．控制燃油鍋爐運行中NOx生成的技術研究[J]．環境工程學報，2005，6(12)：77-81.

Statistics and Analysis of Air Pollutants Emission of Industrial Boilers in Chengdu

Zhang Wei Pan Jiancheng Du Faming Zhao Yu
(Chengdu Special Equipment Inspection Institute Chengdu 610036)

To further strengthen air pollution control, conscientiously implement “Air Pollution Prevention Action Plan of Cheng du (2014-2017)" , and promote the comprehensive treatment of industrial boilers smokes in Chengdu, after the preliminary preparation, the air pollutants emission monitoring from 2015 were carried out by Chengdu Special Equipment Inspection Institute in support of the Chengdu Environmental Protection Bureau. In this paper, the monitoring data of the boiler from June 2015 to June 2016 were analyzed statistically. The statistical results were compared with the emission indicators of “Emission Standard of Air Pollutants for Boilers” GB 13271—2014, and the present situation and causes of air pollutants were discussed and analyzed, and some suggestions were proposed finally.

Industrial boilers Pollutants Emission

X924

B

1673-257X(2017)05-0057-07

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.05.013

張偉(1978～)，男，碩士，從事鍋爐能效測試和鍋爐大氣污染物排放監測工作。

張偉，E-mail: weizhang2005@126.com。

2016-10-27）