中美燃煤火電廠空氣污染物排放標準比較研究

宋國君，趙英煚，耿建斌，趙暢

（中國人民大學環境學院，北京 100872）

中美燃煤火電廠空氣污染物排放標準比較研究

宋國君*，趙英煚，耿建斌，趙暢

（中國人民大學環境學院，北京 100872）

本文對中美燃煤火電廠國家行業排放標準的內容設置、限值形式、監測、記錄和報告規定，以及固定源排污許可證中如何執行排放標準進行了比較。相對于美國，中國燃煤火電廠國家行業排放標準文本內容過于簡略，限值形式設置單一，主要采用全國統一的濃度限值而不是采用績效限值；濃度限值的制定基于部分樣本源而不是全部源的數據，很難體現行業的排放控制技術水平；達標判據不科學，也過于嚴格，小時均值的考核方式影響了火電廠的生產安排；排放標準中監測配套規定單薄，與環境監測的一般規定銜接性不佳，針對性差；記錄和報告要求缺位，不能滿足排污許可證管理的需求。建議參照美國行業排放標準的內容形式，排放限值采用績效限值形式，并規定長平均周期的考核要求，將與之配套的監測、記錄和報告要求納入排放標準，以滿足固定源排污許可證制度的需求。

燃煤火電廠；排放標準；績效限值；排污許可證

引言

燃煤火電廠（以下簡稱火電廠）排放PM、SO2、NOx等常規空氣污染物和汞化合物等危險空氣污染物，是最大的空氣污染物來源之一。針對火電廠的排放控制，兩國都采取了以排放標準管理為主的政策手段。企業需要從規制機構獲得污染排放的許可或者授權，規制機構將排放標準作為授予許可或授權的條件[1]。火電廠行業排放標準是基于技術的排放標準，規定了所有受控源必須達到的排放控制技術水平[2]。排放標準的核心是排放限值，代表外部性內部化成本—效益有效程度的“適度”限值尤為重要[3, 4]。考慮到空間和時間的復雜性，不同地點的污染物排放對環境的影響水平也有區別[5]，減排收益的計算也相當復雜。因此，需要針對不同的區域、不同邊際成本的污染源，考慮污染排放造成的損失和污染控制成本，制定限值有別的排放標準。

中美兩國都針對不同區域的不同源，分別制定了國家、地方、源等分層次的排放標準，這其中以國家行業排放標準最為重要。國家行業標準是一類基于技術的排放標準，制定的程序、方法最嚴密，也是全國范圍內需要執行的最低限度的標準，因此其并非直接以空氣質量達標為目標，而是要在成本—效益合理的前提下達到連續穩定的排放水平，是其他各層次排放標準的制定導則。

美國逐源確定的排放標準也是一種基于技術的排放標準，但其與環境空氣質量的關系更為密切。各地制定的州實施計劃（SIP）中包括對達標區和未達標區的所有源的管理要求，在計劃中必須闡釋位于不同區域的固定源必須執行的標準，這其中要求未達標區的新源執行最嚴格的基于“最低排放率技術”（LAER）的排放標準，未達標區的現有源執行較為寬松的基于“最大可得控制技術”（RACT）的排放標準，要求已達標的區新源采用“最佳可得控制技術”（BACT）排放標準，已達標區現有源執行“最佳可得改進技術”（BART）排放標準。本文對于逐源確定的排放標準不再繼續展開。以上各類排放標準都通過排污許可證執行，許可證管理機構在每一份許可證中，針對不同的火電廠不同的排放單元，確定其執行標準，包括直接執行國家行業排放標準，但更多情況下執行逐源確定的排放標準，從而實現精準減排，因此排放標準的內容設計必須考慮與排污許可證銜接和通過排污許可證有效執行的問題。

國內學者對于國家行業排放標準中排放限值的比較研究關注數值嚴格程度的差異比較，與之配套的限值考核周期缺乏研究，直接得出中外限值差距結論[6-9]；也有的研究指出我國排放標準并未明確基于技術制定的概念，制修訂過程應充分考慮技術現狀[10,11]。江梅等人[12]以水泥行業為例，指出了中外排放限值的考核周期差異，但缺乏案例分析論證。本文對中美火電廠執行的國家行業排放標準，包括內容設置、排放限值、標準執行等進行比較和案例分析，目的在于找出中國火電廠排放標準與美國的差異和差距，為解決全面推行排污許可證所需的排放標準提供改革和完善建議。

1 排放標準內容比較分析

1.1 文本內容比較分析

美國火電廠國家排放標準包括兩部分，一是針對常規污染物排放的新源績效標準（NSPS，New Source Performance Standards），二是針對危險空氣污染物的國家危險空氣污染物排放標準（NESHAP，National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants）。兩部分的文本內容設置類似，以火電行業新源績效標準（NSPS, Subpart Da）為例，包括適用范圍、術語和定義、PM、SO2、NOx排放限值、NOx和CO的替代標準、商業示范許可證、需遵守的條款、排放監測、合規性確定程序和方法、報告要求、記錄保存要求等12部分。其中的核心部分是排放限值，以及與限值對應的監測、記錄和報告要求。

我國火電廠大氣污染物排放標準包括適用范圍、規范性引用文件、術語和定義、污染物排放控制要求、污染物監測要求、實施與監督6個部分。總體比較，美國的NSPS標準篇幅內容遠多于我國火電廠排放標準，特別是核心部分，美國按照燃料、受控單元的建設年齡不同，分別執行多種形式的排放限值規定，與此對應的監測、記錄和報告要求也更為詳盡和完整，有利于上述規定通過排污許可證管理執行[13]。我國以上部分比較簡單，由于排污許可證制度剛剛起步，與之密切相關的排放標準也需要根據許可證管理的需求進行完善。

1.2 限值科學程度比較分析

（1）常規污染物排放限值

美國火電廠新源績效標準（NSPS）中采用的排放限值[14]包括績效限值、脫除率限值、不透明度百分比限值，其中最主要的是績效限值，包括基于熱輸入、能量輸出的績效限值，績效限值以30天滑動平均尺度為考核周期。應用程度最廣的是基于產出（output-based）的績效限值，表達為排放量/發電量（lb /MWh）或排放量/產生的蒸汽熱量（lb / MMBtu heat output）的形式。基于產出的限值考慮了減排措施的效益，例如提高燃燒效率，提高渦輪機效率，回收有用熱量，減少與受控的火電廠運行相關的寄生損失，鼓勵受控源減少化石燃料的使用，為受控源提供了更大的靈活性[15]，有利于降低源的合規成本。

我國《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）中采用的限值形式為單一的濃度限值形式，且未給出明確的平均周期考核指標。以下針對燃煤電廠顆粒物、二氧化硫、氮氧化物三種主要污染物的排放限值進行比較，如表1、表2、表3所示。

可見，美國針對不同建設類型，規定了不同“年齡”的燃煤鍋爐執行不同的排放限值。原因是美國《清潔空氣法》規定新源績效標準作為全國最低限度的執行標準和導則，制定的基礎是的“最佳示范技術”（BDT，Best Demonstrated Technology），在考慮技術和運營水平的基礎上適度嚴格，給地方精細化管理留有足夠的靈活度。中國“年齡”分類過于簡單，容易受“環保”壓力的影響，制定“超前”的限值規定，在標準制修訂階段缺少完善的技術和成本—效益分析為支撐，全國范圍內受控火電廠根據提標改造壓力大。

表1 火電廠排放標準燃煤發電鍋爐顆粒物（PM）排放限值比較

表2 火電廠排放標準燃煤發電鍋爐二氧化硫（SO2）排放限值比較

表3 火電廠排放標準燃煤發電鍋爐氮氧化物（NOx）排放限值比較

續表

除了按照“年齡”分類外，美國還按不同的燃料類型分類，例如，NOx績效限值中，針對1997.7.10之前新改擴建的燃煤鍋爐，按照燃煤的類型，分為“采自Dakota、或者Montana的褐煤超過25%”、“采自Dakota、或者Montana的褐煤少于25%”、“次煙煤”、“煙煤”、“無煙煤”、“其他煤型”6種類型，分別對應不同的限值，最高值340 ng/J是最低值260ng/J的約1.31倍。原因是基于技術的標準排放削減水平主要跟使用的技術相關，所以針對不同的燃煤類型，根據同類技術下的削減水平，制定了不同的限值，保證了燃煤市場的公平性。此外，出于同樣的原因，考慮到某些燃煤種類的高硫分，也采用了SO2脫除率這樣的平行指標。我國按照電廠所在的地區分類，而非按照燃煤類型和使用的技術分類，可能導致對不同源的不公平。

美國火電NSPS績效限值采用滑動30日尺度為考核周期，作為國家導則，長平均考核周期既能保證連續污染控制水平，還能賦予地方和污染源足夠的靈活性，提高監管效率。我國火電廠排放標準并未給出確切的考核周期指標，現在普遍考核1小時均值，但其過于嚴格。1小時均值與空氣質量有關，而各地各空氣質量水平和管理目標也不同，1小時均值考核限制了各地對燃煤發電廠管理的自由程度，效率較低。

（2）危險空氣污染物排放限值

中美兩國火電廠排放標準中都有針對危險空氣污染物的排放標準，不同的是中國針對危險空氣污染物的要求與常規污染物的要求全部整合在《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）中，美國則是制定了兩個排放標準法規，分別位于NSPS和NESHAP法規框架內。針對危險空氣污染物的限值比較如表4所示。

與NSPS績效限值相同，針對不同類型的燃煤機組，NESHAP同樣按照“年齡”分類，并且采用了“PM”或“總無Hg金屬”或“單一金屬”這樣的替代指標。中國只針對汞及其化合物有限值要求，并且無連續監測要求，小頻次的定期監測難以反映真實的汞及其化合物的排放水平。

表4 火電廠排放標準燃煤發電鍋爐危險空氣污染物排放限值比較

1.3 監測、記錄和報告規定比較分析

美國國家行業排放標準中，監測規定是其中的重要組成部分[16]。火電NSPS每個限值都包含對應的監測規定，多數情況下以連續監測（CEMS）排放數據判定發電鍋爐是否合規排放。首先，電廠所有者或經營者在CEMS初始安裝后需進行初始認證檢測。其次要使用質量保證（QA）和質量控制（QC）程序，包括初始績效測試、周期性績效測試等，目的是保證監測設備測量取值誤差在規定范圍內。最后要求所有者或經營者對缺失數據進行補充，填充原則是隨著監測數據可用性下降到各個“臨界值”（95%，90%，80%）以下，替代數據值將愈加保守，激勵固定源采取措施維護監測設備和保證監測質量。

數據記錄的目的是使監測過程和結果信息可被核查，為固定源自證守法提供依據。NSPS一般規定部分要求固定源的所有者或運營者保留所有CEMS數據、績效測試、監測設備校準檢查、監測設備調整和維護測量的全部記錄。根據運行許可證法規要求，所有監測數據和支持信息保留至少五年。火電NSPS納入了一般規定部分的報告要求，包括初始運行報告、績效測試報告、定期報告的要求。其中最重要的是半年度總結性報告，其中核心內容是報告超標、故障、開停機等特殊情況。如果在半年報告期內，超標排放總持續時間超過1%，CEMS停機時間超過5%，則需要提交半年度總結報告，報告超標期的排放情況，每個超標期的開始和結束時間、生產運行時間、啟動、關閉或故障情況，注明故障的性質和原因以及采取的糾正或預防措施，以及報告CEMS無效日期和時間、系統維護或調整等情況。由于火電行業自動化程度高、行業規模大、監測和記錄的數據信息量比較大，EPA使用電子化客戶端工具完成電廠的監測數據處理、報告、上傳和核查等工作。

中國火電廠排放標準中缺少對應的詳細監測、記錄和報告要求，在各標準中引用了類似于美國的通用規定，但其完整性和協調性并不完善。目前中國開始實施排污許可證管理，要求火電廠承擔守法主體責任[17]，因此亟需完善排放標準的監測記錄和報告規定，以滿足排污許可證管理的規定。

圖1 案例燃煤機組小時、日、30日滑動尺度下的煙塵排放信息

圖2 案例燃煤機組小時、日、30日滑動尺度下的SO2排放信息

圖3 案例燃煤機組小時、日、30日滑動尺度下的NOx排放信息

2 案例火電廠排放分析

我國《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）中并沒有明確各濃度限值對應的平均周期考核標準，但是通常情況下，環保部門對火電廠排放考核多使用1小時均值。以國內某發電廠的燃煤機組為例，對其PM、SO2、NOx各平均時間尺度下的排放統計如圖1至圖3所示。

據圖可知，對于小時、日、30日滑動時間尺度下的濃度均值，周期越長，濃度波動幅度越小。30日滑動均值、日均值低于執行限值水平，但是小時均值有超標情形，而短期偶發的不穩定波動并不代表連續減排技術能力差。可見，對于國家標準而言，基于技術的排放標準更適宜采用較長時間的均值考核，這樣更能反映控制技術的連續減排能力。使用小時平均限值，一方面過于嚴格，不利于電廠穩定生產，降低效率；另一方面，小時均值與局地環境質量變化有關，目前國家標準中的限值遠低于影響環境質量可以接受的最大閾值。

上述案例燃煤機組2011年5月3日后完成改造，其煙塵、二氧化硫、氮氧化物分別與美國NSPS績效標準中的0.064 g/kWh（0.09 lb/ MW）、0.635 g/kWh（1.4 lb/MW）、0.454 g/kWh（1.1 lb/MW）a單位換算：1 lb/MWh = 453.49 g/1000 kWh.相對應，比較如圖4至圖6所示。由圖4可知，實際二氧化硫排放均未超美國績效限值（根據《火電廠大氣污染物排放標準（編制說明）》的折算結果，1.4 lb/MWh換算為184 mg/m3），但是由圖2知，1小時濃度均值有超中國限值（200 mg/m3）的情形發生，可見中國SO2限值看似更寬松，限值是美國的109%，但1小時濃度均值比30日滑動績效均值的考核方式更嚴格。

圖4 案例燃煤機組鍋爐煙塵排放對比

圖5 案例燃煤機組鍋爐二氧化硫排放對比

圖6 案例燃煤機組鍋爐氮氧化物排放對比

3 結論和建議

3.1 結論

（1）美國火電廠NSPS和NESHAP是基于技術的排放標準，反映的是一定技術水平下可以達到的排放水平，我國并未明確“基于技術的排放標準”這一基本要求，缺乏科學性。

（2）美國火電廠NSPS內容遠多于我國的火電廠排放標準，特別是核心部分，即排放限值的規定，美國按照燃料、受控單元年齡不同，分別執行有別的多種形式的排放限值規定，與此對應的監測、記錄和報告要求也更為詳盡和完整，有利于上述規定通過排污許可證執行。

（3）美國火電廠NSPS主要采用了一種基于產出的績效限值，并且采用了長平均周期的30日滑動均值考核方式。我國國家標準中主要考核1小時均值，要求過嚴，電廠很難在短時間尺度內保證排放濃度小幅度穩定波動，采用過嚴的標準增加的環境收益不明確，但顯然不利于正常生產。

3.2 建議

（1）建議我國在《大氣污染防治法》中明確國家固定源行業排放標準是“基于技術的排放標準”，并定義針對國家常規污染物績效標準、危險空氣污染物排放標準等需要達到的技術水平。

（2）建議我國考慮采用績效限值，有利于協同達到節能和減排的雙重目標，降低污染源合規成本。建議完善與限值對應的監測、記錄和報告規定，特別要完善數據處理、質量控制和質量保證等規定，保證達標考核的一致性和公平性。

（3）建議完善排放標準與監測、記錄、報告、信息公開等各項規范之間的銜接性，以滿足排污許可證制度推行的需求，保證在撰寫排污許可證文本時能夠確定各火電廠每個受控單元應當遵守的限值規定和相應的監測、記錄和報告要求。

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A Comparative Study on the Emission Standards for Coal-fired Power Plant between USA and China

SONG Guojun*, ZHAO Yingjiong, GENG Jianbin, ZHAO Chang
( School of Environment & Nature Resources, Renmin University of China, Beijing 100872)

A comparison study between USA and China to the content settings, emission limits, monitoring, recording reporting requirements of the national emission standards for coal-fired power plant industry, and how to implement the standards in emission permits of stationary sources was conducted. Compared with the United States, China’s national emission standards for coal-fired power plant are too simple. For example, the emission limit indicators only adopt pollutant concentration limit rather than use performance limits in USA; the concentration limit is made by sampling not by whole stationary sources data and failed to reflect the technical level for the whole sector; the compliance criteria are not only unscientific, but also too strict to achieve, for example, the criteria of average concentration limit per hour have affected production arrangement greatly; the emission monitoring requirements are incomplete which cannot be coordinated with the general provisions of monitoring regulations; records and reporting requirements are absence, which cannot meet the needs of the emission permit management. It is suggested to refer to the experience of the USA, adopt the performance standards and the longer period limits, monitoring, recording and reporting requirements shall be included in China’s the emission standards in order to meet the requirements of stationary source’s emission permit.

coal-fire power plant; emission standards; performance limits; emission permit

X51；X-652

1674-6252（2017）01-0021-08

A

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.01.021

本文為國家社科基金重點項目，“霧霾的成因及綜合治理對策研究”（15AJY010）研究成果。

*責任作者： 宋國君（1962—）， 男，教授、博士生導師，中國人民大學環境學院環境經濟與管理系，主要研究方向為環境政策與管理、環境經濟學，E-mail: songguojun@ruc. edu.cn。