生物質(zhì)爐氮氧化物排放應(yīng)綜合考量
2019-05-05
尚不具備煤改電、煤改氣的農(nóng)村地區(qū)，燃料適配爐具是現(xiàn)階段農(nóng)村清潔取暖最經(jīng)濟(jì)、有效的途徑，推廣應(yīng)用生物質(zhì)成型燃料配套專用鍋爐，是實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)清潔供熱、農(nóng)村清潔取暖的現(xiàn)實(shí)舉措，對減少民用散煤污染具有重要意義。近期，各地出臺的清潔取暖規(guī)劃中，生物質(zhì)能作為重要技術(shù)路徑被提到了較高地位，在清潔取暖形勢下，生物質(zhì)能發(fā)展邁入快車道。
但隨之而來的是環(huán)保等相關(guān)部門對生物質(zhì)爐具污染物排放更為關(guān)注，其中最主要的指標(biāo)是氮氧化物排放問題。由于排放標(biāo)準(zhǔn)、燃料特性、折算方法、燃燒方式等一系列原因，氮氧化物排放不達(dá)標(biāo)是生物質(zhì)爐具行業(yè)的“通病”。生物質(zhì)能要邁入發(fā)展快車道，并在農(nóng)村清潔取暖中發(fā)揮應(yīng)有作用，氮氧化物排放不達(dá)標(biāo)問題亟待解決。
近日，中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會民用清潔爐具專委會企業(yè)座談會期間，生物質(zhì)爐具企業(yè)、行業(yè)專家、高校代表對于如何解決生物質(zhì)爐具氮氧化排放不達(dá)標(biāo)難題進(jìn)行了交流探討。
NOX排放超標(biāo)是生物質(zhì)爐具“通病”
相關(guān)專家認(rèn)為，生物質(zhì)爐具氮氧化物排放不達(dá)標(biāo)的首要原因在于生物質(zhì)燃料特性和燃燒方式。生物質(zhì)原料本身含氮比較多，在燃燒過程中達(dá)到一定溫度（800度以上），首先會形成一氧化氮，一氧化氮不穩(wěn)定，后續(xù)形成了各種氮氧化物，其中二氧化氮遇到水蒸氣就會形成硝酸，硝酸與空氣中的微型顆粒結(jié)合形成硝酸銨（硝酸鹽顆粒），這種硝酸鹽顆粒是形成PM2.5的重要成分。
目前地方政府推廣的戶用生物質(zhì)取暖爐解決氮氧化物排放超標(biāo)更加困難，戶用生物質(zhì)采暖爐爐膛面積小，燃燒點(diǎn)集中，導(dǎo)致氧化區(qū)溫度高，超過800度就形成氮氧化物。尤其是生物質(zhì)烤火爐，料箱靠近燃燒點(diǎn)，采用自動下料，燃燒狀態(tài)難以控制，氮氧化物排放不穩(wěn)定。
為解決氮氧化物排放難題，專家建議，戶用生物質(zhì)采暖爐要炊暖分開，如果用生物質(zhì)爐具做飯就要旺火燃燒，旺火燃燒狀態(tài)下，火苗越大，氮氧化物排放就越高。在燃燒方式上要不斷實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)，可采用半氣化燃燒方式，通過低溫燃燒、分段燃燒、均衡燃燒來解決排放問題，在配風(fēng)上做文章，避免集中燃燒，降低燃燒溫度。
理性看待生物質(zhì)爐具排放的優(yōu)劣勢
國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出，燃燒生物質(zhì)成型燃料NOx排放濃度需低于150mg/m3的排放限值，達(dá)到天然氣排放標(biāo)準(zhǔn)，這在行業(yè)內(nèi)存在一些爭議。天然氣也是化石能源，雖然一直被認(rèn)為是清潔能源，但是燃燒后同樣產(chǎn)生水分和NOx，加劇霧霾的形成，此外天然氣也會產(chǎn)生大量碳排放，加劇溫室效應(yīng)。我國天然氣資源稟賦差，2017年采暖季出現(xiàn)的大規(guī)模氣荒問題，證實(shí)了天然氣目前尚不具備作為主體能源的基礎(chǔ)。
據(jù)報道，我國碳排放要在2030年達(dá)到峰值，但是從目前來看，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)頗具挑戰(zhàn)性。我國農(nóng)林剩余物資源豐富，每年生產(chǎn)秸稈約8億噸，可利用量約4億噸，若2億噸用來供熱，至少可節(jié)約1億噸標(biāo)煤，相當(dāng)于減少3.67億噸的CO2。生物質(zhì)成型燃料配套專用爐具使用，可以實(shí)現(xiàn)CO2零排放，從承擔(dān)國際社會責(zé)任和我國能源現(xiàn)狀來看，大力發(fā)展生物質(zhì)能是現(xiàn)實(shí)選擇。
與會專家認(rèn)為，要用一分為二的觀點(diǎn)看問題，既要認(rèn)識到生物質(zhì)爐具NOx排放問題，下大力氣加以解決，也要看到生物質(zhì)爐具CO2和SO2近乎零排放的優(yōu)勢。與煤改電、煤改氣相比，生物質(zhì)成型燃料配套專用爐具燃燒CO2排放幾乎為零，在全球氣候變暖的形勢下，應(yīng)充分考慮。
發(fā)展生物質(zhì)能是秸稈的好出路 應(yīng)考慮其綜合效益
立足我國能源基礎(chǔ)和農(nóng)村用能現(xiàn)狀，推廣利用生物質(zhì)能，對緩解能源緊張、替代農(nóng)村散煤燃燒、減少秸稈焚燒、農(nóng)林廢棄物綜合利用、農(nóng)村環(huán)境治理等具有重要意義。因此應(yīng)綜合考慮發(fā)展生物質(zhì)能帶來的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會效應(yīng)。
央視《新聞1+1》曾播出“秸稈焚燒，禁了十六年依然在燒！秸稈焚燒屢禁不止的原因在于老百姓找不到一條好的出路，如果通過市場化運(yùn)營，在清潔取暖領(lǐng)域探索出一條可持續(xù)發(fā)展的模式，調(diào)動用戶的積極性，把田間地頭的秸稈轉(zhuǎn)化為成型燃料用于居民取暖，既可以解決秸稈露天焚燒的難題，又能降低老百姓取暖成本。目前一些地方政府立足當(dāng)?shù)刎S富的生物質(zhì)能資源，開展生物質(zhì)能綜合利用試點(diǎn)示范，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
目前國外生物質(zhì)爐具燒優(yōu)質(zhì)的木質(zhì)顆粒，中國的生物質(zhì)爐具主要燒秸稈類燃料，燃燒秸稈燃料控制NOx的排放有一定難度，兩種燃料含N量不同，同樣的爐具、同樣的燃燒方式，排放結(jié)果也會有一定差異。因此，專家建議，針對木質(zhì)顆粒和秸稈顆粒應(yīng)制定不同的排放標(biāo)準(zhǔn)，對不同類別燃料排放進(jìn)行分級。
生物質(zhì)燃料燃燒過量空氣系數(shù)折算方法不合理
氧氣對爐具燃燒污染物排放影響較大，空氣中的氧氣含量為21%，生物質(zhì)燃料的含氧量達(dá)30%以上，燃燒時氧氣跑到煙氣里，測試生物質(zhì)燃燒污染物排放時，用氧折算不合理。有專家指出，行業(yè)開展的大量測試與實(shí)踐證明，生物質(zhì)爐具在點(diǎn)火和封火階段不能用氧折算，正常燃燒時國外按10%折算，建議我國用11%折算。所以對NOx的排放濃度折算應(yīng)考慮過量氧氣問題。
天然氣的氧含量為3.5%～4%，煙煤的氧含量為5%左右，生物質(zhì)燃料含氧量比天然氣高出好幾倍。不同的燃料在不同的燃燒設(shè)備上應(yīng)采用不同的換算方法，目前戶用生物質(zhì)采暖爐的折算方法套用天然氣的折算方法是不合理的，因此，專家一致認(rèn)為，從過量空氣系數(shù)α上對含氧量折算方法進(jìn)行修訂很重要。
另外，GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》主要針對鍋爐煙塵排放，是對煙塵的折算，沒有提及SO2和NOx。該標(biāo)準(zhǔn)制定當(dāng)初發(fā)現(xiàn)煤的含氧量對鍋爐排放影響很大，對鍋爐排放的折算影響也很大。但是目前生物質(zhì)采暖爐仍然按照工業(yè)鍋爐的排放標(biāo)準(zhǔn)和折算方法，是否合理值得商榷。
實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)爐具低氮燃燒迫在眉睫 需多方合力
解決生物質(zhì)爐具NOx排放高難題，應(yīng)基于燃料成分、折算方法、排放標(biāo)準(zhǔn)、燃燒原理等多方面因素綜合考慮，政府相關(guān)部門、行業(yè)協(xié)會和企業(yè)應(yīng)通力合作，共同攻克。
國家出臺的多項(xiàng)政策、規(guī)劃，明確提出生物質(zhì)能作為可再生能源應(yīng)加大推廣應(yīng)用。相關(guān)部門在測試生物質(zhì)爐具排放時，不能直接與電和氣的標(biāo)準(zhǔn)看齊，應(yīng)該與原來燃煤鍋爐比排放是否降低。在制定排放標(biāo)準(zhǔn)時要考慮生物質(zhì)原料本身的特性，給相關(guān)企業(yè)在技術(shù)研發(fā)上留有空間。
行業(yè)協(xié)會在標(biāo)準(zhǔn)宣貫、檢測方法、宣傳推廣方面做好工作，讓整個生物質(zhì)行業(yè)把解決NOx排放問題放在首要位置，同時發(fā)揮行業(yè)資源優(yōu)勢，組織相關(guān)企業(yè)做好NOx排放的技術(shù)攻關(guān)，舉行業(yè)之力解決迫在眉睫的共性問題。
生物質(zhì)爐具企業(yè)要高中重視NOx排放問題，當(dāng)相關(guān)部用NOx指標(biāo)考核生物質(zhì)爐具時，企業(yè)要認(rèn)真對待，在燃燒上下功夫，降低燃燒溫度，做好半氣化燃燒技術(shù)研發(fā)，用環(huán)保的硬性指標(biāo)倒逼產(chǎn)品技術(shù)升級。
