國內(nèi)外燃氣輪機排放標準對比分析

張杰 郎興華 楊璟軼 王偉 王大壯

（1. 中國石油西部管道公司，新疆烏魯木齊 830012；2. 北京中環(huán)格億技術咨詢有限公司，北京 100012）

1 引言

隨著“西氣東輸”“中俄東線”等項目的投運，長輸管道已成為我國天然氣遠距離輸送的主要路徑。為保障天然氣輸送過程平穩(wěn)，長輸管道沿線布置燃氣輪機壓縮機組加壓輸送天然氣。燃氣輪機具有轉(zhuǎn)速高、輸出功率大、變速性能好、調(diào)速范圍廣、可與離心壓縮機直接連接等優(yōu)點［1］，同時，燃氣輪機的燃料氣取自管輸天然氣，氣源供應可靠，因此，燃氣輪機成為燃氣輪機壓縮機組離心壓縮機的主要驅(qū)動裝置。燃氣輪機在運行過程中，通過燃燒天燃氣為燃氣輪機壓縮機組提供運行動力，實現(xiàn)為管道輸送天然氣增壓的目的，同時排放氮氧化物、一氧化碳和未燃盡的碳氫化合物等污染物［2］。

目前，各國對于污染物管理的基本手段主要為污染物排放標準限值的管控，隨著科學技術、經(jīng)濟的發(fā)展，各國也都不斷地提高對污染物排放標準限值的控制要求。考慮到應用于長輸管線燃氣輪機排放的大氣污染物氮氧化物和一氧化碳量較大，本文將重點對比分析中國、美國、英國以及德國發(fā)布的燃氣輪機大氣污染物排放的標準，可為我國制修訂燃氣輪機大氣污染物排放標準提供參考。

2 燃氣輪機尾氣監(jiān)測技術方法

目前，我國燃氣輪機燃燒尾氣排放的現(xiàn)場監(jiān)測工作，主要依據(jù)《固定源廢氣監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T 397—2007）［3］和《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297—1996）［4］開展。美國聯(lián)邦法規(guī)40CFR-part60［5］、英國BS-EN14181［6］和德國環(huán)保署UBA200-46-317［7］中明確規(guī)定了燃氣輪機大氣污染物排放的監(jiān)測方法。

2.1 監(jiān)測標準狀態(tài)

我國《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297—1996）、美國聯(lián)邦法規(guī)40CFR-part60、英國BSEN14181 以及德國環(huán)保署UBA200-46-317 均規(guī)定監(jiān)測標準狀態(tài)為溫度為273 K，壓力為101 325 Pa時的狀態(tài)。所規(guī)定的各項標準值，均以標準狀態(tài)下的干空氣為基準。

2.2 監(jiān)測期間運行負荷

我國《固定源廢氣監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T 397—2007）規(guī)定“生產(chǎn)設備和治理設施正常運行，工況條件符合監(jiān)測要求”。北京市2011 年發(fā)布的《固定式燃氣輪機大氣污染物排放標準》（DB 11847—2011）［8］，為目前國內(nèi)僅有的燃氣輪機大氣污染物排放標準，其規(guī)定固定式燃氣輪機大氣污染物的監(jiān)測負荷應按照《固定源廢氣監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T 397—2007）的規(guī)定執(zhí)行。美國聯(lián)邦法規(guī)40CFR-part60 中也為同樣的規(guī)定，但是，英國BS-EN14181 則規(guī)定監(jiān)測期間運載負荷為70%。

2.3 監(jiān)測采樣頻次和采樣時間

我國《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297—1996）中規(guī)定，排氣筒中廢氣的采樣以連續(xù)1 h 的采樣獲取平均值；或在1 h 內(nèi)，以等時間間隔采集4個樣品，并計平均值。美國聯(lián)邦法規(guī)40CFR-part60規(guī)定的采樣監(jiān)測周期與我國相同；而英國BSEN14181 規(guī)定的監(jiān)測周期則分為基于小時均值的月均值、基于小時均值的日均值和基于95%全年觀測數(shù)據(jù)的小時均值；德國環(huán)保署UBA200-46-317 規(guī)定監(jiān)測采樣周期為半小時內(nèi)排放均值。

3 大氣污染物排放控制

我國目前燃氣輪機排放大氣污染物參照《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297—1996）執(zhí)行，而北京市出臺了燃氣輪機排放大氣污染物的標準《固定式燃氣輪機大氣污染物排放標準》（DB 11847—2011）。美國聯(lián)邦法規(guī)40CFR-part60、英國BSEN14181、德國環(huán)保署UBA200-46-317 均規(guī)定了本國范圍內(nèi)燃氣輪機排放大氣污染物的標準限值。

3.1 大氣污染物

燃氣輪機大氣污染物排放標準中控制的大氣污染物情況見表1。

表1 燃氣輪機控制的大氣污染物情況

3.2 大氣污染物排放基準

我國《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297—1996）、《固定式燃氣輪機大氣污染物排放標準》（DB 11847—2011）等標準規(guī)定，我國燃氣輪機污染物排放均按照濃度計算；英國、德國污染物排放基準與我國相同；而美國聯(lián)邦法規(guī)40CFR-part60 則規(guī)定，污染物排放標準分為基于輸出功率的和基于濃度的，并允許運營商可在兩種標準中任選其一進行監(jiān)測。燃氣輪機大氣污染物的排放基準情況見表2。

表2 燃氣輪機控制的大氣污染物排放基準情況

3.3 大氣污染物排放控制標準

各國對大氣污染物排放控制標準限值的規(guī)定存在較大差異，其中，我國暫未制定針對燃氣輪機大氣污染物排放的國家標準，而《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297—1996）中的規(guī)定相對較寬泛，對于燃氣輪機針對性不強，《固定式燃氣輪機大氣污染物排放標準》（DB 11847—2011）中規(guī)定了污染物最高排放濃度，對于全國具有一定的示范效應，但標準限值過于嚴格，對全國適用參考意義不大；德國通過實測大量運行正常的燃氣輪機污染物排放濃度，制定了氮氧化物、二氧化硫和一氧化碳的排放濃度限值，而對于顆粒物含量則利用煙氣不透明度半定量地進行了描述；英國則基于月均值、日均值和95%全年觀測小時均值3 種監(jiān)測周期，制定了不同的排放限值，而且采樣數(shù)據(jù)頻次越高，氮氧化物、一氧化碳允許排放的濃度越高，不同監(jiān)測周期允許值最高可以相差2 倍。燃氣輪機大氣污染物的排放標準限值情況見表3。

表3 大氣污染物排放標準限值情況

美國燃氣輪機氮氧化物排放標準考慮了燃氣輪機使用燃料、應用目的、輸出功率、地理位置等因素對尾氣污染物排放的影響，在制定標準時對以上源項進行分類，對不同的源項制定了不同的排放限值。為便于實際應用，每個排放限值均給出了基于輸出功率和基于濃度的限值。而對于二氧化硫的排放標準則完全按照地理位置制定，在美國大陸地區(qū)，從固定燃氣輪機排入大氣的二氧化硫基于輸出功率的排放限值不得超過110 ng/J（0.91 b/MWh），而非大陸地區(qū)二氧化硫限值為780 ng /J（6.21 b/MWh）。二氧化硫的排放限值還可以選擇遵守燃料的硫含量標準。美國燃氣輪機排放標準限值規(guī)定情況見表4。

表4 美國40CFR-part60 規(guī)定的大氣污染物排放標準限值

4 結(jié)論與建議

通過對比分析發(fā)現(xiàn)，美國聯(lián)邦法規(guī)40CFRpart60 對于燃氣輪機污染物排放限值制定，充分考慮了影響排放的各種因素，而且制定了濃度和輸出功率兩種可選擇的基準，增加了標準的適用性和可操作性。英國、德國為代表的歐洲標準，一方面利用一氧化碳與氮氧化物排放濃度負相關的特性，通過一氧化碳為控制污染物，反映氮氧化物的排放和燃料燃燒情況；另一方面按照監(jiān)測周期制定不同的排放限值，以保證大氣污染物排放濃度限值符合燃氣輪機實際運行情況。

建議我國制定燃氣輪機大氣污染物排放標準時，應考慮以下因素：

（1）按照燃氣輪機用途和所處外界環(huán)境，制定大氣污染物排放標準限值；

（2）燃氣輪機大氣污染物排放基準宜借鑒美國的做法，按照輸出功率進行計算；

（3）鼓勵燃氣輪機運行單位加強大氣污染物監(jiān)測，積累足夠的數(shù)據(jù)后，制定大氣污染物排放標準。