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紧箍咒能管住工业锅炉吗？
关键词： 燃煤工业锅炉 水膜除尘器 年运行费用 优化燃烧 控制标准体系
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用煤占总量35%，治理落后，监管难度大
燃煤工业锅炉约46万台，占锅炉总量的85%左右，年煤耗量达到7.3亿吨，颗粒物排放160万吨/年、二氧化硫排放718万吨/年、氮氧化物排放271万吨/年。2007年汞在大气中的排放量约为643吨，其中工业锅炉的排放量占33%。
我国10蒸吨/时以下的工业锅炉基本没有脱硫，脱硫集中分布在20蒸吨/时以上的锅炉，已有的脱硫设施多为脱硫除尘一体化的水浴除尘器、水膜除尘器，但是运行效果较差，平均效率在30~40%之间。工业锅炉二氧化硫排放控制任务艰巨。
◆中国环境报记者陈湘静
工业锅炉排放标准日前完成第二次征求意见，近期将出台实施。这是“大气十条”行动框架下，我国污染物排放控制标准体系进一步完善的重要内容。尽管用煤量低于燃煤电厂(火力发电用煤占总量的50%以上，工业锅炉为35%)，但工业锅炉烟气治理落后、治理难度大、监管困难，而且对城市环境影响更直接。在雾霾频扰的今天，这是一个急需管住的污染源。
近年来，涉及大气治理的各项规划、政策都将工业锅炉作为污染防控的重要内容，提出了淘汰、改造、提升治理水平的一系列政策措施。此次标准修订增加了燃煤工业锅炉氮氧化物、汞排放标准限值及特别排放限值；取消按功能区和锅炉容量执行不同排放限值的规定；严格了各项污染物排放限值，为各地大气污染防控工作提供了标准支撑和依据。
污染源更近问题更严重
平均容量小，燃煤品质差，治理效率低，污染物排放强度较高
截至2011年，我国有各种容量的在用锅炉61.06万台，总功率约351.29万MW。根据2007年~2011年工业锅炉的生产情况，可以判断燃煤工业锅炉约46万台，占总量的85%左右，年煤耗量7.3亿吨，颗粒物排放160万吨/年、二氧化硫排放718万吨/年、氮氧化物排放271万吨/年。
与火电行业日渐“退守”至城市边缘相比，工业锅炉分散在供热、冶金、造纸、建材、化工等行业，主要集中在人口密集的居住区和工业区，排放高度低；同时，由于工业锅炉的平均容量小，燃煤品质差且差异大、治理效率低，污染物排放强度较高，因而对当地的环境空气质量影响大。
从设施状况来看，与燃煤电厂不断提升水平的机组相比，锅炉热效率较低，能耗大，设计经济运行热效率为72~83%，实际运行效率60%~65%，远低于设计水平和国际平均水平。相关统计显示，我国工业锅炉单台容量小，平均容量8.09吨/台。虽向大容量发展，但小吨位的燃煤工业锅炉仍然大量存在。
多年来，国内就中小型燃煤锅炉进行了多次技术改进，由于技术、经济、操作、政策等多方面原因，达不到全面提高技术水平的效果，如对炉拱的改造技术、型煤燃烧技术、分层燃烧技术及小型脱硫除尘技术等，由于种种原因，进展缓慢。
而从“原料”看，工业锅炉还将以燃煤为主，而且“吃的几乎全为粗粮”。我国工业锅炉燃煤多为没有经过洗选的原煤，灰分硫分较高，且粒度较差，尤其是遇到炭供应紧张的局面时，煤炭供应多不能满足工业锅炉的设计要求，导致燃烧效率差，污染物排放水平较高。
而从治理水平看，大型城市和经济发达、环境污染较重的地区，锅炉脱硫设施的比率较高，基本情况是部分企业利用工艺废碱进行烟气脱硫，其他锅炉基本上没有安装专门的脱硫设施，仅依靠水膜除尘器在除尘过程中脱硫，脱硫效果很低，约15%～30%左右。“燃煤工业锅炉控制二氧化硫的任务很重。”标准制定组的调研结论显示。
我国非重点地区的工业锅炉二氧化硫排放平均浓度700mg/m3左右，达到900mg/m3的占87%，达到1200mg/m3的占94%，达到400mg/m3的占25%左右。
标准“松紧”怎么定？
充分考虑经济技术可行性、大气污染物排放控制力度强化等政策新要求
记者了解到，锅炉大气污染物排放标准的修订准备工作自2006年就已开始。标准制定组对我国锅炉生产、使用、污染治理、排放，地方排放标准的实施等情况先后开展了多次调研，并广泛征求研究机构、行业专家意见，在修订过程中充分考虑到达标的技术经济可行性以及大气污染物控制力度提升的政策新要求。
其中，标准对二氧化硫排放提出了四档要求；考虑到改造难度，对在用锅炉提出的氮氧化物排放限值保证九成以上可以达标；对汞排放则初步提出了统一要求。
二氧化硫
标准有四档，煤炭硫分控制很重要
《标准》对工业锅炉烟气二氧化硫排放提出了四档要求。其中，在用锅炉考虑脱硫改造的技术可行性和经济可行性，脱硫效率以65~75%为宜，执行400mg/m3的排放标准。新建锅炉则从严要求，执行经济可行的最佳环保技术，脱硫效率应达到75~85%，执行300mg/m3的排放标准。
对国家确定的47个大气污染防控重点区域，则执行特别排放限值。限值的确定考虑了环境空气质量达标的问题，要求采取严格的、技术可行的治理技术，采用低硫煤和湿法脱硫工艺，执行200mg/m3的排放标准。
对于广西、重庆、四川和贵州等我国典型的高硫煤地区，考虑到在用锅炉改造的空间问题和成本问题，将上述地区的在用锅炉二氧化硫排放限值放宽到550mg/m3。
为实现标准的控制要求，总体的原则是需要对没有脱硫设施的锅炉建设脱硫设施，对有脱硫设施的进行改造和严格运行过程控制和监管，可以达到排放标准的要求。
煤炭硫分对二氧化硫的控制非常重要。标准编制组建议应首先选用低硫煤，通过煤炭洗选和合理配煤，将煤炭的含硫量降低到1.5%以下。“否则，实现上述标准需要多种方式，包括安装脱硫效率达到90%~95%的高效湿法脱硫装置，或改燃清洁能源，或使用循环流化床锅炉实施炉内喷钙技术加尾端湿法脱硫工艺。”
从地方实践来看，指标具备实践基础。如天津市2003年实施地方排放标准，燃煤锅炉烟尘执行200mg/m3排放限值。2013年1~6月，对90家企业共133台10吨以上锅炉进行监测，二氧化硫排放＜150mg/m3的占55.3%，≤200mg/m3占百分之百。
氮氧化物
尾端治理不适宜，低氮燃烧是关键
目前，我国在用工业锅炉氮氧化物没有采取控制措施，技术改造难度、空间和成本较大。考虑到在用锅炉的改造难度，标准提出的氮氧化物排放限值保证90%以上的锅炉达标，执行400mg/m3，基本不需要对现有锅炉进行改造。
新建锅炉的排放限值也只是在现
有锅炉排放平均水平的基础上稍微严格，只要在锅炉设计和运行的时候采取一定的控制措施，就能满足要求。新建锅炉拥有最佳使用技术支持，采用低氮燃烧技术，氮氧化物的产生浓度可以削减30%，达到300 mg/m3，不需要进行尾端治理，运行良好的新建锅炉都能达到这一限值。
标准对重点地区的新建锅炉则有严格要求，在用锅炉则得以“豁免”。从严要求的目的是在重点地区建设燃煤锅炉，就是要建设高效清洁环保锅炉，至少是国内最先进的。在锅炉设计、制造和运行上采取低氮燃烧技术，氮氧化物削减达到40~50%，执行200mg/m3的排放限值。
标准编制组经过广泛调研得出结论，燃煤锅炉氮氧化物控制首选的是优化燃烧、烟气再燃、优化炉膛设计等方案，不宜采用尾端治理技术。
中国环科院相关专家在2007年曾实测了86台65蒸吨/时以下燃煤锅炉氮氧化物排放情况，所测的数据中有8台锅炉的NOX排放浓度低于200mg/m3，占9.3%。因此，重点地区新建燃煤锅炉要达到氮氧化物排放限值，还需要指引锅炉设计、制造、安装和使用部门集中力量解决工业锅炉低氮燃烧技术。
从已有的地方实践来看，氮氧化物控制达到“底线”并无困难。2013年，相关机构曾对天津市133台工业锅炉进行监测，氮氧化物平均排放浓度196mg/m3，排放浓度低于200mg/m3的锅炉占55.6%，低于300mg/m3的达到87.9%，百分之百低于400mg/m3。
汞
限值“一视同仁”，协同处置可达标
此次修订意见稿首次增加了汞排放限值，统一提出了0.05mg/m3的要求。目前，汞的排放控制主要宜采取与脱硫除尘的协同控制。
一般而言，静电除尘器可脱除30%的汞，布袋除尘器可脱除70%的汞，湿法脱硫装置可脱除90%的汞。在极个别的情况下烟气中汞的含量达到0.1mg/m3时，锅炉尾端采用除尘、湿法脱硫等措施后，基本能达到0.05mg/m3的限值要求。如果采用协同控制仍不能满足0.05mg/m3的排放限值，则需要采用活性炭喷入脱汞技术进行控制。
颗粒物
特别限值达到国际严格水平；超过3成锅炉需改造
与国外标准对比分析，修订后的标准中，在用锅炉颗粒物达到国际较一般水平，执行80mg/m3；新建锅炉达到国际较严格水平，执行50mg/m3；特别排放限值则达到了国际严格水平，执行30mg/m3。
而工业锅炉尾端采用与除尘、脱硫协同控制的技术，基本都能够达到排放要求。中国环科院相关专家实测了95台燃煤锅炉，其中85台锅炉安装了除尘净化装置，96%的除尘装置净化效率大于80%，采取的除尘方法以湿法为主，如麻石水膜除尘器、冲击式或水浴式脱硫除尘器，少量锅炉采用机械式除尘如多管旋风除尘器。从实测结果来看，22%的锅炉排放低于80mg/m3，80%低于200mg/m3。
针对调研情况来看，非重点地区工业锅炉除尘效率集中在85%左右，以机械除尘为主，平均浓度250mg/m3左右，满足现有标准200mg/m3的占70%左右，达到80mg/m3的左右30%。30%超过200mg/m3的锅炉，即使不执行本标准也必须改造。
算算减排、投入两笔账
执行新标准后，烟尘削减66万吨，二氧化硫削减314万吨，相关的环保投资需3700亿元～4500亿元，年运行费用约需33.5亿元～47.5亿元
近年来，国家出台的多项政策、规划包括大气治理行动计划，都对工业锅炉烟气治理改造提出了要求。而通过标准制定组的研究测算，大概的投入产出比如下：执行新标准后，烟尘削减66万吨，二氧化硫削减314万吨，相关的环保投资需3700亿元～4500亿元，年运行费用约需33.5亿元～47.5亿元。
其中，对于10蒸吨/时以下的燃煤锅炉，已经不具备环保治理的条件。有条件的要改为燃油和燃气锅炉，人口密集、锅炉量大的城镇、城市近郊，要结合旧城改造、城镇化进程改造为集中供热或并网，不具备改燃清洁能源和集中供热并网的，要发展优质型煤锅炉和生物质成型燃料锅炉。
通过实施改造方案，颗粒物可减排19万吨~20.1万吨，二氧化硫可减排76.3~ 81.7万吨，费用约为1680亿元～2000亿元。
而我国拥有10蒸吨/时以上燃煤工业锅炉13.8万台（240万MW），燃煤量5.6亿吨。根据调研情况来看，颗粒物排放有70%不能达到80mg/m3，二氧化硫有1/3污染治理设施达不到排放要求，有1/3没有治理设施，需要改造的占75%以上，即10～35蒸吨/时锅炉的80%、35蒸吨/时以上锅炉的60%需要改造。
据初步统计，10蒸吨/时以上燃煤工业锅炉中的10.4万台（160万MW）需要进行脱硫除尘改造。改造后预期减排颗粒物37.5万吨，减排二氧化硫144.6万吨。估算费用约为1608亿元~2067.4亿元。
在新增锅炉方面，我国预计年新增锅炉8万～10万吨，其中燃煤锅炉占80%，执行新标准比现行标准减排颗粒物2.5万吨/年，减排二氧化硫10.3万吨/年，减排氮氧化物2.1万吨/年，预计总环保投资80亿元左右。
对于执行特别排放限值的地区，需采取的治理措施为高效除尘+湿法脱硫+除尘的技术，单位环保投资10～14万元/吨，合计总的环保投资360亿元。当然减排效益也较为明显。根据天津、西安、兰州、沈阳等地的调研情况，估算到2012年底，47个重点城市工业锅炉两万台，总容量30万蒸吨/时。在用锅炉，颗粒物就可削减6.2万吨。