中美歐燃煤電廠大氣污染物排放標準的比較

盛青，武雪芳，李曉倩，王宗爽，王占山，趙國華

中國環境科學研究院，北京 100012

燃煤電廠因其排放大量污染物，且具有遠距離傳輸擴散等特點，而成為各國大氣污染控制工作的重點。隨著我國經濟的快速發展，對能源和電力的需求持續增加，1987—2007年，20年間我國火電裝機容量增長了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［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，SO2排放得到一定程度的控制，NOx環境問題隨之凸顯。NOx是構成區域性大氣復合污染的關鍵污染物，對酸雨的貢獻也呈上升趨勢，我國酸雨問題已由硫酸型向硫酸、硝酸復合型轉變［3］，歐美等發達國家早已把對NOx的排放控制列在防治酸沉降及改善空氣質量的首位，制定了嚴格的排放標準，并已取得了顯著效果。筆者通過分析借鑒美歐發達國家電力行業污染物排放控制的成功經驗，提出了我國制定燃煤電廠排放標準的建議。

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。該法案針對火電排放源采用最佳示范技術［4］，由國家統一制定新源排放標準對新建燃煤電廠進行控制，各州制定現有源排放標準對現有燃煤電廠進行控制。

在該法案的指導下，美國國家環境保護局(US EPA)于1970年頒布首個燃煤電廠新源大氣污染物排放標準，該標準對功率大于73 MW的新建發電機組的SO2，NOx和顆粒物3類污染物設置了排放限值。之后又分別于1977年，1997年和2005年對排放標準進行了修訂。表1為美國燃煤電廠歷次排放標準的污染物排放限值。

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

1977年對該標準進行首次修訂，加嚴了污染物排放限值并要求脫硫效率不得低于70%。1997年進一步加嚴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。同時取消了區分燃煤的類型和性質，并對新建火電機組給出基于電量輸出的排放限值。2005年頒布現行新源排放標準，該標準進一步加嚴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 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%。同時規定脫硫效率不得低于95%。

通過這些標準的實施，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90年代相比分別減少了39%和52%。

1.2 歐盟

歐盟通過實施大型燃燒裝置大氣污染物排放限值指令加強燃煤電廠污染排放控制，截至目前共出臺2次指令。1987年當時的歐洲共同體出臺首部《大型燃燒企業大氣污染物排放限值指令》(88/609/EEC)，對新建燃煤電廠的SO2，NOx和顆粒物排放進行控制，根據燃料性質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行控制，要求各國現有燃煤電廠以1980年的排放量為基準，到1993年削減 10%，1998年削減 30%［9］。2002年，為進一步加強燃煤電廠大氣污染物排放，歐盟修訂出臺了新的《大型燃燒企業大氣污染物排放限制指令》(2001/80/EC)，進一步加嚴污染物排放限值，500 MW以上機組SO2由400 mg/m3降為200 mg/m3，降幅達50%;NOx由650 mg/m3降為200 mg/m3，降幅達60%以上;顆粒物由50 mg/m3降為30 mg/m3，降幅達40%［10］。同時規定各成員國總量削減目標，并在成員國增加后，修改現行指令，給出27個成員國的總量削減目標［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年實施GB 13233—91《燃煤電廠大氣污染物排放標準》［12］，采用按照環境空氣質量標準推算排放標準的P值方法控制燃煤電廠大氣污染物排放，規定了電廠SO2排放總量。并分新建電廠和現有電廠，按3類地區規定了6個P值。隨著我國酸雨及SO2污染日益嚴重及對SO2排放控制要求不斷加嚴，GB 13233—96《火電廠大氣污染物排放標準》［13］的頒布實施，進一步加嚴SO2和煙塵排放控制，3類地區規定了9個P值，同時對新建電廠開始采取治理技術，規定煙氣排放濃度為1200～2100 mg/m3，并首次增加NOx的排放限值開始對燃煤電廠NOx排放實施控制。2003年為進一步控制我國酸雨問題及改善空氣質量，發布修訂了GB 13233—2003《火電廠大氣污染物排放標準》［14］，該標準對所有燃煤電廠均采取治理技術，根據分時段及燃料性質規定SO2，NOx和煙塵的排放濃度。新建電廠SO2排放限值為 400 mg/m3，是原標準的1/5～1/3。NOx排放限值為450～1100 mg/m3，控制范圍由原標準大于1000 t/h的機組擴展到所有大于65 t/h的火電機組。表3為我國現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 污染物排放標準與控制水平

2.1 控制對象

美國歷次《新固定源排放標準》的實施對象都是熱功率超過73 MW，燃燒化石燃料的電站鍋爐。歐盟現行《大型燃燒企業大氣污染物排放限制指令》(2001/80/EC)的實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的實施對象是使用單臺出力65 t/h以上除層燃爐、拋煤機爐外的燃煤發電鍋爐;各種容量的煤粉發電鍋爐;單臺出力65 t/h以上燃油發電鍋爐;各種容量的燃氣輪機組的火電廠。單臺出力65 t/h以上采用甘蔗渣、鋸末、樹皮等生物質燃料的發電鍋爐可參照執行。

2.2 污染物排放控制水平

2.2.1 SO2

美國2005年新源排放標準［8］要求新建電廠SO2排放限值為184 mg/m3，同時要求所有電廠必須安裝脫硫裝置，脫硫效率不得小于95%;歐盟現行標準［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，均要求電廠安裝煙氣高效脫硫裝置;我國現行標準［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到要求，但排放限值仍然是歐美發達國家的2倍左右，仍有進一步加嚴的空間。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

美國現行標準中NOx新源排放限值為135 mg/m3，歐盟要求大于300 MW機組執行200 mg/m3，較美國寬松，同時均需要電廠在低NOx燃燒技術基礎上安裝煙氣脫硝裝置。我國GB 13233—96首次規定1000 t/h以上的電站鍋爐的NOx排放限值為650mg/m3(固態排渣)和 1000 mg/m3(液態排渣)［13］，采用低 NOx燃燒技術就可達到，但執行不到位，控制效果不理想(圖2)。GB 13233—2003中進一步采用低NOx燃燒技術加強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］，是美歐發達國家限值的 2 ～ 5倍。同時我國單位火電NOx的排放水平仍然高于美國、日本和德國等發達國家［15］。2007年我國單位發電量NOx排放為3.1 g/(kW·h)，均高于國外發達國家同時期水平，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，我國與發達國家和地區相比差距較大，對新建電廠而言，排放限值僅相當于美國1977頒布的新源排放標準和歐盟1987年的排放控制要求。

2.2.3 顆粒物

美國現行標準對顆粒物要求為新建電廠滿足20 mg/m3，老電廠為 40 mg/m3［8］，歐盟現行標準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，一般都只有安裝高效除塵裝置才能達標排放。目前公認的高效除塵設備主要為電除塵器、袋式除塵器及電袋除塵器。我國現行標準對煙塵的控制要求為1997年后建設電廠排放限值為 50 mg/m3［14］，是美國的 2.5 倍，歐盟的 1.67倍。與歐美發達國家相比，我國燃煤電廠煙塵排放限值依然寬松，僅相當于美國1997年新源標準和歐盟1987年頒布的顆粒物排放控制指令。圖4為中美歐現行燃煤電廠顆粒物的排放限值。

圖4 中美歐現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 關于我國燃煤電廠大氣污染物排放標準的建議

3.1 制定科學合理的污染物排放限值

與美歐發達國家現行燃煤電廠污染物排放標準相比，我國目前火電標準較為寬松，導致我國燃煤電廠污染物排放量急劇增加，現行排放標準已無法適應當前及未來一段時期內火電行業環境保護要求。同時當前我國火電污染物控制技術有了長足的進步，截至2008年底，全國60%以上機組安裝煙氣脫硫裝置，近2億kW的火電機組安裝了煙氣脫硝裝置，電除塵技術已接近國際先進水平，能滿足各種火電機組需要。進一步控制我國燃煤電廠污染物排放的技術水平已經成熟，急需制訂科學合理可行的燃煤電廠污染物排放標準。

3.2 明確燃煤電廠污染物總量控制要求

GB 13223—2003的實施，極大地促進了燃煤電廠單個機組SO2排放量的減少，但是隨著當前我國經濟持續快速的發展，對能源及電力的需求持續增加，我國裝機容量也持續增加，2007年的裝機容量為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，酸雨及區域性灰霾現象并沒有根本解決。因此需要明確對燃煤電廠的總量中長期控制目標，既能減少火電污染物排放對環境的危害，又能滿足日益增加對電力的需求。

3.3 加強燃煤電廠污染物尤其是NOx的區域性污染防治

NOx在大氣中可通過復雜的大氣化學反應生成臭氧和顆粒物。NOx及其二次生成物在大氣中進行長距離傳輸造成區域性大氣復合污染。因而對燃煤電廠污染物尤其是NOx排放控制需要加強區域范圍的聯防聯控，加強區域合作與協調，在區域的尺度上開展燃煤電廠污染物控制，經濟有效地治理NOx污染問題。

［1］國家統計局.中國統計年鑒:2002—2008［M］.北京:中國統計出版社，2002—2008.

［2］環境保護部，國家統計局，農業部.第一次全國污染源普查公報［EB/OL］.(2010-02-10).［2010-11-21］http://www.gov.cn/jrzg/2010-02/10/content-1532174.htm.

［3］唐孝炎，張遠航，邵敏.大氣環境化學［M］.2版.北京:高等教育出版社，2006:25-29.

［4］王曦.美國環境法概論［M］.武漢:武漢大學出版社，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］國家環境保護局.GB 13223—1991燃煤電廠大氣污染物排放標準［S］.北京:中國環境科學出版社，1991.

［13］國家環境保護總局.GB 13223—1996火電廠大氣污染物排放標準［S］.北京:中國環境科學出版社，1997.

［14］國家環境保護總局.GB 13223—2003火電廠大氣污染物排放標準［S］.北京:中國環境科學出版社，2003.

［15］董文彬，朱林，朱法華.中美兩國火電廠NOx控制政策比較研究［J］.環境科學與管理，2008，33(2):13-17.

［16］王志軒，潘荔，張晶杰，等.我國燃煤電廠“十二五”大氣污染物控制規劃的思考［J］.環境工程技術學報，2011，1(1):63-71.

［17］陳罕立，王金南.關于我國NOx總量控制的探討［J］.環境科學研究，2005，18(5):107-110.

［18］胡倩，張世秋，吳丹.美國和歐洲氮氧化物控制政策對中國的借鑒意義［J］.環境保護，2007(9):74-78. ○