在满足特别排放限值要求下燃天然气锅炉的氮氧化物产污系数取值

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根据广东省生态环境厅于 2021 年 7 月 12 日印发的《广东省生态环境厅关于 2021 年工业炉窑、锅炉综合整治重点工作的通知》（粤环函〔2021〕461 号），全省新建燃气锅炉要采取低氮燃烧技术，氮氧化物达到 50 毫克/立方米。

四、收严燃气锅炉大气污染物排放标准
全省新建燃气锅炉要采取低氮燃烧技术，氮氧化物达到 50 毫克/立方米。各地要按照《锅炉大气污染物排放标准（DB44/765-2019）要求科学制定燃气锅炉执行特别排放限值公告，提请市政府于 2022 年底前发布实施。具体执行时间，执行范围以各地公告为准。

于是，在酝酿了一年多时间后，广州市生态环境局终于在 2023 年 5 月 10 日印发了《广州市生态环境局关于广州市燃生物质成型燃料锅炉、燃气锅炉执行大气污染物特别排放限值的通告》（穗环规字〔2023〕5号）。根据《通告》内容，自 2023 年 6 月 12 日起，广州市新建燃生物质成型燃料锅炉、燃气锅炉执行的大气污染物特别排放限值为《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2019）大气污染物特别排放限值；在 2023 年 6 月 12 日前，已建成或环境影响评价文件已通过审批的燃生物质成型燃料锅炉、燃气锅炉，自 2024 年 3 月 12 日起执行大气污染物特别排放限值；如国家或地方新制（修）定标准或发布标准严于《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2019）大气污染物特别排放限值的，按照更严格标准要求执行。

《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2019）大气污染物特别排放限值如下：

颗粒物 ≤ 10 mg/m3 ；
二氧化硫 ≤ 35 mg/m3；
氮氧化物 ≤ 50 mg/m3。
*  大气污染物基准氧含量为 3.5%，对应的过量空气系数为 1.2。
⭐ 知识小课堂：过量空气系数（a）计算
a=21/(21-XO2)
XO2：废气中氧的体积百分数，%。
举例：21/(21-3.5)=1.2。

那么，问题来了：在环评文件中，燃天然气锅炉的氮氧化物产污系数应该如何取值？

1 氮氧化物源强核算的基本原则

根据《污染源源强核算技术指南 锅炉》（HJ 991-2018），正常工况下，锅炉烟囱排放的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物核算方法及选取优先次序如下：

新（改、扩）建工程:
  1. 物料衡算法；
  2. 类比法；
  3. 产污系数法。
现有工程:
  1. 类比法。

非正常工况下，锅炉烟囱排放的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物核算方法及选取优先次序如下：

新（改、扩）建工程:
  1. 类比法。
现有工程:
  • 颗粒物、氮氧化物：
    1. 实测法；
    2. 产污系数法。
  • 二氧化硫：
    1. 实测法；
    2. 物料衡算法。
  • 汞及其化合物：
    1. 实测法；
    2. 类比法。

其中，采用实测法核算源强时，对 HJ 820 及排污单位排污许可证等要求采用自动监测的污染因子，仅可采用有效的自动监测数据进行核算；对 HJ 820 及排污单位排污许可证等未要求采用自动监测的污染因子，优先采用有效的自动监测数据，其次采用手工监测数据。

无论新（改、扩）建工程，还是现有工程，锅炉废气无组织源强都采用类比法进行核算。

用于类比的对象需满足下列条件：

  1. 燃料、辅料、副产物类型相同（原则上成分差异不超过 20%）；
  2. 锅炉类型和规模等级相同（原则上规模差异不超过 30%）；
  3. 污染控制措施相似，且污染物设计脱除效率不低于类比对象脱除效率。

燃天然气锅炉废气污染物中，氮氧化物以热力型氮氧化物为主（关于热力型氮氧化物的相关知识，建议参考本站文章：《工业炉窑氮氧化物生成量的核算方法》，本文不再赘述），于是乎，我们归纳出燃天然气锅炉氮氧化物产污量核算原则如下：

新（扩、改）建工程：正常工况下，氮氧化物源强核算方法优先选用类比法，其次选用产污系数法；非正常工况下，氮氧化物源强核算方法应采用类比法。
现有工程：正常工况下，氮氧化物源强核算方法应采用类比法；非正常工况下，氮氧化物源强核算方法优先选用实测法（仅可采用有效的自动监测数据进行核算），其次选用产污系数法。

2 氮氧化物源强核算的产污系数

在我们决定采取产污系数法对燃天然气锅炉废气污染物中的氮氧化物源强进行核算后，我们可以在《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》的分册：《锅炉产排污量核算系数手册》中轻松找到“4430 工业锅炉（热力生产和供应行业）产污系数表-燃气工业锅炉”，燃天然气锅炉的氮氧化物产污系数（系数计量单位中的“原料”为天然气）如下：

  1. 低氮燃烧-国内一般：15.87 千克/万立方米-原料；
  2. 低氮燃烧-国内领先：6.97 千克/万立方米-原料；
  3. 低氮燃烧-国际领先：3.03 千克/万立方米-原料。

根据“4430 工业锅炉（热力生产和供应行业）产污系数表-燃气工业锅炉”的注释内容，不同低氮燃烧技术水平所代表的含义如下：

  1. 低氮燃烧-国内一般技术的天然气锅炉设计 NOX 排放控制要求一般介于 100 mg/m3（@3.5%O2）～200 mg/m3（@3.5%O2）；
  2. 低氮燃烧-国内领先技术的天然气锅炉设计 NOX 排放控制要求一般介于60 mg/m3（@3.5%O2）～100 mg/m3（@3.5%O2）；
  3. 低氮燃烧-国际领先技术的天然气锅炉设计 NOX 排放控制要求一般小于 60 mg/m3（@3.5%O2）。

因此，在不采取末端治理措施的前提下，仅依靠采用低氮燃烧技术，要满足《锅炉大气污染物排放标准》（DB44/765-2019）氮氧化物特别排放限值（≤ 50 mg/m3 @3.5%O2）要求，燃天然气锅炉的低氮燃烧技术水平需确保满足国际领先水平。

自然而然，燃天然气锅炉的氮氧化物产污系数应取值：3.03 千克/万立方米-原料（低氮燃烧-国际领先）；配套的工业废气量产污系数应取值：107753 标立方米/万立方米-原料。

《排污许可证申请与核发技术规范 锅炉》（HJ 953-2018）附录 F 中的“表 F.3 燃气工业锅炉的废气产排污系数”也曾列出氮氧化物（低氮燃烧）的产污系数，但显然是笼统的，且难以使用的。该附表惟一能用的也许是氮氧化物（无低氮燃烧）产污系数。摘录如下，供大家参考：
氮氧化物（无低氮燃烧）：18.71 千克/万立方米-燃料；
氮氧化物（低氮燃烧）：9.36 千克/万立方米-燃料。

3 低氮燃烧技术

那么，怎样才能确保低氮燃烧技术水平满足国际领先水平呢？我们有必要了解一下低氮燃烧技术的实施路径。

在《工业锅炉污染防治可行技术指南》（HJ 1178-2021）中，关于低氮燃烧技术的内容如下：

5.2  低氮燃烧技术
5.2.1  低氮燃烧设备是低氮燃烧技术的载体。低氮燃烧技术主要包括低氮燃烧器、炉膛整体空气分级燃烧技术、烟气再循环技术等，具有投资成本低、运行维护方便等特点。采用该技术时，还应协同控制一氧化碳等碳的不完全燃烧产物。
5.2.2  低氮燃烧器适用于室燃炉，根据燃烧方式可分为扩散式燃烧器（包括燃料分级低氮燃烧器、空气分级低氮燃烧器）和预混式燃烧器。
5.2.2.1  扩散式燃烧器通过物理结构的优化将空气和燃料分层、分阶段送入炉膛实现分级燃烧，扩大燃烧区域、降低火焰温度，减少 NOX 生成。采用扩散式燃烧器的燃煤、燃油、燃天然气、燃焦炉煤气和燃高炉煤气的锅炉 NOX 产生浓度可分别控制在 200～600 mg/m3、100～300 mg/m3、60～200 mg/m3、200～500 mg/m3 和 30～200 mg/m3。
5.2.2.2  预混式燃烧器适用于燃天然气锅炉，根据降低 NOX 生成的原理可分为贫燃预混燃烧技术与水冷预混燃烧技术。贫燃预混燃烧器利用高过量空气降低火焰温度，同时燃烧器采用金属纤维等结构分割火焰，稳燃的同时可使温度分布均匀，减少 NOX 生成；采用该技术，NOX 产生浓度可控制在 20～80 mg/m3。水冷预混燃烧器采用间接冷却的方式将火焰根部的热量从高温区带走，降低预混火焰温度，减少 NOX 生成；采用该技术，NOX 产生浓度可控制在 20～50 mg/m3。
5.2.3  炉膛整体空气分级燃烧技术适用于层燃炉、燃煤室燃炉和燃油室燃炉，通过分层布置的燃烧器将燃烧所需空气逐级送入燃烧火焰或火床中，使燃料在炉内分级分段燃烧，减少 NOX 生成。采用该技术的层燃炉、燃煤室燃炉和燃油室燃炉的 NOX 产生浓度可分别控制在 200～400 mg/m3、200～400 mg/m3 和 100～300 mg/m3。
5.2.4  烟气再循环技术适用于流化床炉、层燃炉和室燃炉，通过将锅炉尾部的低温烟气作为惰性吸热工质引入火焰区，降低火焰区的温度和燃烧区的含氧量，减缓燃烧热释放速率，减少 NOX 生成。该技术通常与其他低氮燃烧技术结合使用。

针对有文字密集恐惧症的同学，粗略制图如下：

低氮燃烧技术由低氮燃烧器、炉膛整体空气分级燃烧技术、烟气再循环技术等三个方面构成。但基本思路都是通过控制火焰的温度，从而减少热力型氮氧化物的产生。针对燃天然气锅炉，常采用的低氮燃烧技术为：低氮燃烧器+烟气再循环技术。

4 各地的燃气锅炉低氮燃烧技术改造相关技术规范

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