廣西甘蔗制糖業生物質鍋爐大氣污染物排放特征與治理對策

梁秀梅 覃 紋 黃炯麗 陶勝康

廣西甘蔗制糖業生物質鍋爐大氣污染物排放特征與治理對策

梁秀梅 覃 紋 黃炯麗 陶勝康

（廣西壯族自治區環境保護科學研究院，廣西 南寧 530022）

為推動廣西甘蔗制糖業生物質鍋爐治理，通過全面收集第二次污染源普查、飛行抽檢數據和糖廠煙氣排放口大氣污染物在線監測數據，評估廣西甘蔗制糖業生物質鍋爐大氣污染治理措施、污染物排放及達標現狀，并將現行標準與國內相關標準進行比較。結果顯示：廣西甘蔗制糖業鍋爐以生物質鍋爐為主，有90.0%的生物質鍋爐采用水膜除塵裝置，72.1%的生物質鍋爐未安裝脫硝措施。參照廣西甘蔗制糖業生物質鍋爐大氣污染物排放執行標準，廣西制糖業鍋爐的顆粒物和氮氧化物基本達標排放。與國內其他省（區、市）生物質鍋爐排放標準對比，廣西執行標準比較寬松。建議通過制定地方生物質鍋爐排放標準和加強污染治理等措施進一步推動糖業大氣污染治理。

甘蔗制糖業；生物質鍋爐；大氣污染；標準

引言

在經濟快速發展、城鎮化快速推進的背景下，我國已成為世界上最大的能源消費國。生物質能是重要的可再生能源，具有資源來源廣泛、利用方式多樣、能源產品多元、綜合效益顯著等特點，是助力實現碳達峰碳中和的重要支撐[1]。蔗渣是甘蔗制糖業的主要副產物，具有性質穩定、熱值與木屑相差不大的特點[2]，主要利用形式為燃料化，具有綠色、環保、可持續的優勢，蔗渣發電量居全國生物質發電第一[3]。廣西是國內最大的甘蔗種植基地和食糖生產基地[4]，甘蔗制糖業是廣西傳統優勢產業，廣西糖料蔗種植面積和食糖產量均占全國的60%左右。近年廣西糖料蔗種植面積和食糖產量保持穩定，作為我國最大的蔗區，蔗渣供應量充足，來源穩定，且性質相對穩定，每年榨季產生的蔗渣大量用于鍋爐燃燒，響應了國家大力發展清潔能源、建立健全低碳循環發展經濟體系的相關政策，推動了甘蔗制糖業的清潔生產和綠色轉型，有利于提升產業的社會、經濟、生態效益，實現產業的可持續發展和資源良性循環。

蔗渣作為一種生物質燃料，燃燒產生的大氣污染物主要為顆粒物和氮氧化物，顆粒物主要來源于燃料中可燃物質不完全燃燒形成的炭黑顆粒、生物質受熱分解，產生各種揮發性有機物以及不可燃物質發生一系列變化形成的飛灰顆粒[5]；氮氧化物則主要來源于蔗渣本身的氮元素，雖然蔗渣含有的燃料氮含量較低，但是有70%以上的氮元素在燃燒過程中會轉化為氮氧化物[6]。近年來，我國空氣環境質量面臨嚴峻形勢，顆粒物、氮氧化物是常見的大氣污染物，這對居民身體健康、生產和生活有很大影響[7]。甘蔗制糖行業是廣西傳統支柱產業，制糖工業顆粒物最高占廣西工業排放顆粒物總量的20.6%，氮氧化物年排放量占廣西工業源總排放量的4.5%左右，甘蔗制糖行業大氣污染物的排放對空氣環境質量的影響不容忽視。當前廣西甘蔗制糖行業存在的主要大氣環境問題是鍋爐煙氣氮氧化物、顆粒物等污染物排放執行標準寬松，部分企業大氣污染物排放不能穩定達標，這成為影響區域大氣環境質量的因素之一。本文圍繞廣西甘蔗制糖業鍋爐大氣污染物排放現狀、污染治理措施和執行標準等方面進行分析，探討廣西制糖業高質量發展的路徑。

1 研究方法

通過資料收集與現場調研相結合的方式開展研究。本研究收集的資料包括：（1）第二次污染源普查時廣西制糖業鍋爐類型、燃料類型、數量、規模等信息；（2）2019年3月、4月和12月榨季期間對45家廣西甘蔗糖業企業的63個煙氣或廢氣排放口開展飛行抽檢數據；（3）2018年、2019年榨季期間糖廠煙氣排放口的大氣污染物在線監測數據；（4）國內生物質鍋爐排放標準。

2 結果和討論

2.1 廣西甘蔗制糖企業鍋爐概況

調研結果顯示，截至2020年，廣西101家制糖企業在用鍋爐（包括電站鍋爐及工業鍋爐）217臺，額定負荷12 571蒸噸。從鍋爐燃料類型上看（如表1所示），2020年廣西制糖企業鍋爐以燃生物質（蔗渣或蔗髓）鍋爐為主，共有190臺，占鍋爐數量的87.6%，額定負荷占總負荷的85.2%；燃煤鍋爐有15臺，占鍋爐數量的6.9%，額定負荷占總負荷的7.9%。

從鍋爐規模分布上看，2020年廣西制糖企業鍋爐規模以65 t/h以下的小鍋爐為主，占鍋爐總數的59.0%，額定負荷（4 789 t/人）占總負荷的38.1%；65 t/h以上規模較大的鍋爐數量占鍋爐總數的41.0%，額定負荷（7 782 t/人）占總負荷的61.9%。與2016年的調研數據相比，65 t/h以上鍋爐的占比提升了6.6%（2016年65 t/h以上鍋爐的占比34.4%），占比接近半數。

表1 廣西制糖企業鍋爐燃料類型及額定負荷情況

2.2 甘蔗制糖企業生物質鍋爐大氣污染物治理現狀

廣西甘蔗制糖企業采用的鍋爐以純蔗渣鍋爐為主，蔗渣屬于生物質燃料，其燃燒時最直觀的表現為煙氣量大，其煙氣具有含氧量高，氮氧化物含量相對較低，不含硫化物，排煙溫度適中，濕度大等特點。甘蔗制糖業污染物產生量大，產生的大氣污染物主要為顆粒物（煙塵）、氮氧化物，這些污染制約著行業的高質量發展。“十三五”期間，隨著大氣污染防治行動計劃和藍天保衛戰的深入開展，廣西甘蔗制糖企業鍋爐大氣污染物排放治理已進入不斷深化治理階段。

在顆粒物污染防治措施方面，廣西制糖企業鍋爐煙氣已全部配套安裝除塵設施，大多采用水膜除塵裝置，少數采用袋式除塵、水膜＋靜電、旋風＋布袋、電袋組合除塵。廣西制糖企業的190臺生物質鍋爐中采用水膜除塵的有171臺，占鍋爐總量的90.0%；袋式除塵的鍋爐有12臺，約占鍋爐總量的6.4%；旋風＋布袋除塵的鍋爐有5臺，約占鍋爐總量的2.6%；水膜＋靜電除塵的鍋爐有1臺，約占鍋爐總量的0.5%；電袋組合除塵的鍋爐有1臺，約占鍋爐總量的0.5%。

在氮氧化物污染防治措施方面，廣西制糖企業現采用的鍋爐脫硝設施主要有三種，分別是低氮燃燒技術、選擇性非催化還原（SNCR）和低氮燃燒技術＋選擇性非催化還原。190臺生物質鍋爐中采用低氮燃燒技術的鍋爐有36臺，約占鍋爐總量的19.0%；采用選擇性非催化還原的鍋爐有4臺，約占鍋爐總量的2.1%；采用低氮燃燒技術+選擇性非催化還原的鍋爐有13臺，約占鍋爐總量的6.8%；其余137臺未安裝有脫硝措施，約占鍋爐總量的72.1%。

綜上所述，目前廣西甘蔗制糖企業的生物質鍋爐大部分使用了能效較低的水膜除塵設備，設計除塵效率僅為95%，并且大部分鍋爐尚未安裝脫硝措施，環境大氣污染治理設施相對落后，若收嚴執行標準，現有的煙氣治理設施將難以滿足穩定達標排放的要求。

2.3 甘蔗制糖企業鍋爐大氣污染物排放分析

2.3.1 飛行抽檢制糖企業鍋爐大氣污染物排放分析

2019年3月、4月和12月榨季期間對廣西45家甘蔗制糖企業的63個煙氣或廢氣排放口開展飛行抽檢的氮氧化物和顆粒物監測（采用國家標準或行業標準進行手工監測），結果如表2所示，63個煙氣或廢氣排放口顆粒物排放濃度范圍為3～148 mg/m3，氮氧化物排放濃度范圍為78～369 mg/m3。根據執行標準對污染物進行達標評價，主要超標的污染物為顆粒物，顆粒物的標準限值均為80 mg/m3，達標率為87.1%，最大超標倍數為0.85；氮氧化物的標準限值均為400 mg/m3，達標率為100%。分析手工監測結果可知，現有執行標準下，廣西甘蔗制糖業大氣污染物尚未能穩定達標排放。

表2 45家制糖企業飛行抽檢的氮氧化物和顆粒物排放情況

注：“/”表示無此項。

2.3.2 2018年、2019年榨季制糖企業鍋爐大氣污染物排放在線監測數據分析

固定污染源在線監測覆蓋率廣、數據密度大、代表性強，最接近廣西制糖企業日常生產污染物排放實際情況，其對鍋爐污染物日常排放達標情況及濃度范圍分布具有很好的指示作用。對廣西制糖企業2018年、2019年榨季期間77家制糖企業的127個鍋爐廢氣排放口氮氧化物和煙塵在線監測數據進行分析，氮氧化物和顆粒物排放情況分別見圖1和圖2。77家制糖企業鍋爐均執行《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB 13271—2014）在用鍋爐大氣污染物排放限值中燃煤鍋爐要求的排放限值，即顆粒物排放濃度限值為80 mg/m3，氮氧化物排放濃度限值為400 mg/m3，在線監測數據結果顯示，127個鍋爐廢氣排放口的顆粒物和氮氧化物排放濃度達標率均為100%。由此可見，在現有的污染治理措施下，按照現行的執行標準，廣西制糖業鍋爐基本可滿足氮氧化物和顆粒物排放濃度限值要求。

圖1 廣西制糖企業2018年、2019年榨季77家制糖企業127個鍋爐廢氣排放口氮氧化物平均排放濃度

圖2 廣西制糖企業2018年、2019年榨季77家制糖企業127個鍋爐廢氣排放口顆粒物平均排放濃度

2.4 甘蔗制糖企業鍋爐大氣污染物現行標準分析

我國及地方均未有針對制糖業生物質鍋爐制定專門的大氣污染物排放標準，國家已發布《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）和《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB 13271—2014），糖廠燃燒原煤或燃燒蔗渣煤粉混合燃料的鍋爐，大于65 t/h的執行《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011），65 t/h及以下的執行《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB 13271—2014），燃燒蔗渣的鍋爐執行《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB 13271—2014）。在“十四五”初期，現行鍋爐標準不會修訂，仍然適用。

近年來一些先進省（區、市）在加嚴鍋爐大氣污染物排放限值的同時，進一步明確了生物質鍋爐大氣污染物排放限值。截至目前，全國有11個省（區、市）制定了鍋爐大氣污染物排放地方標準，里面包含了生物質成型燃料鍋爐的排放限值（如表3所示）。而廣西甘蔗制糖業生物質鍋爐無論鍋爐大小，均執行《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB 13271—2014），執行標準相對寬松。經對比發現，燃燒燃煤或蔗渣煤粉混合燃料的鍋爐，65 t/人以上和65 t/人以下的鍋爐執行標準不同，大鍋爐標準限值嚴于小鍋爐，執行標準與上大壓小的政策不相符，不利于小鍋爐的污染控制技術發展以及落后鍋爐的淘汰，也會造成大企業與小企業之間的環保要求公平性失衡的現象。廣西生物質鍋爐尚未有明確排放標準，現有的標準體系已不能滿足管理要求，因此，亟需出臺符合當前廣西制糖行業生物質鍋爐大氣污染物排放標準，推動廣西制糖業綠色高質量發展。

實踐表明，地方標準對產業排污減排具有良好的治理成效。2013年廣西發布了首個環保領域的地方標準——《甘蔗制糖工業水污染物排放標準》（DB45/893—2013），經國家核算，“十二五”期間，廣西制糖行業化學需氧量工程減排量1.38萬噸，氨氮減排量578萬噸，為全區完成水污染物總量減排貢獻較大的減排指標[8]，地方標準發揮重要作用。

表3 全國及各省（區、市）的生物質成型燃料鍋爐排放限值與本標準比較情況

3 治理對策

3.1 制定廣西制糖企業生物質鍋爐大氣污染物排放地方標準

根據國家、自治區現行的法律、法規、標準和產業政策，基于《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）和《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB 13271—2014），參考我國其他先進省（區、市）生物質鍋爐大氣污染物排放濃度限值，收嚴相關指標限值要求，形成《廣西甘蔗制糖工業大氣污染物排放標準》，提高標準的先進性、科學性、時效性，更好發揮以標準引領技術進步和產業提升作用，推動廣西制糖業綠色轉型高質量發展，助力廣西打贏大氣污染防治攻堅戰。此外，制糖企業是標準的執行者，在強化排污者責任的同時，鼓勵制糖企業參與標準的制定。

3.2 加大對鍋爐大氣污染治理的資金投入

甘蔗制糖業是廣西傳統支柱產業，是廣西重要經濟來源之一。一方面，地方各級人民政府需健全完善行業經濟發展和環境保護政策，包括行業發展規劃、先進工藝技術和設備、資金投入引導等政策，加大對生物質鍋爐煙氣治理設施設備和治理技術研究的資金投入，為行業綠色轉型高質量發展提供政策和資金保障。另一方面，甘蔗制糖企業需重視環境保護工作，加大對大氣污染治理工作的資金投入，在進行項目建設時積極爭取政府在技術改造、節能減排等方面的資金支持，適時淘汰老舊、效率低的環保設施，根據生物質鍋爐的實際情況配套使用高效除塵器（如布袋除塵、水膜除塵＋布袋除塵），增加治理氮氧化物的脫硝裝置，選擇合適、合理的煙氣脫硝工藝或不同工藝聯合協同控制方案，同時加強日常對鍋爐和治理設施管路的檢查和維護，最終保證污染物穩定達標排放。

3.3 加強生物質鍋爐廢氣的監測監管

鍋爐廢氣質量監測數據是煙氣治理成效的最直接體現，建議制糖企業建立健全自行監測監管機制，切實落實排污許可管理要求，以污染物長期穩定達標為目的，按照自行監測技術指南等相關要求制定監測方案，設置和維護監測設施，按照監測方案開展監測，做好質量保證和質量控制，確保自動監測設備規范運行，同時記錄和保存監測數據。執法部門根據生態環境管理和排污單位社會誠信檔案等因素制定具體的生態環境執法年度計劃和執法檢查條件，執法人員按照計劃進行執法檢查，避免生態環境執法檢查的隨意性和盲目性，靈活運用執法檢查手段，多種途徑加強對企業自行監測監督檢查，對未按規定開展自行監測、數據弄虛作假等違法行為，嚴格依法依規進行查處，確保環境執法的公平公正。

4 結束語

目前廣西甘蔗制糖企業生物質鍋爐大氣污染物的排放濃度基本達到現有執行標準限值要求，但現有執行標準限值相對寬松，不利于甘蔗制糖企業大氣污染物的治理。建議參考先行省（區、市）生物質鍋爐大氣污染物排放濃度限值，并結合廣西的實際情況，適當收嚴排放限值，同時加大對生物質鍋爐大氣污染物治理的人力、物力、財力投入，加強對生物質鍋爐大氣污染物的監測監管，推動廣西甘蔗制糖企業綠色轉型高質量發展。

[1] 邱辰，趙增海，郭雁珩，等. 2021 年中國生物質發電現狀與展望[J]. 水力發電，2022(11): 1-3，114.

[2] 張思聰，王健，徐光輝，等. 蔗渣生物質顆粒發展前景分析[J]. 甘蔗糖業，2021，50(1): 91-95.

[3] 趙月. 廣西制糖業如何轉型發展的思考[J]. 廣西糖業，2020(6): 36-38.

[4] 梁鵬，黃紅銘，秦旭芝，等. 廣西制糖行業面臨的挑戰及對策建議[J]. 廣東化工，2021，48(21): 97，102.

[5] 陳樹沛，譚光輝，吳僑旭，等. 江門市燃生物質鍋爐的排污現狀與發展對策[J]. 再生資源與循環經濟，2017，10(5): 25-28.

[6] 寧方堯，梁勇，謝紹銳，等. 蔗渣鍋爐煙氣雙達標治理的實踐[J]. 廣西蔗糖，2021(4): 28-30.

[7] 毛洪鈞，李悅寧，林應超，等. 生物質鍋爐氮氧化物排放控制技術研究進展[J]. 工程科學學報，2019，41(1): 1-11.

[8] 覃楠鈞，張立宏，趙呂璇，等. 論廣西甘蔗制糖業的綠色轉型[J]. 甘蔗糖業，2018(5): 61-66.

Emission Characteristics and Control Countermeasures of Air Pollutants from Biomass Boilers in Sugarcane Industry in Guangxi

In order to promote the treatment of biomass boilers in sugarcane industry in Guangxi, the air pollution control measures, emission and standard status of biomass boilers in sugarcane industry in Guangxi are evaluated through the comprehensive collection of the second pollution source survey, flight sampling data and Online monitoring data of air pollutants at the flue gas discharge outlet of sugar plant, and the current standards are compared with relevant domestic standards. The results show that the biomass boiler is the main boiler in Guangxi sugarcane industry, 90.0% of the biomass boiler adopts water film dust removal device, and 72.1% of the biomass boiler is not equipped with denitrification measures. According to the implementation standards for the emission of air pollutants from biomass boilers in the sugarcane industry in Guangxi, the emission of particulate matter and nitrogen oxide are basically met the standards. Compared with other provinces (regions, cities) in China, the emission standards for biomass boilers in Guangxi are too lenient. It is recommended to further promote air pollution control in the sugarcane industry by formulating local emission standards for biomass boilers and strengthening pollution control measures.

sugarcane industry; biomass boilers; air pollution; standards

X51

A

1008-1151(2023)11-0094-05

2023-04-20

梁秀梅（1988－），女，供職于廣西壯族自治區環境保護科學研究院，碩士，從事環境保護科學研究工作。

覃紋（1996－），女，供職于廣西壯族自治區環境保護科學研究院，碩士，從事大氣污染特征和控制對策研究工作。