福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的可行性研究*

劉文貴

(1.福建省環(huán)境科學(xué)研究院，福建 福州 350013;2.福建省環(huán)境工程重點實驗室，福建 福州 350013)

1 概述

《大氣污染防治行動計劃》實施以來，福建省城市空氣質(zhì)量總體上明顯改善，但空氣質(zhì)量保持高位運行下，臭氧和細(xì)顆粒物(PM2.5)的防控壓力依舊較大。近年來沿海區(qū)域出現(xiàn)以臭氧為首要污染物的超標(biāo)情況，而工業(yè)鍋爐是大氣污染排放的重要貢獻(xiàn)源之一，其排放的污染物(如顆粒物、SO2以及NOx)是影響大氣質(zhì)量的重要因子。研究表明，SO2、NOx等污染物可直接危害人體健康和生態(tài)系統(tǒng)，其中NOx還是臭氧污染的前驅(qū)污染物[1]。福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐分布較為密集，且現(xiàn)行工業(yè)鍋爐大氣污染物排放的控制要求相對薄弱。加強對沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐大氣污染物排放的控制，是減輕福建省臭氧污染的有效手段，也是有效改善福建省大氣環(huán)境質(zhì)量的重要措施。而對福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行針對國土開發(fā)密度已經(jīng)較高、環(huán)境承載能力開始減弱的敏感地區(qū)而設(shè)定的大氣污染物特別排放限值，是加強控制顆粒物、SO2及NOx等污染物的排放，有效遏制臭氧污染的必要手段[2]。

因此，本文結(jié)合福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐使用情況資料、涉工業(yè)鍋爐企業(yè)污染物排放及污染治理情況數(shù)據(jù)等，分析福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐主要污染物排放特征，論證執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的技術(shù)可行性，定量評估沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐施行特別排放限值的經(jīng)濟可行性和減排效益。對福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的整治，推動能源和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，環(huán)境空氣質(zhì)量精細(xì)化、系統(tǒng)化管理，加快實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)等工作有重要的學(xué)術(shù)意義和現(xiàn)實價值。

2 資料與方法

2.1 資料

以福建省沿海區(qū)域(包括福州市、廈門市、泉州市、寧德市、莆田市、漳州市、平潭綜合實驗區(qū))為研究范圍，研究對象為執(zhí)行《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271-2014)的工業(yè)鍋爐項目(65t/h及以上燃煤鍋爐項目除外)。

福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自福建省市場監(jiān)督管理局及福建省工業(yè)和信息化廳提供的福建省在冊在用工業(yè)鍋爐數(shù)據(jù)表。工業(yè)鍋爐SO2、NOx、PM10和PM2.5的年排放量數(shù)據(jù)來源于福建省大氣污染物源排放清單研究結(jié)果，企業(yè)信息、污染排放信息等來源于福建省生態(tài)云平臺污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)以及沿海區(qū)域重點行業(yè)典型企業(yè)自行監(jiān)測報告。

2.2 研究方法

利用所收集資料數(shù)據(jù)(僅統(tǒng)計執(zhí)行《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271-2014)的在冊在用工業(yè)鍋爐數(shù)量。另外，福建省65t/h及以上燃煤鍋爐超低排放改造接近完成，因此，65t/h及以上燃煤鍋爐不納入本研究統(tǒng)計范圍)，對福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐數(shù)量、額定出力分布情況和各主要污染物排放現(xiàn)狀進(jìn)行統(tǒng)計分析，研判沿海區(qū)域及區(qū)域內(nèi)各地市的工業(yè)鍋爐使用和分布情況及各污染物排放現(xiàn)狀特征，并對目前福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的脫硫、脫硝技術(shù)和顆粒物控制水平進(jìn)行分析。

通過調(diào)查研究工業(yè)鍋爐的工藝及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀等相關(guān)資料，以及相關(guān)污染物治理技術(shù)和排放控制水平，分析論證福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值的技術(shù)可行性。分析區(qū)域內(nèi)工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值條件下，企業(yè)為達(dá)到特別排放限值所需增加的設(shè)備投入及運行成本。同時評價區(qū)域內(nèi)工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值后各污染物總量削減情況，并論述其對緩解福建省沿海區(qū)域臭氧污染、改善區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的減排效益。

結(jié)合福建省實際情況與環(huán)境管理需求，對福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值給出相關(guān)建議。

3 主要結(jié)果

3.1 工業(yè)鍋爐使用和分布情況

根據(jù)福建省在冊在用工業(yè)鍋爐數(shù)據(jù)表，福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的鍋爐數(shù)量共計4526臺，鍋爐額定出力(折算蒸噸)總和為20703.67t/h。全省沿海區(qū)域在冊在用工業(yè)鍋爐的使用情況分布如圖1～圖2所示。從工業(yè)鍋爐現(xiàn)狀數(shù)量地區(qū)分布來看，漳州市、泉州市和福州市在冊工業(yè)鍋爐存量較大，分別為1204臺、1196臺和877臺；從各地市額定出力(折算蒸噸)總和分布來看，前三位分別是漳州市、泉州市、福州市。

圖1 各地市工業(yè)鍋爐數(shù)量分布

圖2 工業(yè)鍋爐額定出力(折算蒸噸)總和各地市分布情況

3.2 主要污染物排放特征

根據(jù)福建省大氣污染物源排放清單研究結(jié)果，福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的SO2、NOx、PM10和PM2.5年排放量達(dá)到了20200.49t、29933.38t、8320.20t和5104.47t，分別占全省工業(yè)鍋爐SO2、NOx、PM10和PM2.5總排放量的77.55%、74.02%、68.45%和66.48%，沿海區(qū)域鍋爐各主要污染物排放量顯著高于內(nèi)陸山區(qū)。從各污染物排放量來看，SO2和NOx排放量較高，是福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐主要控制的污染物，詳見圖3。從地區(qū)排放量來看，漳州、泉州和福州(含平潭綜合實驗區(qū))的工業(yè)鍋爐主要污染物排放總量位居前三位，隨后是寧德市和莆田市，如圖4所示。從沿海區(qū)域各城市污染物的排放情況來看，SO2和NOx的高排放城市為福州市(含平潭綜合實驗區(qū))、泉州市和漳州市，而泉州市、漳州市和寧德市顆粒物(PM10和PM2.5)的排放量相對較高。

圖3 福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐主要污染物排放情況

圖4 福建省沿海區(qū)域各地市工業(yè)鍋爐主要污染物排放貢獻(xiàn)分布

3.3 主要污染物排放控制現(xiàn)狀

本研究收集了福建省沿海區(qū)域典型行業(yè)涉工業(yè)鍋爐企業(yè)廢氣污染物排放數(shù)據(jù)，調(diào)查企業(yè)類型涵蓋印染紡織、陶瓷、食品制造、木材加工、氯堿、合成樹脂等行業(yè)，鍋爐類型涉及化工鍋爐和生物質(zhì)鍋爐，具體情況詳見表1。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示福建省沿海區(qū)域典型行業(yè)涉鍋爐企業(yè)廢氣污染物中SO2排放已基本能滿足特別排放限值要求；而涉鍋爐企業(yè)的NOx和煙塵控制水平則參差不齊，涉鍋爐企業(yè)的NOx和顆粒物排放能達(dá)到相應(yīng)特別排放限值水平的比例僅分別約為48%和62%，一定程度反映了沿海區(qū)域現(xiàn)狀鍋爐的NOx和顆粒物控制還有較大的提升空間。

表1 典型行業(yè)涉工業(yè)鍋爐企業(yè)鍋爐排氣筒有組織廢氣污染物排放調(diào)查匯總表 單位：mg·m-3

3.4 工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值的技術(shù)可行性分析

若要全面執(zhí)行特別排放要求，重點行業(yè)化工鍋爐和生物質(zhì)鍋爐需進(jìn)行脫硝工藝和顆粒物治理工藝的提升改造。

目前廣泛使用的鍋爐脫硝技術(shù)包括：低氮燃燒技術(shù)(LNB)、選擇性催化還原(SCR)、非選擇性催化還原(SNCR)等技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)(LNB)實現(xiàn)從源頭控制NOx排放，是降低鍋爐NOx排放最主要也是比較成熟的技術(shù)措施，一般情況下，最多能達(dá)到50%的脫氮效率，工業(yè)鍋爐通過低氮燃燒改造，NOx的排放濃度可降至200 mg/m3以內(nèi)。SCR法脫硝技術(shù)是目前國內(nèi)外最成熟可靠的脫硝技術(shù)，脫硝效率高，系統(tǒng)安全穩(wěn)定，最高的脫硝效率能達(dá)到95%以上。而SNCR相較于SCR法，不使用催化劑、運行成本低、有很大的經(jīng)濟優(yōu)勢，但脫硝效率略低(約為40%～70%)，可以作為低氮燃燒技術(shù)(LNB)的補充處理手段。

工業(yè)鍋爐煙塵凈化技術(shù)包括已成熟并廣泛應(yīng)用的靜電除塵、布袋除塵、電袋復(fù)合除塵等技術(shù)。靜電除塵器與其他除塵設(shè)備相比，耗能少，除塵效率高(除塵效率95%～99%)。與靜電除塵器相比，布袋除塵器運行穩(wěn)定、控制簡單、安全性好、除塵效率和靜電除塵相當(dāng)，但對設(shè)備管理要求相對嚴(yán)格。而電袋復(fù)合式技術(shù)有機結(jié)合了靜電除塵和布袋除塵的特點，除塵效率高達(dá)99.9%以上，可實現(xiàn)顆粒物10mg/m3以下的超低排放要求。

因此，燃煤鍋爐NOx控制可選擇優(yōu)化燃燒、煙氣再燃、優(yōu)化爐膛設(shè)計等方案，亦可采用尾端治理技術(shù)。執(zhí)行200mg/m3的特別排放標(biāo)準(zhǔn)限值，在優(yōu)化燃燒、合理配風(fēng)、煙氣再燃等技術(shù)的基礎(chǔ)上可采用優(yōu)化爐膛設(shè)計等高效節(jié)能環(huán)保措施；若需進(jìn)一步降低NOx排放濃度，可在優(yōu)化設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，增設(shè)多級高效脫硝裝置，以保證達(dá)標(biāo)排放。燃油鍋爐和燃?xì)忮仩t采用低NOx燃燒技術(shù)并增加降氮脫硝末端處理裝置，可穩(wěn)定達(dá)到相應(yīng)的鍋爐NOx特別排放限值。

對于工業(yè)鍋爐的顆粒物控制，燃煤鍋爐顆粒物執(zhí)行30mg/m3的特別排放標(biāo)準(zhǔn)限值，可聯(lián)用布袋除塵、電袋復(fù)合除塵及多級除塵等技術(shù)，從而達(dá)到顆粒物的特別排放限值要求[3-7]。對于燃油鍋爐，可通過燃燒控制的方式達(dá)到特別排放限值，如果達(dá)不到限值要求，需采用除塵裝置進(jìn)行處理。而燃?xì)忮仩t一般只需燃用清潔燃料即可滿足特別排放限值要求。

而對于生物質(zhì)成型燃料鍋爐的污染控制來說，需采用高效的專用生物質(zhì)鍋爐及選取優(yōu)質(zhì)成型燃料，并經(jīng)旋風(fēng)除塵+布袋除塵的二級除塵處理，從而滿足特別排放限值要求。

3.5 執(zhí)行特別排放限值的經(jīng)濟可行性分析及減排效益

根據(jù)實地調(diào)研結(jié)果，相關(guān)投資及運行成本如下：

工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值，部分鍋爐需要進(jìn)行除塵改造，高效除塵改造平均每蒸噸約6萬元，對于顆粒物治理，除塵設(shè)備的主要運行成本來自除塵布袋破損的更換等，脫除每噸污染物所需要的運行費約640元。而進(jìn)行脫硝改造的設(shè)備投入約每蒸噸12萬～15萬元，分?jǐn)偟矫繃嵳羝系倪\維成本約為7元。根據(jù)以上數(shù)據(jù)資料，福建省沿海區(qū)域施行鍋爐大氣污染物特別排放限值，環(huán)保設(shè)備投資約37.27億～43.48億元，運行(含折舊)費用約12.9億元/年。另外，通過文獻(xiàn)和企業(yè)實地調(diào)研，沿海區(qū)域典型行業(yè)涉工業(yè)鍋爐企業(yè)為實現(xiàn)特別排放限值而進(jìn)行的脫硝改造和強化除塵措施的設(shè)備投資費用約占企業(yè)年利潤的3%～7%，而運行(含折舊)費用則約占1%～2%，同時考慮到技術(shù)和設(shè)備升級對企業(yè)產(chǎn)值增加具有一定的促進(jìn)作用，因此工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值造成的福建省沿海區(qū)域涉鍋爐企業(yè)生產(chǎn)成本的增加尚在企業(yè)可承受范圍之內(nèi)。

福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行大氣污染物特別排放限值后，SO2、NOx、顆粒物排放限值與現(xiàn)有排放限值相比，分別至少降低25%、25%、33%，初步預(yù)估經(jīng)過改造后SO2、NOx和顆粒物總減排量分別達(dá)到6369.94t、10317.14t和4474.44t。

對福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行大氣污染物特別排放限值進(jìn)行費用效益分析[8]，把因工業(yè)鍋爐執(zhí)行特別排放限值產(chǎn)生污染減排而帶來的“環(huán)境退化成本”降低視同“污染減排效益”。根據(jù)李紅祥、王俊宇等人對污染減排的費用效益分析成果，大氣污染物減排的費用效益比約為2.65～3.40，污染減排的效益遠(yuǎn)大于治理投入的費用[9-10]。利用上述分析結(jié)果，福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行大氣污染物特別排放限值后，污染物減排的總效益為34.19億元/年～43.86億元/年，凈效益為21.29億元/年～30.96億元/年，減排效益明顯。

福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐執(zhí)行大氣污染物特別排放限值對工業(yè)鍋爐的污染物排放提出了更高要求，有助于進(jìn)一步加快福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的整治提升進(jìn)度，促進(jìn)企業(yè)清潔能源替代，加強源頭管控，推廣使用先進(jìn)生產(chǎn)工藝，淘汰工藝落后、污染嚴(yán)重的企業(yè)，推動實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目標(biāo)，有效改善環(huán)境質(zhì)量，加快向低碳、脫碳轉(zhuǎn)型，助力實現(xiàn)全省碳達(dá)峰目標(biāo)和碳中和愿景。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

①從工業(yè)鍋爐現(xiàn)狀數(shù)量地區(qū)分布來看，福建省沿海區(qū)域中，漳州市、泉州市和福州市在冊工業(yè)鍋爐存量較大；從各地市額定出力(折算蒸噸)總和分布來看，前三位分別是漳州市、泉州市、福州市。

②沿海區(qū)域鍋爐各主要污染物排放量顯著高于內(nèi)陸山區(qū)。從各污染物排放量來看，SO2和NOx排放量較高，是福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的需要控制的主要污染物。從地區(qū)排放量來看，福建省沿海區(qū)域漳州、泉州和福州(含平潭綜合實驗區(qū))的工業(yè)鍋爐主要污染物排放總量位居前三位，隨后是寧德市和莆田市。

③福建省沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐SO2排放已基本能達(dá)到特別排放限值要求，提標(biāo)改造的重點在脫硝和除塵。目前，工業(yè)鍋爐的NOx和顆粒物排放的控制措施較為成熟，執(zhí)行鍋爐大氣污染物特別排放限值在技術(shù)層面具備可行性，現(xiàn)有鍋爐可通過采用清潔燃料、優(yōu)化燃燒控制以及增設(shè)脫硫、脫硝和強化除塵措施等方式實現(xiàn)特別排放限值排放要求。

④福建省沿海區(qū)域施行鍋爐大氣污染物特別排放限值，環(huán)保設(shè)備投資約為37.27億～43.48億元，運行(折舊)費用約12.9億元/年，所增加的生產(chǎn)成本尚在企業(yè)可承受范圍之內(nèi)。SO2、NOx和顆粒物年減排量將分別達(dá)到6369.94t、10317.14t和4474.44t，污染物減排的總效益為34.19億元/年～43.86億元/年，凈效益為21.29億元/年～30.96億元/年，減排效益明顯。執(zhí)行大氣污染物特別排放限值對沿海區(qū)域工業(yè)鍋爐的污染物排放提出了更高的要求，有助于加快工業(yè)鍋爐整治提升，推動能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，有效改善環(huán)境質(zhì)量。

4.2 建議

①福建省沿海區(qū)域現(xiàn)有鍋爐盡快分批施行鍋爐大氣污染物特別排放限值，新建鍋爐的審批應(yīng)嚴(yán)格按照特別排放限值相關(guān)要求實施。

②完善相關(guān)政策及激勵機制，積極引導(dǎo)涉工業(yè)鍋爐企業(yè)采用清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排工藝技術(shù)。

③加快出臺中小鍋爐脫硝、降塵最佳可行技術(shù)導(dǎo)則及污染治理工程技術(shù)規(guī)范，為污染防治設(shè)施建設(shè)及升級提供技術(shù)支撐。