中美歐燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的比較

盛青，武雪芳，李曉倩，王宗爽，王占山，趙國華

中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

燃煤電廠因其排放大量污染物，且具有遠(yuǎn)距離傳輸擴(kuò)散等特點(diǎn)，而成為各國大氣污染控制工作的重點(diǎn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對能源和電力的需求持續(xù)增加，1987—2007年，20年間我國火電裝機(jī)容量增長了7倍［1］。燃煤電廠的NOx排放量也迅速增加，2007年全國第一次污染源普查公報(bào)［2］顯示，燃煤電廠SO2排放量占全國總排放量的40%以上，NOx占33%以上。近年來隨著我國對燃煤電廠SO2排放控制的逐漸加嚴(yán)，SO2排放得到一定程度的控制，NOx環(huán)境問題隨之凸顯。NOx是構(gòu)成區(qū)域性大氣復(fù)合污染的關(guān)鍵污染物，對酸雨的貢獻(xiàn)也呈上升趨勢，我國酸雨問題已由硫酸型向硫酸、硝酸復(fù)合型轉(zhuǎn)變［3］，歐美等發(fā)達(dá)國家早已把對NOx的排放控制列在防治酸沉降及改善空氣質(zhì)量的首位，制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，并已取得了顯著效果。筆者通過分析借鑒美歐發(fā)達(dá)國家電力行業(yè)污染物排放控制的成功經(jīng)驗(yàn)，提出了我國制定燃煤電廠排放標(biāo)準(zhǔn)的建議。

1 中美歐燃煤電廠大氣污染物控制歷程

1.1 美國

1970年通過了《清潔空氣法》法案，該法為美國歷史上第一部較為完整的控制空氣污染的法規(guī)。該法案針對火電排放源采用最佳示范技術(shù)［4］，由國家統(tǒng)一制定新源排放標(biāo)準(zhǔn)對新建燃煤電廠進(jìn)行控制，各州制定現(xiàn)有源排放標(biāo)準(zhǔn)對現(xiàn)有燃煤電廠進(jìn)行控制。

在該法案的指導(dǎo)下，美國國家環(huán)境保護(hù)局(US EPA)于1970年頒布首個(gè)燃煤電廠新源大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對功率大于73 MW的新建發(fā)電機(jī)組的SO2，NOx和顆粒物3類污染物設(shè)置了排放限值。之后又分別于1977年，1997年和2005年對排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂。表1為美國燃煤電廠歷次排放標(biāo)準(zhǔn)的污染物排放限值。

表1 美國燃煤電廠SO2，NOx和顆粒物新源排放標(biāo)準(zhǔn)排放限值Table 1 Limit value of key air pollutants from new sources of coal-fired power plant in US

1977年對該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行首次修訂，加嚴(yán)了污染物排放限值并要求脫硫效率不得低于70%。1997年進(jìn)一步加嚴(yán)NOx排放限值，新排放限值為不大于218 mg/m3，是1977年排放限值的1/3左右。同時(shí)取消了區(qū)分燃煤的類型和性質(zhì)，并對新建火電機(jī)組給出基于電量輸出的排放限值。2005年頒布現(xiàn)行新源排放標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步加嚴(yán)SO2，NOx和顆粒物的排放限值，SO2排放限值由740～1480 mg/m3降為 184 mg/m3，降幅達(dá) 70%以上;NOx由 218 mg/m3降為135 mg/m3，降幅約為38%;顆粒物由40 mg/m3降為20 mg/m3，降幅為50%。同時(shí)規(guī)定脫硫效率不得低于95%。

通過這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，美國燃煤電廠大氣污染物控制取得顯著的效果。美國1990年燃煤電廠SO2，NOx排放量分別為2300萬和784萬t，2005年分別下降為1400萬和373.9萬t。與20世紀(jì)90年代相比分別減少了39%和52%。

1.2 歐盟

歐盟通過實(shí)施大型燃燒裝置大氣污染物排放限值指令加強(qiáng)燃煤電廠污染排放控制，截至目前共出臺(tái)2次指令。1987年當(dāng)時(shí)的歐洲共同體出臺(tái)首部《大型燃燒企業(yè)大氣污染物排放限值指令》(88/609/EEC)，對新建燃煤電廠的SO2，NOx和顆粒物排放進(jìn)行控制，根據(jù)燃料性質(zhì)和熱功率的不同給出不同的排放限值;并對各國排放總量進(jìn)行控制，要求各國現(xiàn)有燃煤電廠以1980年的排放量為基準(zhǔn)，到1993年削減 10%，1998年削減 30%［9］。2002年，為進(jìn)一步加強(qiáng)燃煤電廠大氣污染物排放，歐盟修訂出臺(tái)了新的《大型燃燒企業(yè)大氣污染物排放限制指令》(2001/80/EC)，進(jìn)一步加嚴(yán)污染物排放限值，500 MW以上機(jī)組SO2由400 mg/m3降為200 mg/m3，降幅達(dá)50%;NOx由650 mg/m3降為200 mg/m3，降幅達(dá)60%以上;顆粒物由50 mg/m3降為30 mg/m3，降幅達(dá)40%［10］。同時(shí)規(guī)定各成員國總量削減目標(biāo)，并在成員國增加后，修改現(xiàn)行指令，給出27個(gè)成員國的總量削減目標(biāo)［11］。表2為2次指令中燃煤電廠污染物主要排放限值。

1.3 中國

1991年實(shí)施GB 13233—91《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［12］，采用按照環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)推算排放標(biāo)準(zhǔn)的P值方法控制燃煤電廠大氣污染物排放，規(guī)定了電廠SO2排放總量。并分新建電廠和現(xiàn)有電廠，按3類地區(qū)規(guī)定了6個(gè)P值。隨著我國酸雨及SO2污染日益嚴(yán)重及對SO2排放控制要求不斷加嚴(yán)，GB 13233—96《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［13］的頒布實(shí)施，進(jìn)一步加嚴(yán)SO2和煙塵排放控制，3類地區(qū)規(guī)定了9個(gè)P值，同時(shí)對新建電廠開始采取治理技術(shù)，規(guī)定煙氣排放濃度為1200～2100 mg/m3，并首次增加NOx的排放限值開始對燃煤電廠NOx排放實(shí)施控制。2003年為進(jìn)一步控制我國酸雨問題及改善空氣質(zhì)量，發(fā)布修訂了GB 13233—2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［14］，該標(biāo)準(zhǔn)對所有燃煤電廠均采取治理技術(shù)，根據(jù)分時(shí)段及燃料性質(zhì)規(guī)定SO2，NOx和煙塵的排放濃度。新建電廠SO2排放限值為 400 mg/m3，是原標(biāo)準(zhǔn)的1/5～1/3。NOx排放限值為450～1100 mg/m3，控制范圍由原標(biāo)準(zhǔn)大于1000 t/h的機(jī)組擴(kuò)展到所有大于65 t/h的火電機(jī)組。表3為我國現(xiàn)行燃煤電廠大氣污染物排放限值。

表2 歐盟燃煤電廠SO2，NOx和顆粒物指令的排放限值Table 2 Limit value of key air pollutants from coal-fired power plant in EU

表3 我國現(xiàn)行燃煤電廠大氣污染物主要排放限值Table 3 Limit value of key air pollutants from coal-fired power plant in China mg/m3

2 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)與控制水平

2.1 控制對象

美國歷次《新固定源排放標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施對象都是熱功率超過73 MW，燃燒化石燃料的電站鍋爐。歐盟現(xiàn)行《大型燃燒企業(yè)大氣污染物排放限制指令》(2001/80/EC)的實(shí)施對象是熱功率超過50 MW，燃燒各類燃料(包括固體、液體、氣體燃料)的裝置。我國GB 13223—2003的實(shí)施對象是使用單臺(tái)出力65 t/h以上除層燃爐、拋煤機(jī)爐外的燃煤發(fā)電鍋爐;各種容量的煤粉發(fā)電鍋爐;單臺(tái)出力65 t/h以上燃油發(fā)電鍋爐;各種容量的燃?xì)廨啓C(jī)組的火電廠。單臺(tái)出力65 t/h以上采用甘蔗渣、鋸末、樹皮等生物質(zhì)燃料的發(fā)電鍋爐可參照執(zhí)行。

2.2 污染物排放控制水平

2.2.1 SO2

美國2005年新源排放標(biāo)準(zhǔn)［8］要求新建電廠SO2排放限值為184 mg/m3，同時(shí)要求所有電廠必須安裝脫硫裝置，脫硫效率不得小于95%;歐盟現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)［10］要求新建電廠SO2排放限值為200 mg/m3，與美國排放水平相當(dāng)，均要求電廠安裝煙氣高效脫硫裝置;我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)［14］要求，1997年后新建電廠SO2排放限值為400 mg/m3，需要安裝煙氣脫硫裝置才可達(dá)到要求，但排放限值仍然是歐美發(fā)達(dá)國家的2倍左右，仍有進(jìn)一步加嚴(yán)的空間。圖1為中美歐燃煤電廠SO2的排放限值。

圖1 中美歐燃煤電廠現(xiàn)行SO2排放限值比較Fig.1 Comparison of SO2emission limit values from coal-fired power plant in US，EU and China

2.2.2 NOx

美國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中NOx新源排放限值為135 mg/m3，歐盟要求大于300 MW機(jī)組執(zhí)行200 mg/m3，較美國寬松，同時(shí)均需要電廠在低NOx燃燒技術(shù)基礎(chǔ)上安裝煙氣脫硝裝置。我國GB 13233—96首次規(guī)定1000 t/h以上的電站鍋爐的NOx排放限值為650mg/m3(固態(tài)排渣)和 1000 mg/m3(液態(tài)排渣)［13］，采用低 NOx燃燒技術(shù)就可達(dá)到，但執(zhí)行不到位，控制效果不理想(圖2)。GB 13233—2003中進(jìn)一步采用低NOx燃燒技術(shù)加強(qiáng)NOx排放控制，其限值要求貧煤不得高于650 mg/m3，無煙煤不得高于1100 mg/m3［14］，是美歐發(fā)達(dá)國家限值的 2 ～ 5倍。同時(shí)我國單位火電NOx的排放水平仍然高于美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家［15］。2007年我國單位發(fā)電量NOx排放為3.1 g/(kW·h)，均高于國外發(fā)達(dá)國家同時(shí)期水平，是美國1999年的1.4倍，德國的3.8倍［16-18］。圖3為中美歐NOx的排放控制水平比較，我國與發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比差距較大，對新建電廠而言，排放限值僅相當(dāng)于美國1977頒布的新源排放標(biāo)準(zhǔn)和歐盟1987年的排放控制要求。

2.2.3 顆粒物

美國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對顆粒物要求為新建電廠滿足20 mg/m3，老電廠為 40 mg/m3［8］，歐盟現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求新建電廠顆粒物排放限值為30 mg/m3［10］，與美國排放要求基本相當(dāng)，一般都只有安裝高效除塵裝置才能達(dá)標(biāo)排放。目前公認(rèn)的高效除塵設(shè)備主要為電除塵器、袋式除塵器及電袋除塵器。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對煙塵的控制要求為1997年后建設(shè)電廠排放限值為 50 mg/m3［14］，是美國的 2.5 倍，歐盟的 1.67倍。與歐美發(fā)達(dá)國家相比，我國燃煤電廠煙塵排放限值依然寬松，僅相當(dāng)于美國1997年新源標(biāo)準(zhǔn)和歐盟1987年頒布的顆粒物排放控制指令。圖4為中美歐現(xiàn)行燃煤電廠顆粒物的排放限值。

圖4 中美歐現(xiàn)行燃煤電廠顆粒物排放限值比較Fig.4 Comparison of PM emission limit values from coal-fired power plant in US，EU and China

3 關(guān)于我國燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的建議

3.1 制定科學(xué)合理的污染物排放限值

與美歐發(fā)達(dá)國家現(xiàn)行燃煤電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)相比，我國目前火電標(biāo)準(zhǔn)較為寬松，導(dǎo)致我國燃煤電廠污染物排放量急劇增加，現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)已無法適應(yīng)當(dāng)前及未來一段時(shí)期內(nèi)火電行業(yè)環(huán)境保護(hù)要求。同時(shí)當(dāng)前我國火電污染物控制技術(shù)有了長足的進(jìn)步，截至2008年底，全國60%以上機(jī)組安裝煙氣脫硫裝置，近2億kW的火電機(jī)組安裝了煙氣脫硝裝置，電除塵技術(shù)已接近國際先進(jìn)水平，能滿足各種火電機(jī)組需要。進(jìn)一步控制我國燃煤電廠污染物排放的技術(shù)水平已經(jīng)成熟，急需制訂科學(xué)合理可行的燃煤電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 明確燃煤電廠污染物總量控制要求

GB 13223—2003的實(shí)施，極大地促進(jìn)了燃煤電廠單個(gè)機(jī)組SO2排放量的減少，但是隨著當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展，對能源及電力的需求持續(xù)增加，我國裝機(jī)容量也持續(xù)增加，2007年的裝機(jī)容量為7億kW是2000年的2.3倍［1］。因而燃煤電廠污染物總排放量并沒有顯著的降低，酸雨及區(qū)域性灰霾現(xiàn)象并沒有根本解決。因此需要明確對燃煤電廠的總量中長期控制目標(biāo)，既能減少火電污染物排放對環(huán)境的危害，又能滿足日益增加對電力的需求。

3.3 加強(qiáng)燃煤電廠污染物尤其是NOx的區(qū)域性污染防治

NOx在大氣中可通過復(fù)雜的大氣化學(xué)反應(yīng)生成臭氧和顆粒物。NOx及其二次生成物在大氣中進(jìn)行長距離傳輸造成區(qū)域性大氣復(fù)合污染。因而對燃煤電廠污染物尤其是NOx排放控制需要加強(qiáng)區(qū)域范圍的聯(lián)防聯(lián)控，加強(qiáng)區(qū)域合作與協(xié)調(diào)，在區(qū)域的尺度上開展燃煤電廠污染物控制，經(jīng)濟(jì)有效地治理NOx污染問題。

［1］國家統(tǒng)計(jì)局.中國統(tǒng)計(jì)年鑒:2002—2008［M］.北京:中國統(tǒng)計(jì)出版社，2002—2008.

［2］環(huán)境保護(hù)部，國家統(tǒng)計(jì)局，農(nóng)業(yè)部.第一次全國污染源普查公報(bào)［EB/OL］.(2010-02-10).［2010-11-21］http://www.gov.cn/jrzg/2010-02/10/content-1532174.htm.

［3］唐孝炎，張遠(yuǎn)航，邵敏.大氣環(huán)境化學(xué)［M］.2版.北京:高等教育出版社，2006:25-29.

［4］王曦.美國環(huán)境法概論［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，1992:245-306.

［5］US EPA.Standards of performance for fossil-fuel-fired steam generators for which construction is commenced after August 17，1971［S］.Washington DC:US EPA，1971.

［6］US EPA.Standards of performance for electric utility steam generating units for which construction is commenced after September 18，1977［S］.Washington DC:US EPA，1977.

［7］US EPA.Revision of standards of performance for nitrogen oxide emissions from new fossil-fuel fired steam generating units［S］.Washington DC:US EPA，1997.

［8］US EPA.Standards of performance for electric utility steam generating units［S］.Washington DC:US EPA，2006.

［9］EU.Proposal for a council directive amending directive 88/609/EEC on the limitation of emissions of certain pollutants into the air from large combustion plants［R］.Brussels:European Union，1998.

［10］EU.On the limitations of certain pollutants into the air from large combustion plants，directive 2001/80/EC of the European pallament and of concil［R］.Brussels:European Union，2001.

［11］EU.Integrated pollution prevention and control(IPPC)reference document on best available techniques in the large combustion plants［R］.Brussels:European Union，2006.

［12］國家環(huán)境保護(hù)局.GB 13223—1991燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1991.

［13］國家環(huán)境保護(hù)總局.GB 13223—1996火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1997.

［14］國家環(huán)境保護(hù)總局.GB 13223—2003火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2003.

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［16］王志軒，潘荔，張晶杰，等.我國燃煤電廠“十二五”大氣污染物控制規(guī)劃的思考［J］.環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，1(1):63-71.

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