刘文贵

(1.福建省环境科学研究院，福建 福州 350013;2.福建省环境工程重点实验室，福建 福州 350013)

1 概述

《大气污染防治行动计划》实施以来，福建省城市空气质量总体上明显改善，但空气质量保持高位运行下，臭氧和细颗粒物(PM2.5)的防控压力依旧较大。近年来沿海区域出现以臭氧为首要污染物的超标情况，而工业锅炉是大气污染排放的重要贡献源之一，其排放的污染物(如颗粒物、SO2以及NOx)是影响大气质量的重要因子。研究表明，SO2、NOx等污染物可直接危害人体健康和生态系统，其中NOx还是臭氧污染的前驱污染物[1]。福建省沿海区域工业锅炉分布较为密集，且现行工业锅炉大气污染物排放的控制要求相对薄弱。加强对沿海区域工业锅炉大气污染物排放的控制，是减轻福建省臭氧污染的有效手段，也是有效改善福建省大气环境质量的重要措施。而对福建省沿海区域工业锅炉执行针对国土开发密度已经较高、环境承载能力开始减弱的敏感地区而设定的大气污染物特别排放限值，是加强控制颗粒物、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，本文结合福建省沿海区域工业锅炉使用情况资料、涉工业锅炉企业污染物排放及污染治理情况数据等，分析福建省沿海区域工业锅炉主要污染物排放特征，论证执行大气污染物特别排放限值的技术可行性，定量评估沿海区域工业锅炉施行特别排放限值的经济可行性和减排效益。对福建省沿海区域工业锅炉的整治，推动能源和产业结构调整，环境空气质量精细化、系统化管理，加快实现碳达峰、碳中和目标等工作有重要的学术意义和现实价值。

2 资料与方法

2.1 资料

以福建省沿海区域(包括福州市、厦门市、泉州市、宁德市、莆田市、漳州市、平潭综合实验区)为研究范围，研究对象为执行《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)的工业锅炉项目(65t/h及以上燃煤锅炉项目除外)。

福建省沿海区域工业锅炉统计数据来自福建省市场监督管理局及福建省工业和信息化厅提供的福建省在册在用工业锅炉数据表。工业锅炉SO2、NOx、PM10和PM2.5的年排放量数据来源于福建省大气污染物源排放清单研究结果，企业信息、污染排放信息等来源于福建省生态云平台污染源在线监测数据以及沿海区域重点行业典型企业自行监测报告。

2.2 研究方法

利用所收集资料数据(仅统计执行《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)的在册在用工业锅炉数量。另外，福建省65t/h及以上燃煤锅炉超低排放改造接近完成，因此，65t/h及以上燃煤锅炉不纳入本研究统计范围)，对福建省沿海区域工业锅炉数量、额定出力分布情况和各主要污染物排放现状进行统计分析，研判沿海区域及区域内各地市的工业锅炉使用和分布情况及各污染物排放现状特征，并对目前福建省沿海区域工业锅炉的脱硫、脱硝技术和颗粒物控制水平进行分析。

通过调查研究工业锅炉的工艺及技术发展现状等相关资料，以及相关污染物治理技术和排放控制水平，分析论证福建省沿海区域工业锅炉执行特别排放限值的技术可行性。分析区域内工业锅炉执行特别排放限值条件下，企业为达到特别排放限值所需增加的设备投入及运行成本。同时评价区域内工业锅炉执行特别排放限值后各污染物总量削减情况，并论述其对缓解福建省沿海区域臭氧污染、改善区域大气环境质量的减排效益。

结合福建省实际情况与环境管理需求，对福建省沿海区域工业锅炉执行特别排放限值给出相关建议。

3 主要结果

3.1 工业锅炉使用和分布情况

根据福建省在册在用工业锅炉数据表，福建省沿海区域工业锅炉的锅炉数量共计4526台，锅炉额定出力(折算蒸吨)总和为20703.67t/h。全省沿海区域在册在用工业锅炉的使用情况分布如图1～图2所示。从工业锅炉现状数量地区分布来看，漳州市、泉州市和福州市在册工业锅炉存量较大，分别为1204台、1196台和877台；从各地市额定出力(折算蒸吨)总和分布来看，前三位分别是漳州市、泉州市、福州市。

图1 各地市工业锅炉数量分布

图2 工业锅炉额定出力(折算蒸吨)总和各地市分布情况

3.2 主要污染物排放特征

根据福建省大气污染物源排放清单研究结果，福建省沿海区域工业锅炉的SO2、NOx、PM10和PM2.5年排放量达到了20200.49t、29933.38t、8320.20t和5104.47t，分别占全省工业锅炉SO2、NOx、PM10和PM2.5总排放量的77.55%、74.02%、68.45%和66.48%，沿海区域锅炉各主要污染物排放量显著高于内陆山区。从各污染物排放量来看，SO2和NOx排放量较高，是福建省沿海区域工业锅炉主要控制的污染物，详见图3。从地区排放量来看，漳州、泉州和福州(含平潭综合实验区)的工业锅炉主要污染物排放总量位居前三位，随后是宁德市和莆田市，如图4所示。从沿海区域各城市污染物的排放情况来看，SO2和NOx的高排放城市为福州市(含平潭综合实验区)、泉州市和漳州市，而泉州市、漳州市和宁德市颗粒物(PM10和PM2.5)的排放量相对较高。

图3 福建省沿海区域工业锅炉主要污染物排放情况

图4 福建省沿海区域各地市工业锅炉主要污染物排放贡献分布

3.3 主要污染物排放控制现状

本研究收集了福建省沿海区域典型行业涉工业锅炉企业废气污染物排放数据，调查企业类型涵盖印染纺织、陶瓷、食品制造、木材加工、氯碱、合成树脂等行业，锅炉类型涉及化工锅炉和生物质锅炉，具体情况详见表1。调查数据显示福建省沿海区域典型行业涉锅炉企业废气污染物中SO2排放已基本能满足特别排放限值要求；而涉锅炉企业的NOx和烟尘控制水平则参差不齐，涉锅炉企业的NOx和颗粒物排放能达到相应特别排放限值水平的比例仅分别约为48%和62%，一定程度反映了沿海区域现状锅炉的NOx和颗粒物控制还有较大的提升空间。

表1 典型行业涉工业锅炉企业锅炉排气筒有组织废气污染物排放调查汇总表 单位：mg·m-3

3.4 工业锅炉执行特别排放限值的技术可行性分析

若要全面执行特别排放要求，重点行业化工锅炉和生物质锅炉需进行脱硝工艺和颗粒物治理工艺的提升改造。

目前广泛使用的锅炉脱硝技术包括：低氮燃烧技术(LNB)、选择性催化还原(SCR)、非选择性催化还原(SNCR)等技术。低氮燃烧技术(LNB)实现从源头控制NOx排放，是降低锅炉NOx排放最主要也是比较成熟的技术措施，一般情况下，最多能达到50%的脱氮效率，工业锅炉通过低氮燃烧改造，NOx的排放浓度可降至200 mg/m3以内。SCR法脱硝技术是目前国内外最成熟可靠的脱硝技术，脱硝效率高，系统安全稳定，最高的脱硝效率能达到95%以上。而SNCR相较于SCR法，不使用催化剂、运行成本低、有很大的经济优势，但脱硝效率略低(约为40%～70%)，可以作为低氮燃烧技术(LNB)的补充处理手段。

工业锅炉烟尘净化技术包括已成熟并广泛应用的静电除尘、布袋除尘、电袋复合除尘等技术。静电除尘器与其他除尘设备相比，耗能少，除尘效率高(除尘效率95%～99%)。与静电除尘器相比，布袋除尘器运行稳定、控制简单、安全性好、除尘效率和静电除尘相当，但对设备管理要求相对严格。而电袋复合式技术有机结合了静电除尘和布袋除尘的特点，除尘效率高达99.9%以上，可实现颗粒物10mg/m3以下的超低排放要求。

因此，燃煤锅炉NOx控制可选择优化燃烧、烟气再燃、优化炉膛设计等方案，亦可采用尾端治理技术。执行200mg/m3的特别排放标准限值，在优化燃烧、合理配风、烟气再燃等技术的基础上可采用优化炉膛设计等高效节能环保措施；若需进一步降低NOx排放浓度，可在优化设计方案的基础上，增设多级高效脱硝装置，以保证达标排放。燃油锅炉和燃气锅炉采用低NOx燃烧技术并增加降氮脱硝末端处理装置，可稳定达到相应的锅炉NOx特别排放限值。

对于工业锅炉的颗粒物控制，燃煤锅炉颗粒物执行30mg/m3的特别排放标准限值，可联用布袋除尘、电袋复合除尘及多级除尘等技术，从而达到颗粒物的特别排放限值要求[3-7]。对于燃油锅炉，可通过燃烧控制的方式达到特别排放限值，如果达不到限值要求，需采用除尘装置进行处理。而燃气锅炉一般只需燃用清洁燃料即可满足特别排放限值要求。

而对于生物质成型燃料锅炉的污染控制来说，需采用高效的专用生物质锅炉及选取优质成型燃料，并经旋风除尘+布袋除尘的二级除尘处理，从而满足特别排放限值要求。

3.5 执行特别排放限值的经济可行性分析及减排效益

根据实地调研结果，相关投资及运行成本如下：

工业锅炉执行特别排放限值，部分锅炉需要进行除尘改造，高效除尘改造平均每蒸吨约6万元，对于颗粒物治理，除尘设备的主要运行成本来自除尘布袋破损的更换等，脱除每吨污染物所需要的运行费约640元。而进行脱硝改造的设备投入约每蒸吨12万～15万元，分摊到每吨蒸汽上的运维成本约为7元。根据以上数据资料，福建省沿海区域施行锅炉大气污染物特别排放限值，环保设备投资约37.27亿～43.48亿元，运行(含折旧)费用约12.9亿元/年。另外，通过文献和企业实地调研，沿海区域典型行业涉工业锅炉企业为实现特别排放限值而进行的脱硝改造和强化除尘措施的设备投资费用约占企业年利润的3%～7%，而运行(含折旧)费用则约占1%～2%，同时考虑到技术和设备升级对企业产值增加具有一定的促进作用，因此工业锅炉执行特别排放限值造成的福建省沿海区域涉锅炉企业生产成本的增加尚在企业可承受范围之内。

福建省沿海区域工业锅炉执行大气污染物特别排放限值后，SO2、NOx、颗粒物排放限值与现有排放限值相比，分别至少降低25%、25%、33%，初步预估经过改造后SO2、NOx和颗粒物总减排量分别达到6369.94t、10317.14t和4474.44t。

对福建省沿海区域工业锅炉执行大气污染物特别排放限值进行费用效益分析[8]，把因工业锅炉执行特别排放限值产生污染减排而带来的“环境退化成本”降低视同“污染减排效益”。根据李红祥、王俊宇等人对污染减排的费用效益分析成果，大气污染物减排的费用效益比约为2.65～3.40，污染减排的效益远大于治理投入的费用[9-10]。利用上述分析结果，福建省沿海区域工业锅炉执行大气污染物特别排放限值后，污染物减排的总效益为34.19亿元/年～43.86亿元/年，净效益为21.29亿元/年～30.96亿元/年，减排效益明显。

福建省沿海区域工业锅炉执行大气污染物特别排放限值对工业锅炉的污染物排放提出了更高要求，有助于进一步加快福建省沿海区域工业锅炉的整治提升进度，促进企业清洁能源替代，加强源头管控，推广使用先进生产工艺，淘汰工艺落后、污染严重的企业，推动实现能源结构和产业结构调整目标，有效改善环境质量，加快向低碳、脱碳转型，助力实现全省碳达峰目标和碳中和愿景。

4 结论与建议

4.1 结论

①从工业锅炉现状数量地区分布来看，福建省沿海区域中，漳州市、泉州市和福州市在册工业锅炉存量较大；从各地市额定出力(折算蒸吨)总和分布来看，前三位分别是漳州市、泉州市、福州市。

②沿海区域锅炉各主要污染物排放量显著高于内陆山区。从各污染物排放量来看，SO2和NOx排放量较高，是福建省沿海区域工业锅炉的需要控制的主要污染物。从地区排放量来看，福建省沿海区域漳州、泉州和福州(含平潭综合实验区)的工业锅炉主要污染物排放总量位居前三位，随后是宁德市和莆田市。

③福建省沿海区域工业锅炉SO2排放已基本能达到特别排放限值要求，提标改造的重点在脱硝和除尘。目前，工业锅炉的NOx和颗粒物排放的控制措施较为成熟，执行锅炉大气污染物特别排放限值在技术层面具备可行性，现有锅炉可通过采用清洁燃料、优化燃烧控制以及增设脱硫、脱硝和强化除尘措施等方式实现特别排放限值排放要求。

④福建省沿海区域施行锅炉大气污染物特别排放限值，环保设备投资约为37.27亿～43.48亿元，运行(折旧)费用约12.9亿元/年，所增加的生产成本尚在企业可承受范围之内。SO2、NOx和颗粒物年减排量将分别达到6369.94t、10317.14t和4474.44t，污染物减排的总效益为34.19亿元/年～43.86亿元/年，净效益为21.29亿元/年～30.96亿元/年，减排效益明显。执行大气污染物特别排放限值对沿海区域工业锅炉的污染物排放提出了更高的要求，有助于加快工业锅炉整治提升，推动能源结构调整，有效改善环境质量。

4.2 建议

①福建省沿海区域现有锅炉尽快分批施行锅炉大气污染物特别排放限值，新建锅炉的审批应严格按照特别排放限值相关要求实施。

②完善相关政策及激励机制，积极引导涉工业锅炉企业采用清洁生产、节能减排工艺技术。

③加快出台中小锅炉脱硝、降尘最佳可行技术导则及污染治理工程技术规范，为污染防治设施建设及升级提供技术支撑。