姚立英 王偉 周陽 李璠

（1天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 天津市大氣污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津 300191 2河北工業(yè)大學(xué) 天津 300130 3天津市聯(lián)合環(huán)保工程設(shè)計(jì)有限公司 天津 300191）

生物質(zhì)是一種可再生能源，全球生物質(zhì)能源的消費(fèi)居第四位[1]，根據(jù)農(nóng)業(yè)部調(diào)查我國每年可收集秸稈總量達(dá)6.87×108t，華北地區(qū)占28.45%，我國每年有約2.15×108t秸稈被露天焚燒[2]，對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量造成不利影響，據(jù)對(duì)北京市和上海市細(xì)顆粒物（PM2.5）來源的解析，焚燒秸稈等農(nóng)業(yè)污染源的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到4.5%和4%。生物質(zhì)成型燃料是以草本植物或木本植物為主要原料，經(jīng)過機(jī)械加工成型，具有規(guī)則形狀的顆粒、塊狀和棒狀的固體燃料產(chǎn)品，是清潔能源[3]，在城市的燃?xì)夤?yīng)不能滿足需求時(shí)，生物質(zhì)成型燃料可作為一種替代燃料[4]。

近年來，天津市發(fā)生大規(guī)模長時(shí)間霧霾天氣，逐漸由煤煙型污染向以PM2.5、O3為主的混合型和復(fù)合型并存轉(zhuǎn)變。2013年底，天津市頒布了《清新空氣行動(dòng)方案》，提出“調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，增加清潔能源”的方針，實(shí)施燃煤設(shè)施改燃或并網(wǎng)，面臨燃?xì)夤?yīng)不足的困難，同時(shí)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快也增加了新的能源需求，因此，生物質(zhì)能源的合理利用既能解決燃?xì)夤?yīng)的不足也解決了生物質(zhì)焚燒產(chǎn)生的環(huán)境問題。本文在調(diào)研分析生物質(zhì)成型燃料應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題基礎(chǔ)上，提出了天津市生物質(zhì)成型燃料應(yīng)用對(duì)策。

1 推進(jìn)生物質(zhì)成型燃料的主要問題

1.1 污染物成分復(fù)雜

生物質(zhì)成型燃料燃燒排放的主要污染物是顆粒物、SO2和NOx，采用多管除塵器+布袋除塵器，顆粒物可以控制在20mg/m3以內(nèi)；以木質(zhì)顆粒物為主的燃料，硫的含量較低，煙氣中SO2基本未檢出，但是以秸稈為主的成型燃料硫的含量相對(duì)較高，部分秸稈如棉桿等硫含量可達(dá)到0.1%~0.2%，因此煙氣中SO2需要處理才能達(dá)標(biāo)排放，如天津市某工業(yè)區(qū)建設(shè)的一臺(tái)6t蒸汽鍋爐，SO2產(chǎn)生濃度97.5mg/m3；生物質(zhì)鍋爐項(xiàng)目燃燒溫度一般低于1300℃，NOx主要來自于原料中的氮，控制氮元素含量能有效的控制煙氣中的NOx濃度，根據(jù)調(diào)研的監(jiān)測資料，NOx基本低于200mg/m3。

生物質(zhì)成型燃料燃燒還產(chǎn)生其他污染物，燃燒過程分為干燥預(yù)熱、揮發(fā)分析出與燃燒、焦炭燃燒等階段[5-7]，生物質(zhì)燃料揮發(fā)分高達(dá)70%左右，析出和燃燒時(shí)間占整個(gè)燃燒過程的10%左右，可燃?xì)怏w大量快速析出后可造成局部溫度低、氧含量低[8]及混合不充分，CO、揮發(fā)性有機(jī)物等可燃?xì)怏w不充分燃燒直接排出；由于沒有燃料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的約束，成型燃料生產(chǎn)的企業(yè)在生產(chǎn)的過程中添加煤粉、廢舊家具拆解物、廢紙張、生活垃圾、粘結(jié)劑等，出現(xiàn)個(gè)別項(xiàng)目排放揮發(fā)性有機(jī)物、二惡英、重金屬的現(xiàn)象。

1.2 監(jiān)管難

1.2.1 燃料品質(zhì)不能保證。生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，燃料熱值、灰分、灰熔點(diǎn)、主要污染物含量沒有明確規(guī)定，導(dǎo)致在生物質(zhì)生產(chǎn)過程中存在摻雜原散煤或劣質(zhì)粘結(jié)劑等問題，對(duì)鍋爐污染物排放影響很大。

1.2.2 燃燒設(shè)備不規(guī)范。很多生物質(zhì)成型燃料鍋爐是由燃煤鏈條爐改裝的，生物質(zhì)成型燃料鍋爐技改不規(guī)范，燃燒設(shè)備在配風(fēng)、受熱面布置、環(huán)保裝置配置等方面工況惡化，煙氣排放濃度超標(biāo)，穩(wěn)定運(yùn)行的比例較低。

1.2.3 排放超標(biāo)。生物質(zhì)成型燃料鍋爐以小型為主，多數(shù)不安裝在線監(jiān)測設(shè)備，如廣東省截至2013年底，已建有1401臺(tái)生物質(zhì)成型燃料鍋爐，平均單臺(tái)容量6.13蒸噸。煙塵需要采用布袋除塵器收集，一些企業(yè)在布袋損壞的情況下不更換維修，或不安裝除塵設(shè)施，導(dǎo)致排放超標(biāo)嚴(yán)重；另外，部分企業(yè)為節(jié)約成本，偷偷燃煤，很難監(jiān)管。

1.3 現(xiàn)有排放標(biāo)準(zhǔn)不利于推廣生物質(zhì)成型燃料鍋爐

截止到目前，國家沒有專門針對(duì)生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)制定排放標(biāo)準(zhǔn)，而是簡單的參照燃煤標(biāo)準(zhǔn)[9]，沒有充分重視生物質(zhì)固體燃料燃燒的特點(diǎn)及排放水平；天津市的環(huán)境政策是控制新建燃煤鍋爐，尤其是小鍋爐的建設(shè)，不利于生物質(zhì)燃料推廣，因此需制定地方的排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.1 用作居民供熱原料價(jià)格不占優(yōu)勢

對(duì)煤炭的控制和天然氣的高成本，是生物質(zhì)成型燃料推廣的契機(jī)。天津市執(zhí)行供熱收費(fèi)25元/m2的市場統(tǒng)一定價(jià)是按燃煤核算的成本，如果改用生物質(zhì)，則需要政府的補(bǔ)貼才能正常運(yùn)行。2014年天津市二類煙煤的價(jià)格在550元/t～650元/t、生物質(zhì)成型燃料800元/t～1000元/t、一般工業(yè)用3.65元/m3、集中供熱用3.25元/m3，以噸蒸汽成本比較，生物質(zhì)成型燃料的成本是天然氣項(xiàng)目的80%～90%左右，是燃煤項(xiàng)目的1.4～1.6倍。

1.3.2 燃料收集貯存困難

秸稈從收集、儲(chǔ)存、加工、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)來看：（1）運(yùn)距不宜過長；（2）成本不好控制；（3）燃料質(zhì)量波動(dòng)較大；（4）貯存空間大，部分燃料存儲(chǔ)周期長，如華北地區(qū)冬小麥一般在5月～6月收割，春玉米7月～8月收割，用作冬季供暖則需要貯存近半年的時(shí)間。

2 推進(jìn)生物質(zhì)成型燃料綜合利用的相關(guān)建議

2.1 天津市生物質(zhì)資源情況

天津市2014年小麥、水稻、玉米、棉花等大田作為種植面積600多萬畝，秸稈產(chǎn)量270×104t，可以用量達(dá)到230×104t，但燃料化利用僅10×104t，為綜合利用量的5.3%。同時(shí)，對(duì)田間焚燒投入大量人力齊抓共管，仍沒有杜絕，根據(jù)環(huán)保部衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2013年夏秋核實(shí)的火點(diǎn)數(shù)達(dá)到10個(gè)。

2.2 建立健全標(biāo)準(zhǔn)體系

對(duì)生物質(zhì)成型燃料的應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)性管理，從燃料、設(shè)備要求、排放三個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)管。

2.2.1 制定《天津市生物質(zhì)燃料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》

燃料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是從源頭上規(guī)范生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)，使其滿足一定的產(chǎn)品要求，合理控制燃料的外觀、尺寸、熱值、N、S、CL、揮發(fā)分等含量，是排放達(dá)標(biāo)的前提條件。

2.2.2 制定《生物質(zhì)成型燃料工業(yè)鍋爐技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)》

生物質(zhì)專用燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)必須滿足生物質(zhì)成型燃料低熱值、高揮發(fā)分、低灰熔點(diǎn)的特點(diǎn)，增大爐膛結(jié)構(gòu)，改善一次風(fēng)、二次風(fēng)的配比，采用二次進(jìn)風(fēng)熱能回收和自動(dòng)控制等[10]，規(guī)定鍋爐的效率、排煙溫度，從穩(wěn)定燃燒角度要規(guī)定爐排熱負(fù)荷、受熱面熱負(fù)荷、以使燃料充分燃燒，并降低積灰、堵塞、結(jié)焦、磨損等問題發(fā)生的幾率，做到鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行、燃料的高效利用、污染物低排放。

2.2.3 制定《生物質(zhì)成型燃料大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》

排放標(biāo)準(zhǔn)是環(huán)保系統(tǒng)監(jiān)管生物質(zhì)項(xiàng)目的抓手，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)推廣生物質(zhì)成型燃料起不到促進(jìn)作用，要根據(jù)環(huán)境質(zhì)量改善的需要和天津市燃料的特點(diǎn)，制定經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行的排放限值。

2.3 推行第三方運(yùn)行

我國現(xiàn)在小型鍋爐普遍存在的問題之一是運(yùn)行水平低，導(dǎo)致鍋爐熱效率低，燃料浪費(fèi)嚴(yán)重，污染物排放超標(biāo)，委托具有專業(yè)技術(shù)的第三方運(yùn)行可有效解決企業(yè)由于人員水平低導(dǎo)致的運(yùn)行問題。據(jù)廣東省不完全統(tǒng)計(jì)，全省有40多家為客戶提供熱能服務(wù)的專業(yè)化第三方治理和運(yùn)營企業(yè)，也是廣東省環(huán)保廳積極推動(dòng)的運(yùn)行方式[11]。

2.4 對(duì)生物質(zhì)成型燃料綜合利用項(xiàng)目給予補(bǔ)貼

從市場經(jīng)濟(jì)的角度來說，生物質(zhì)成型燃料的推廣的關(guān)鍵定位是對(duì)天然氣有利補(bǔ)充和替代，不能與其和燃煤進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，但在天津市以煤為主體的能源結(jié)構(gòu)下，生物質(zhì)成型燃料應(yīng)用的遭遇的影子對(duì)手為燃煤，雖然農(nóng)業(yè)部門對(duì)秸稈的綜合利用給予一定的補(bǔ)貼，但效果并不是很好。環(huán)保部門應(yīng)在認(rèn)真核算成本的基礎(chǔ)上，對(duì)生物質(zhì)成型燃料給予補(bǔ)貼。

2.5 生物質(zhì)成型燃料應(yīng)用項(xiàng)目的策略

目前天津市啟動(dòng)了散煤清潔化治理工作，在農(nóng)村地區(qū)、小城鎮(zhèn)大量散煤需要尋找替代資源，區(qū)縣級(jí)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)工業(yè)區(qū)內(nèi)還有較多的小型燃煤鍋爐需要改燃，利用生物質(zhì)成型燃料替代上述散煤實(shí)施小規(guī)模的集中供熱、替代小型燃煤鍋爐，解決農(nóng)村低矮面源污染，降低運(yùn)費(fèi)成本和貯存成本，減少燃?xì)夤?yīng)緊張的局面、降低管網(wǎng)投資。

3 結(jié)語

生物質(zhì)成型燃料是清潔能源，但在利用的過程中出現(xiàn)了各樣的問題，導(dǎo)致一些地區(qū)對(duì)生物質(zhì)城鄉(xiāng)燃料比較抵觸，通過從燃料、設(shè)備、排放水平綜合監(jiān)管的前提下，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣的有益補(bǔ)充，對(duì)改善天津市的大氣環(huán)境質(zhì)量起到支持作用。

[1]喬英存,張敏霞.生物質(zhì)能源開發(fā)利用的現(xiàn)狀研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013（10）：31.

[2]農(nóng)業(yè)部新聞辦公室.全國農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評(píng)價(jià)報(bào)告[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)：農(nóng)產(chǎn)品加工,2011(2)：1-5.

[3]國務(wù)院.節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃國發(fā)〔2012〕40號(hào)[EB].2012.8.6,http://www.gov.cn.

[4]環(huán)境保護(hù)部.關(guān)于生物質(zhì)成型燃料有關(guān)問題的復(fù)函環(huán)辦函[2009]29號(hào)[EB].2009,8,7：http://www.zhb.gov.cn.

[5]牛廣路，薛勇，楊少鵬．基于TG-FN1聯(lián)用分析的農(nóng)業(yè)固體廢棄物熱解特性研究[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010（005）：2527-2528.

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[7]徐朝芬，孫學(xué)信.用TG-DTC-DSC研究生物質(zhì)的燃燒特性[J]．華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2007,35(3):126-128．

[8]羅娟,侯書林,趙立欣,等．典型生物質(zhì)顆粒燃料燃燒特性試驗(yàn)[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010（005）：220-226

[9]中華人民共和國環(huán)保部.GB13271-2014:鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國環(huán)境出版社,2014.

[10]趙光興，毛偉東.高效燃用生物質(zhì)顆粒蒸汽鍋爐的研究與設(shè)計(jì)[J].能源工程，2014（4）：73-76.

[11]廣東省環(huán)境保護(hù)廳.廣東省環(huán)境保護(hù)廳關(guān)于生物質(zhì)成型燃料鍋爐大氣污染物排放控制要求的通知粵環(huán)〔2014〕98號(hào)[EB].廣東省環(huán)保廳公眾網(wǎng),2014,11,7：http://www.gdep.gov.cn.