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緊箍咒能管住工業鍋爐嗎？
關鍵詞： 燃煤工業鍋爐 水膜除塵器 年運行費用 優化燃燒 控制標準體系
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用煤占總量35%，治理落后，監管難度大
燃煤工業鍋爐約46萬臺，占鍋爐總量的85%左右，年煤耗量達到7.3億噸，顆粒物排放160萬噸/年、二氧化硫排放718萬噸/年、氮氧化物排放271萬噸/年。2007年汞在大氣中的排放量約為643噸，其中工業鍋爐的排放量占33%。
我國10蒸噸/時以下的工業鍋爐基本沒有脫硫，脫硫集中分布在20蒸噸/時以上的鍋爐，已有的脫硫設施多為脫硫除塵一體化的水浴除塵器、水膜除塵器，但是運行效果較差，平均效率在30~40%之間。工業鍋爐二氧化硫排放控制任務艱巨。
◆中國環境報記者陳湘靜
工業鍋爐排放標準日前完成第二次征求意見，近期將出臺實施。這是“大氣十條”行動框架下，我國污染物排放控制標準體系進一步完善的重要內容。盡管用煤量低于燃煤電廠(火力發電用煤占總量的50%以上，工業鍋爐為35%)，但工業鍋爐煙氣治理落后、治理難度大、監管困難，而且對城市環境影響更直接。在霧霾頻擾的今天，這是一個急需管住的污染源。
近年來，涉及大氣治理的各項規劃、政策都將工業鍋爐作為污染防控的重要內容，提出了淘汰、改造、提升治理水平的一系列政策措施。此次標準修訂增加了燃煤工業鍋爐氮氧化物、汞排放標準限值及特別排放限值；取消按功能區和鍋爐容量執行不同排放限值的規定；嚴格了各項污染物排放限值，為各地大氣污染防控工作提供了標準支撐和依據。
污染源更近問題更嚴重
平均容量小，燃煤品質差，治理效率低，污染物排放強度較高
截至2011年，我國有各種容量的在用鍋爐61.06萬臺，總功率約351.29萬MW。根據2007年~2011年工業鍋爐的生產情況，可以判斷燃煤工業鍋爐約46萬臺，占總量的85%左右，年煤耗量7.3億噸，顆粒物排放160萬噸/年、二氧化硫排放718萬噸/年、氮氧化物排放271萬噸/年。
與火電行業日漸“退守”至城市邊緣相比，工業鍋爐分散在供熱、冶金、造紙、建材、化工等行業，主要集中在人口密集的居住區和工業區，排放高度低；同時，由于工業鍋爐的平均容量小，燃煤品質差且差異大、治理效率低，污染物排放強度較高，因而對當地的環境空氣質量影響大。
從設施狀況來看，與燃煤電廠不斷提升水平的機組相比，鍋爐熱效率較低，能耗大，設計經濟運行熱效率為72~83%，實際運行效率60%~65%，遠低于設計水平和國際平均水平。相關統計顯示，我國工業鍋爐單臺容量小，平均容量8.09噸/臺。雖向大容量發展，但小噸位的燃煤工業鍋爐仍然大量存在。
多年來，國內就中小型燃煤鍋爐進行了多次技術改進，由于技術、經濟、操作、政策等多方面原因，達不到全面提高技術水平的效果，如對爐拱的改造技術、型煤燃燒技術、分層燃燒技術及小型脫硫除塵技術等，由于種種原因，進展緩慢。
而從“原料”看，工業鍋爐還將以燃煤為主，而且“吃的幾乎全為粗糧”。我國工業鍋爐燃煤多為沒有經過洗選的原煤，灰分硫分較高，且粒度較差，尤其是遇到炭供應緊張的局面時，煤炭供應多不能滿足工業鍋爐的設計要求，導致燃燒效率差，污染物排放水平較高。
而從治理水平看，大型城市和經濟發達、環境污染較重的地區，鍋爐脫硫設施的比率較高，基本情況是部分企業利用工藝廢堿進行煙氣脫硫，其他鍋爐基本上沒有安裝專門的脫硫設施，僅依靠水膜除塵器在除塵過程中脫硫，脫硫效果很低，約15%～30%左右。“燃煤工業鍋爐控制二氧化硫的任務很重。”標準制定組的調研結論顯示。
我國非重點地區的工業鍋爐二氧化硫排放平均濃度700mg/m3左右，達到900mg/m3的占87%，達到1200mg/m3的占94%，達到400mg/m3的占25%左右。
標準“松緊”怎么定？
充分考慮經濟技術可行性、大氣污染物排放控制力度強化等政策新要求
記者了解到，鍋爐大氣污染物排放標準的修訂準備工作自2006年就已開始。標準制定組對我國鍋爐生產、使用、污染治理、排放，地方排放標準的實施等情況先后開展了多次調研，并廣泛征求研究機構、行業專家意見，在修訂過程中充分考慮到達標的技術經濟可行性以及大氣污染物控制力度提升的政策新要求。
其中，標準對二氧化硫排放提出了四檔要求；考慮到改造難度，對在用鍋爐提出的氮氧化物排放限值保證九成以上可以達標；對汞排放則初步提出了統一要求。
二氧化硫
標準有四檔，煤炭硫分控制很重要
《標準》對工業鍋爐煙氣二氧化硫排放提出了四檔要求。其中，在用鍋爐考慮脫硫改造的技術可行性和經濟可行性，脫硫效率以65~75%為宜，執行400mg/m3的排放標準。新建鍋爐則從嚴要求，執行經濟可行的最佳環保技術，脫硫效率應達到75~85%，執行300mg/m3的排放標準。
對國家確定的47個大氣污染防控重點區域，則執行特別排放限值。限值的確定考慮了環境空氣質量達標的問題，要求采取嚴格的、技術可行的治理技術，采用低硫煤和濕法脫硫工藝，執行200mg/m3的排放標準。
對于廣西、重慶、四川和貴州等我國典型的高硫煤地區，考慮到在用鍋爐改造的空間問題和成本問題，將上述地區的在用鍋爐二氧化硫排放限值放寬到550mg/m3。
為實現標準的控制要求，總體的原則是需要對沒有脫硫設施的鍋爐建設脫硫設施，對有脫硫設施的進行改造和嚴格運行過程控制和監管，可以達到排放標準的要求。
煤炭硫分對二氧化硫的控制非常重要。標準編制組建議應首先選用低硫煤，通過煤炭洗選和合理配煤，將煤炭的含硫量降低到1.5%以下。“否則，實現上述標準需要多種方式，包括安裝脫硫效率達到90%~95%的高效濕法脫硫裝置，或改燃清潔能源，或使用循環流化床鍋爐實施爐內噴鈣技術加尾端濕法脫硫工藝。”
從地方實踐來看，指標具備實踐基礎。如天津市2003年實施地方排放標準，燃煤鍋爐煙塵執行200mg/m3排放限值。2013年1~6月，對90家企業共133臺10噸以上鍋爐進行監測，二氧化硫排放＜150mg/m3的占55.3%，≤200mg/m3占百分之百。
氮氧化物
尾端治理不適宜，低氮燃燒是關鍵
目前，我國在用工業鍋爐氮氧化物沒有采取控制措施，技術改造難度、空間和成本較大。考慮到在用鍋爐的改造難度，標準提出的氮氧化物排放限值保證90%以上的鍋爐達標，執行400mg/m3，基本不需要對現有鍋爐進行改造。
新建鍋爐的排放限值也只是在現
有鍋爐排放平均水平的基礎上稍微嚴格，只要在鍋爐設計和運行的時候采取一定的控制措施，就能滿足要求。新建鍋爐擁有最佳使用技術支持，采用低氮燃燒技術，氮氧化物的產生濃度可以削減30%，達到300 mg/m3，不需要進行尾端治理，運行良好的新建鍋爐都能達到這一限值。
標準對重點地區的新建鍋爐則有嚴格要求，在用鍋爐則得以“豁免”。從嚴要求的目的是在重點地區建設燃煤鍋爐，就是要建設高效清潔環保鍋爐，至少是國內最先進的。在鍋爐設計、制造和運行上采取低氮燃燒技術，氮氧化物削減達到40~50%，執行200mg/m3的排放限值。
標準編制組經過廣泛調研得出結論，燃煤鍋爐氮氧化物控制首選的是優化燃燒、煙氣再燃、優化爐膛設計等方案，不宜采用尾端治理技術。
中國環科院相關專家在2007年曾實測了86臺65蒸噸/時以下燃煤鍋爐氮氧化物排放情況，所測的數據中有8臺鍋爐的NOX排放濃度低于200mg/m3，占9.3%。因此，重點地區新建燃煤鍋爐要達到氮氧化物排放限值，還需要指引鍋爐設計、制造、安裝和使用部門集中力量解決工業鍋爐低氮燃燒技術。
從已有的地方實踐來看，氮氧化物控制達到“底線”并無困難。2013年，相關機構曾對天津市133臺工業鍋爐進行監測，氮氧化物平均排放濃度196mg/m3，排放濃度低于200mg/m3的鍋爐占55.6%，低于300mg/m3的達到87.9%，百分之百低于400mg/m3。
汞
限值“一視同仁”，協同處置可達標
此次修訂意見稿首次增加了汞排放限值，統一提出了0.05mg/m3的要求。目前，汞的排放控制主要宜采取與脫硫除塵的協同控制。
一般而言，靜電除塵器可脫除30%的汞，布袋除塵器可脫除70%的汞，濕法脫硫裝置可脫除90%的汞。在極個別的情況下煙氣中汞的含量達到0.1mg/m3時，鍋爐尾端采用除塵、濕法脫硫等措施后，基本能達到0.05mg/m3的限值要求。如果采用協同控制仍不能滿足0.05mg/m3的排放限值，則需要采用活性炭噴入脫汞技術進行控制。
顆粒物
特別限值達到國際嚴格水平；超過3成鍋爐需改造
與國外標準對比分析，修訂后的標準中，在用鍋爐顆粒物達到國際較一般水平，執行80mg/m3；新建鍋爐達到國際較嚴格水平，執行50mg/m3；特別排放限值則達到了國際嚴格水平，執行30mg/m3。
而工業鍋爐尾端采用與除塵、脫硫協同控制的技術，基本都能夠達到排放要求。中國環科院相關專家實測了95臺燃煤鍋爐，其中85臺鍋爐安裝了除塵凈化裝置，96%的除塵裝置凈化效率大于80%，采取的除塵方法以濕法為主，如麻石水膜除塵器、沖擊式或水浴式脫硫除塵器，少量鍋爐采用機械式除塵如多管旋風除塵器。從實測結果來看，22%的鍋爐排放低于80mg/m3，80%低于200mg/m3。
針對調研情況來看，非重點地區工業鍋爐除塵效率集中在85%左右，以機械除塵為主，平均濃度250mg/m3左右，滿足現有標準200mg/m3的占70%左右，達到80mg/m3的左右30%。30%超過200mg/m3的鍋爐，即使不執行本標準也必須改造。
算算減排、投入兩筆賬
執行新標準后，煙塵削減66萬噸，二氧化硫削減314萬噸，相關的環保投資需3700億元～4500億元，年運行費用約需33.5億元～47.5億元
近年來，國家出臺的多項政策、規劃包括大氣治理行動計劃，都對工業鍋爐煙氣治理改造提出了要求。而通過標準制定組的研究測算，大概的投入產出比如下：執行新標準后，煙塵削減66萬噸，二氧化硫削減314萬噸，相關的環保投資需3700億元～4500億元，年運行費用約需33.5億元～47.5億元。
其中，對于10蒸噸/時以下的燃煤鍋爐，已經不具備環保治理的條件。有條件的要改為燃油和燃氣鍋爐，人口密集、鍋爐量大的城鎮、城市近郊，要結合舊城改造、城鎮化進程改造為集中供熱或并網，不具備改燃清潔能源和集中供熱并網的，要發展優質型煤鍋爐和生物質成型燃料鍋爐。
通過實施改造方案，顆粒物可減排19萬噸~20.1萬噸，二氧化硫可減排76.3~ 81.7萬噸，費用約為1680億元～2000億元。
而我國擁有10蒸噸/時以上燃煤工業鍋爐13.8萬臺（240萬MW），燃煤量5.6億噸。根據調研情況來看，顆粒物排放有70%不能達到80mg/m3，二氧化硫有1/3污染治理設施達不到排放要求，有1/3沒有治理設施，需要改造的占75%以上，即10～35蒸噸/時鍋爐的80%、35蒸噸/時以上鍋爐的60%需要改造。
據初步統計，10蒸噸/時以上燃煤工業鍋爐中的10.4萬臺（160萬MW）需要進行脫硫除塵改造。改造后預期減排顆粒物37.5萬噸，減排二氧化硫144.6萬噸。估算費用約為1608億元~2067.4億元。
在新增鍋爐方面，我國預計年新增鍋爐8萬～10萬噸，其中燃煤鍋爐占80%，執行新標準比現行標準減排顆粒物2.5萬噸/年，減排二氧化硫10.3萬噸/年，減排氮氧化物2.1萬噸/年，預計總環保投資80億元左右。
對于執行特別排放限值的地區，需采取的治理措施為高效除塵+濕法脫硫+除塵的技術，單位環保投資10～14萬元/噸，合計總的環保投資360億元。當然減排效益也較為明顯。根據天津、西安、蘭州、沈陽等地的調研情況，估算到2012年底，47個重點城市工業鍋爐兩萬臺，總容量30萬蒸噸/時。在用鍋爐，顆粒物就可削減6.2萬噸。