燃煤電廠大氣汞及其他痕量元素排放標準研究

王樹民,白孝軒,宋 暢,張 翼,顧永正,郭智輝,毋波波,余學海,段 雷,田賀忠*

燃煤電廠大氣汞及其他痕量元素排放標準研究

王樹民1,白孝軒2,4,宋 暢3,張 翼1,顧永正3,郭智輝2,4,毋波波2,4,余學海5,段 雷6,田賀忠2,4*

(1.國家能源投資集團有限責任公司,北京 100011；2.北京師范大學環境學院,環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室,北京 100875；3.中國神華能源股份有限公司國華電力分公司,北京 100025；4.北京師范大學大氣環境研究中心,北京 100875；5.神華國華(北京)電力研究院有限公司,北京 100018；6.清華大學環境學院,北京 100084)

為探究中國超低排放燃煤電廠汞及其他有害痕量元素未來標準制定的可行性及建議,綜合比對了中國與歐盟、美國等發達國家燃煤電廠大氣痕量元素排放標準限值,并基于燃煤電廠現場測試相關文獻調研分析,系統地評估了中國燃煤電廠汞及其他9種典型痕量元素(砷、鉛、硒、鎘、鉻、銻、鈷、鎳和錳)的排放現狀.結果表明:與美國、歐盟、加拿大等發達國家相比,目前我國燃煤電廠大氣污染物排放標準限定的痕量元素污染物種類較為單一(僅規定了煙氣汞及其化合物排放限值,￡30μg/m3)且排放標準限值較為寬松;在全國燃煤電廠已普遍完成超低排放升級與改造的新形勢下,現行的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)已難以起到對燃煤電廠大氣汞及其他痕量元素排放控制的實際限制作用和對先進新技術的示范引領作用.作為世界上的最大燃煤消費國,中國燃煤電廠每年消耗煤炭占中國煤炭消費總量的一半左右,是國際社會和《關于汞的水俁公約》重點關注的排放源.因此,推動燃煤電廠大氣汞排放標準限值的修訂及其他有害痕量元素排放標準的制定,對于保護生態環境和公眾健康及國際履約均具有較大的可行性及重要的現實意義.

燃煤電廠；痕量元素；汞；排放標準限值；排放狀況；超低排放

隨著國民經濟對能源和電力需求的持續增長,中國電力工業快速發展.火力發電裝機容量從1978年的3984萬kW增長為2019年的119055萬kW[1],增長了約30倍.中國“富煤、少油、貧氣”的能源稟賦格局、進口石油與天然氣成本高及國際貿易的巨大不確定性、國家能源安全保證等多方面因素共同影響,使得燃煤電廠占火力發電的比例超過90%.為保護環境和公眾健康,滿足國內大氣污染防控的要求,中國燃煤電廠大氣污染物排放標準經過多次修訂,日趨嚴格.2014年6月國務院辦公廳首次發文要求新建燃煤機組大氣污染物排放接近燃氣機組排放水平[2],由此拉開了中國燃煤電廠超低排放升級與改造計劃的序幕.截至2018年第三季度末,中國超低排放煤電機組裝機容量超過7.5億kW,已建成全球最大的清潔煤電供應體系[3].目前,通過超低排放技術升級與改造,我國燃煤電廠煙塵、SO2、NO三大常規污染物,已基本實現了與燃氣電廠同等清潔的目標[4].

近年來,燃煤電廠煙氣中的汞及其他有害痕量元素(砷、鉛、硒、鎘等)排放成為國際大氣環境與健康領域關注的熱點問題[5].自2017年8月16日,《關于汞的水俁公約》[6]正式對中國生效,燃煤電廠是水俁公約排放條款附錄D中的5個重點大氣汞排放源之一.隨著超低排放改造以及能源結構調整,近年來燃煤電廠的大氣污染排放狀況已發生根本性的改變,在常規污染物標準限值處于國際領先水平的前提下,開展汞及其他痕量元素等非常規污染物排放水平的國際比較研究,對于明確未來燃煤電廠大氣污染控制方向及重點具有重要科學意義與現實應用價值.基于大量文獻調研和實地考察,本研究綜述了美國、歐盟等西方發達國家燃煤電廠大氣汞及其他痕量元素相關排放標準及法規,結合中國燃煤電廠大氣污染排放控制現狀,提出燃煤電廠修訂汞排放標準及制定其他痕量元素排放標準的建議與展望.

1 美國燃煤電廠大氣痕量元素排放標準限值

1.1 美國相關法規與標準發展歷程

根據美國《清潔空氣法》[7]法案第111和第112條款的規定和要求,美國環保署(US EPA)于2011年12月16日制定了涵蓋現役機組及新建機組,包括非低階煤(熱值>19305kJ/kg)、低階煤(熱值￡19305kJ/kg)、煤氣化、美國大陸液態石油、非美國大陸液態石油、液態石油衍生物6種不同燃料類型的《汞及有毒空氣污染物排放標準(MATS)》[8],該標準于2012年4月16日起執行.如圖1所示, MATS標準最早于1990年提出,歷時21a于2011年正式發布,從提出到最終發布實施過程歷經波折[9].

1990年,《清潔空氣法案(修正案)》[10]要求US EPA通過發布國家標準以控制多種排放源包括汞在內的有毒空氣污染物排放,但未涉及電廠.1994年,US EPA提出要通過公共事業設備有毒空氣污染物研究,來判定是否有必要按照法案112條款的規定對電廠排放進行管制.期間受多種因素的影響,判定期限由1995年11月推遲至1998年2月又延至2000年12月.

圖1 美國MATS標準提出、制定及發布歷程[8]

2000年,US EPA宣布有必要對電廠有毒空氣污染物排放進行管控,并將Hg列為最應受關注的污染物,其他受關注的潛在有毒空氣污染物包括砷(As)、鉻(Cr)、鎘(Cd)及鎳(Ni)等.并于2004年提出2種控制電廠Hg排放的基本方法:(1)電廠按照法案112(d)條款所規定的程序確定最大可實現控制技術(MACT)以實現汞的達標排放.(2)建立基于市場化的“總量控制與交易”體系(US EPA建議采用該方法控制汞的排放).

2005年,US EPA頒布《清潔空氣汞法案》[11],規定通過“發電績效”來限制新建及現役機組的Hg排放,并設定Hg總量控制目標及兩階段實施的交易計劃;2008年,美國聯邦法庭撤銷US EPA關于將電廠從法案112(c)條款的排放源列表中移除的提案,同時撤銷《清潔空氣汞法案》[11].同時,US EPA宣布按照法案112條款規定,計劃于2011年3月16日提出《發電廠有毒空氣污染物排放標準》議案,并于2011年11月16日確定最終法規.

1.2 美國MATS標準的修訂歷程

MATS標準適用于25MW以上的新建及現役發電機組.自2011年12月16日發布以來,US EPA結合MATS標準實際執行中存在的問題,陸續對標準中鉛(Pb)、汞(Hg)、硒(Se)、銻(Sb)及鈹(Be)的排放限值做了后續的修訂工作,如表1所示.

歷經多次修訂后的美國現行MATS排放標準匯總如表2所示.可見,總體上新建機組汞及其他痕量元素排放標準限值嚴于現役機組.對于以低階煤和非低階煤為燃料的燃煤電廠來說,除Hg外其他金屬元素在不同煤質下的排放標準限值相同,且不同機組類型下Sb、Pb和Ni的排放標準限值也相同,分別為1.02, 2.55和5.10μg/m3.對于汞來說,新建和現役不同類型機組規定的標準限值差異較大,最低為0.39μg/m3,最高限值為5.10μg/m3.

表1 MATS標準限值的修訂歷程[8]

表2 美國MATS現行排放標準(μg/m3)[12]

注:美國標準單位為lb/GWh,其中非低階煤和低階煤的換算系數為0.013lb/GWh=1.7 μg/m3和0.12lb/GWh=15.3 μg/m3[13].其他燃料的換算系數為0.03lb/GWh=4.05 μg/m3 [14].

2 歐盟及其他國家燃煤電廠大氣痕量元素排放標準限值

2.1 歐盟相關法規與標準發展歷程

歐盟主要基于“經濟上可行的最佳可用技術(BAT)”制定燃煤電廠污染物排放標準限值. BAT指與生產發展及設備運行方法最有效、最先進的階段相適應并普遍應用的特定技術,這種技術可為排放限值提供依據,以限制排放并減輕對環境的影響.截至目前,歐盟共陸續發布了4次指令性文件,以不斷加強燃煤電廠污染排放控制.包括1988年發布的《大型燃燒企業大氣污染物排放限值指令》(88/ 609/EEC)、2001年修訂發布的《大型燃燒企業大氣污染物排放限值指令》(2001/80/EC)、2010年修訂發布的《工業排放指令》(2010/75/EU)以及2017年發布的《經濟上可行的最佳可用技術(BAT)結論文件》(2017/1442)(圖2).

圖2 歐盟燃煤電廠指令發展歷程[15-18]

《工業排放指令》(2010/75/EU)是2010年歐盟整合包括《大型燃燒企業大氣污染物排放限值指令》(2001/80/EC)在內的有關工業排放的7則指令形成的綜合性法規指令.2010/75/EU指令第三章規定了針對含電廠在內額定輸出功率350MW燃燒裝置的大氣污染物排放標準限值.該指令修訂了不同規模(50~100MW、100~300MW和>300MW)下燃煤電廠SO2、NO、煙塵的排放標準限值,并提出垃圾焚燒行業汞及其他痕量元素的排放標準限值.2017年7月31日,歐盟在發布的《經濟上可行的最佳可用技術(BAT)結論文件》(2017/1442)中,首次提出燃煤電廠的Hg排放標準限值(表3).

表3 2017/1442中煤電Hg排放標準限值(μg/m3)[16]

注:生物質及煤泥燃燒不區分機組類型,Hg排放標準限值均<1~ 5μg/m3.

可見,與常規大氣污染物不同,歐盟燃煤電廠大氣Hg排放標準限值按照燃燒裝置規模分為2檔,即<300MW和3300MW.總的來看,新建機組標準嚴于現役機組,煙煤和無煙煤機組嚴于褐煤機組,并且裝置規模越大,排放標準越嚴格,其針對現役褐煤機組的最寬松標準限值為10μg/m3.此外,對以生物質和煤泥為燃料的電廠來說不區分機組類型,統一執行<1~5μg/m3的Hg排放標準限值.

2.2 加拿大相關排放標準限值

1998年以來,加拿大環境部長理事會(CCME)發布的加拿大范圍內標準(CWS)先后規定了金屬冶煉廠及垃圾焚燒廠的大氣汞排放標準限值,以實現保護環境及人類健康的目標.2003年,CCME報告指出燃煤電廠汞排放量為2695kg,成為加拿大現存最大的人為汞排放源.因此,CCME同意針對電力部門設置汞排放標準限值,以減少現役燃煤電廠的大氣汞排放,并確保新建燃煤電廠在現有技術基礎上達到經濟可行的排放水平.標準于2006年10月發布,限值如表4所示.

城市的夜色已經極其平坦的落下來，最引人注目的是街兩旁那些婆娑的樹影，在還沒有點亮的路燈的空當間，來回的跳躍。

表4 加拿大燃煤電廠汞排放標準限值[19]

注:原排放標準限值為kg/TWh,以1kg/TWh = 0.77μg/m3轉換[20].

2.3 日本相關排放標準限值

表5 日本燃煤電廠大氣汞排放限值(μg/m3)

為治理日益嚴峻的環境污染問題,1968年,日本制定了《大氣污染防治法》[21],依法推進大氣污染治理工作.《大氣污染防治法》將人為污染源分為固定燃燒源(含燃煤電廠及工業排放等)和移動源(含機動車、飛機和輪船等).2013年10月,日本批準《關于汞的水俁條約》,并于2015年6月對《大氣污染防治法》進行了修訂,規定汞的排放標準限值.2016年9月公布汞排放的測定方法.日本現行燃煤電廠Hg排放標準限值于2018年4月1日起執行[18],如表5所示.

3 國內外燃煤電廠痕量元素排放標準比對分析

3.1 控制對象

美國MATS標準適用于額定功率大于25MW的新建及現役發電機組,涵蓋非低階煤(熱值>19305kJ/kg)、低階煤(熱值￡19305kJ/kg)、煤氣化、美國大陸液態石油、非美國大陸液態石油及液態石油衍生物6種不同燃料類型.此外,限定的痕量元素包括汞(Hg)、銻(Sb)、砷(As)、鈹(Be)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鉛(Pb)、錳(Mn)、鎳(Ni)及硒(Se)11種.

歐盟燃煤電廠相關指令文件的實施對象為額定功率超過50MW的機組,涵蓋的燃料類型為褐煤和其他煤.2017年7月31日,歐盟發布的《經濟上可行的最佳可用技術(BAT)結論文件》(2017/1442)中將燃燒裝置規模進一步分為<300MW和3300MW,以更好地限定大氣Hg的排放.

加拿大CWS標準限定了新建煤電機組的大氣Hg排放,涉及的燃料類型包括:煙煤/混合煤、亞煙煤和褐煤.對于日本來說,其最新發布的燃煤電廠大氣Hg排放標準限值,適用于大型燃燒設備(換算為重油時,燃燒能力>50萬L/h)及小型燃燒設備(換算為重油時,燃燒能力￡10萬L/h)的新建和現役機組.

與美國、歐盟、加拿大等發達國家相比,我國現行《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223-2011)[22]中僅限定了Hg的排放,限定痕量元素物種較為單一,且未從燃煤煤質、新建機組或現役機組、以及機組規模大小等角度進行進一步細化和區分.

3.2 標準限值

由于僅有美國MATS標準限定了煤電除Hg外其他痕量元素的大氣排放限值,故在此以Hg為例進行標準限值比對.我國煤電大氣Hg排放統一執行30μg/m3的標準限值,與美國、歐盟、加拿大和日本等發達國家相比處于較高水平.相比于發達國家相對最為寬松的標準限值,如美國MATS標準以低階煤為燃料機組約為5.1μg/m3的Hg排放限值、歐盟2017/1442針對現役褐煤機組10μg/m3的Hg排放限值、加拿大CWS標準關于新建褐煤機組約11.2μg/m3的Hg排放限值、日本《大氣污染防治法》[21]對小型現役機組15μg/m3的Hg排放限值,我國現行的30μg/m3的標準限值分別為其約5.9倍、3.0倍、2.7倍及2.0倍.

我國政府已批準自2017年8月16日起《關于汞的水俁條約》[6]對我國正式生效,在燃煤電廠通過實施超低排放升級與改造計劃實現常規污染物標準限值居于世界前列的形勢下,為促進燃煤電廠汞排放削減和履約,有必要在識別我國煤電排放現狀的基礎上對中國現行的煙氣汞排放標準進行修訂加嚴.

4 中國煤電大氣痕量元素排放現狀評估

4.1 中國煤電痕量元素控制技術現狀

圖3 中國燃煤電廠煙氣凈化技術應用發展情況

電除塵器(ESP);袋式除塵器(FF);濕法脫硫(WFGD);電袋復合除塵器(ESP-FF);選擇性催化還原法脫硝(SCR);濕式電除塵(WESP);低低溫電除塵(LTESP),下同.

隨著中國經濟科技水平的快速發展及2014年后超低排放國家專項行動的推進,中國燃煤電廠大氣污染防治技術發展迅速,目前已處于國際領先水平[4].如圖3所示,“十二五”以來,中國燃煤電廠污染防治技術發生了根本性的變化,主流的煙氣凈化工藝已由2010年的電除塵(ESP)+濕法脫硫(WFGD)發展為2015年的選擇性催化還原(SCR)+電除塵(ESP)+濕法脫硫(WFGD),再到2017年超低排放改造后的選擇性催化還原(SCR)+低-低溫電除塵(LTESP)/電袋復合除塵(ESP-FF)+濕法脫硫(WFGD)及選擇性催化還原(SCR)+電除塵(ESP)+濕法脫硫(WFGD)+濕式電除塵(WESP)等[23].

如圖4所示,隨著污染防治技術的變化,污染控制措施對燃煤電廠大氣Hg排放的協同脫除效率增效顯著.平均協同脫除效率由電除塵(ESP)/電袋復合除塵(ESP-FF)+濕法脫硫(WFGD)的69.21% (27.48%~95.80%),增長為選擇性催化還原(SCR)/選擇性非催化還原(SNCR)+電除塵(ESP)/布袋除塵(FF)/電袋復合除塵(ESP-FF)+濕法脫硫(WFGD)的83.35% (36.46%~99.80%),再提高到超低排放煙氣凈化工藝技術水平下的87.04% (76.40%~95.80%).

圖4 中國燃煤電廠Hg協同脫除效率變化[24-45]

測試機組對應的工藝技術分別為:1.ESP-FF+WFGD(機組1~5); 2.ESP+ WFGD(機組6~10);3.SCR+ESP-FF+WFGD(機組11~12,17,20,29,38, 43);4.SCR+ESP+WFGD(機組13~16,18~19,21~28,30~37,39~42,44~49);5.SCR+ESP+WFGD+WESP(機組50);6.SCR+LTESP+WFGD (機組51);7.SCR+LTESP+WFGD+WESP(機組52~57)

4.2 中國煤電痕量元素排放水平現狀

圖5匯總了2010年之后公開發表的65個中國燃煤電廠機組煙氣汞排放測試結果.這些機組涵蓋了不同的燃煤類型(煙煤、無煙煤、褐煤和混合煤)及不同的燃燒器類型(煤粉爐和循環流化床爐).總的來看,中國燃煤電廠的平均Hg排放濃度為2.41μg/ m3(0.1~11.3μg/m3).所有測試結果均遠低于我國現行的30μg/m3的標準限值.其中,98%的測試電廠Hg排放濃度低于10μg/m3,88%的測試電廠Hg排放濃度低于5μg/m3,71%的測試電廠Hg排放濃度低于3μg/m3,40%的測試電廠Hg排放濃度低于1μg/m3.

圖5 中國燃煤電廠煙氣Hg排放濃度[24-48]

測試機組對應的工藝技術分別為:1.ESP-FF+WFGD(機組1~5); 2.ESP+ WFGD(機組6~15);3.SCR+ESP-FF+WFGD(機組16~17,22,25,34,43, 48,55);4.SCR+ESP+WFGD(機組18~21,23~24,26~33,35~42,44~47, 49~54);5.SCR+ESP+WFGD+WESP(機組56);6.SCR+LTESP+ WFGD(機組57);7.SCR+LTESP+WFGD+WESP(機組58~65)

圖6 國內外燃煤電廠煙氣Hg排放現狀[33-35,37,42-43,46]

燃煤電廠每年消耗煤炭約為我國煤炭消費總量的一半左右,是中國大氣汞排放的重要來源[41-42].隨著除塵、脫硫、脫硝等煙氣凈化工藝技術的進步和聯合應用,中國燃煤電廠的平均汞排放濃度由ESP/ESP-FF+WFGD工藝組合下的3.40μg/m3削減為SCR/SNCR+ESP/FF/ESP-FF+WFGD工藝組合下的2.26μg/m3,再到當前超低排放工藝水平下的1.56μg/m3.

圖6匯總了2014年后國內外燃煤電廠汞排放測試結果.可見,我國超低排放工藝水平下的汞排放濃度高于美國的0.51μg/m3,略高于日本的1.13μg/m3,低于歐盟的1.84μg/m3.可見我國燃煤電廠超低排放改造的實施,顯著降低了汞的排放濃度水平.現行超低排放工藝技術組合下,我國燃煤電廠的平均Hg排放濃度滿足除美國非低階煤外的其他美國、歐盟、加拿大等國家的排放標準限值.可見,中國燃煤電廠現行的大氣Hg排放標準限值,已無法起到大氣汞排放的實際限制作用,亟需進行修訂加嚴.

圖7 中國燃煤電廠Cd、Sb、Co及As排放濃度[35,48-54]

測試機組對應的工藝技術分別為:1.SCR+ESP-FF+WFGD(機組4,7,10, 12~14,18~25);2.SCR+ESP+WFGD(機組2~3,5~6,9,11,16,28,30); 3.SCR+ESP+WFGD+WESP(機組1,8,15,17,26,27,29)

相比于Hg,有關中國燃煤電廠其他痕量元素的煙氣排放測試結果較為有限,圖7和圖8分別匯總分析了2014年超低排放改造后公開發表的24個燃煤電廠機組除汞外其他痕量元素的排放測試結果,用以反映當前中國超低排放改造后燃煤電廠的排放水平,并與美國MATS關于燃煤電廠痕量元素排放最嚴格的低階煤標準限值進行比對.可見,燃煤電廠末端煙氣中的鎘(Cd)、銻(Sb)、鈷(Co)、砷(As)、硒(Se)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉛(Pb)及錳(Mn)9種痕量元素的平均排放濃度分別約為0.02, 0.02, 0.06, 0.09, 0.69, 0.76, 0.77, 0.81及1.68 μg/m3.其中,100%測試機組排放的Sb、Co、Se和Ni濃度滿足美國MATS對新建燃煤機組的相關排放標準限值.此外,94%、93%、89%及67%的測試機組分別滿足MATS關于新建機組Pb、Cd、As及Cr的排放標準限值.燃煤機組測得的平均Mn排放濃度1.68μg/m3(1.33~ 2.02μg/m3),超過MATS關于新建機組0.51μg/m3的標準限值,但是滿足其關于現役機組6.35μg/m3的標準限值.可見,為進一步促進先進燃煤發電與煙氣凈化技術的應用,保護生態環境和公眾健康,我國煤電在實現常規污染物超低排放的同時,制定除Hg外其他痕量元素的排放標準限值也具有較大的現實可行性和必要性.

圖8 中國燃煤電廠Se、Cr、Ni、Pb及Mn排放濃度[35,47,49-54]

測試機組對應的工藝技術分別為:1.SCR+ESP-FF+WFGD(機組3~4,6~7, 10,12~15,19,22,25);2.SCR+ESP+WFGD(機組2,5,17~18,20~21,26~28, 31);3.SCR+ESP+WFGD+WESP(機組1,8~9,11,16,29~30)

4.3 中國超低煤電痕量元素遷移轉換規律

圖9梳理了2014年后公開發表的涵蓋3種典型超低排放技術路線(圖3)下Hg節點化排放測試結果,以更好的識別其在不同工藝節點間的遷移轉化規律.可見,3種典型超低排放技術路線下,煙氣Hg濃度隨煙氣的流向穩步下降.煙氣經過除塵工藝時,由于除塵設施對HgP的有效脫除,煙氣Hg濃度顯著降低,降幅介于34%~50%.煙氣經過脫硫工藝時,得益于脫硫漿液沖刷作用對Hg2+的脫除,煙氣Hg濃度進一步降低.對于以濕式電除塵器為核心的技術路線,由于WESP電暈放電產生高能電子,電離高濕度煙氣組分形成OH自由基等活性物質,能夠促進氣相Hg0的氧化和氣相Hg2+的脫除,煙氣在經過WESP時,總Hg濃度進一步下降,WESP對煙氣總Hg的脫除效率約為20%.

圖9 超低排放技術路線下Hg遷移轉化規律[31,34-36,38-39,43,46,55]

表6 SCR+ESP+WFGD+WESP技術路線下其他痕量元素遷移轉化規律[50,55-56]

以濕式電除塵器為核心的技術路線下其他痕量元素的遷移轉化規律如表6所示.受煙氣中元素易富集于顆粒物表面特性的影響,在煙氣經過除塵工藝時,隨著顆粒物的高效去除,痕量元素的濃度顯著降低,降幅均高于99%.煙氣經過WFGD時,隨著顆粒物被脫硫漿液沖刷脫除,元素的濃度進一步下降.受元素特性的影響,不同元素在WFGD環節的去除效率介于3%~84%之間,差異較為顯著.煙氣經過WESP時,除Ni和Zn輕微上升外,大多數元素的濃度進一步降低.該現象出現的原因可能是樣品采集過程中的不當操縱所致.

5 結論與建議

5.1 與美國、歐盟、加拿大等發達國家相比,我國燃煤電廠的痕量元素排放標準限值較為寬松,且限定物種較為單一(僅規定了煙氣汞及其化合物排放限值).此外,未從燃煤煤質、新建機組或現役機組、以及機組規模大小等角度進行進一步細化和區分.

5.2 基于現有的部分鍋爐煙氣測試結果,超低排放工藝組合下,我國燃煤電廠平均Hg排放濃度約為1.56μg/m3,遠低于我國30μg/m3的標準限值.其中,98%的測試電廠Hg排放濃度低于10μg/m3,71%的測試電廠Hg排放濃度低于3μg/m3,現行標準限值已無法起到大氣Hg排放的實際限制作用,亟需進行修訂并加嚴到5μg/m3甚至3μg/m3以下,考慮對燃用不同煤質的新老機組要兼顧公平性和技術可達性,建議可針對新建機組和現役機組及不同燃煤煤質制定差異化的標準限值,比如對貴州等西南地區燃用汞含量高的無煙煤機組執行標準限值略寬于燃用普通煙煤和褐煤的機組,且審慎發展汞、砷等重金屬含量高的新建燃煤機組.

5.3 基于現有的有限燃煤電廠測試結果,除個別機組外,目前我國燃煤電廠除汞外其他9種痕量元素(Cd、Sb、Co、As、Se、Cr、Ni、Pb及Mn)的排放濃度,均滿足美國現行的MATS的相關標準限值.近年來,燃煤導致的砷、鉛、鎘等痕量元素大氣排放及健康影響已引起國家社會高度關注.為保護生態環境和公眾健康,在當前我國燃煤電廠已基本完成超低排放改造的背景下,建議進一步加強燃煤電廠痕量元素排放水平的調查研究,并借鑒美國、歐盟等發達國家的標準限值,制定我國燃煤電廠除Hg外其他有害痕量元素的排放標準限值,也具有現實的可行性和必要性.

5.4 綜上,通過將二氧化硫和氮氧化物排放納入國民經濟發展計劃的約束性指標,加之2014年以來全國范圍內的燃煤電廠超低排放升級與改造計劃實施,我國已建成世界最大的清潔煤電體系,為我國大氣環境質量改善做出了貢獻.為進一步保護生態環境和公眾健康,促進國際履約能力建設,在已實現煙塵、二氧化硫和氮氧化物三項常規大氣污染物超低排放的基礎上,系統評估燃煤電廠大氣汞及其他痕量元素的排放現狀,適時推動燃煤電廠大氣汞排放標準限值的修訂及除汞外其他痕量元素的標準限值制定,具有較大的可行性及現實意義.

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Study of atmospheric trace elements emission standards for coal-fired power plants in China.

WANG Shu-min1, BAI Xiao-xuan2,4, SONG Chang3, ZHANG Yi1, GU Yong-zheng3, GUO Zhi-hui2,4, WU Bo-bo2,4, YU Xue-hai5, DUAN Lei6, TIAN He-zhong2,4*

(1.National Energy Investment Group Co., Ltd., Beijing 100011, China；2.State Key Joint Laboratory of Environmental Simulation & Pollution Control, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China；3.Guohua Electric Power Branch, China Shenhua Energy Co., Ltd., Beijing 100025, China；4.Center for Atmospheric Environmental Studies, Beijing Normal University, Beijing 100875, China；5.Shenhua Guohua (Beijing) Electric Power Research Institute Co. Ltd., Beijing 100018, China；6.School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China)., 2021,41(4)：1949~1958

In this study, the trace elements emission standards of coal-fired power plants (CFPPs) between China and developed countries and the emission status in Chinese CFPPs were systematically evaluated to explore the feasibility and recommendations for establishing standards in the future. Results indicated that fewer species of trace element pollutants were currently restricted in China, and the existing emission limit for the single element (mercury and its compounds, 30μg/m3) was relatively laxer compared with CFPPs in developed countries. Moreover, the stack concentration of mercury in most plants was lower than 10~15μg/m3, indicating the current emission standard has failed to play a viable role in limiting the atmospheric mercury emission from Chinese CFPPs. Therefore, we suggested that the current atmospheric mercury emission limit for Chinese CFPPs should be revised and emission limits for other toxic trace elements could be introduced when revised emission standards for coal-fired power plants in the future, to better protect the ecosystem and human health and promote the successful fulfil of the Minamata Convention on Mercury.

coal-fired power plants；trace elements；mercury；emission standard；current emission status；ultra-low emission technology

X511,X822

A

1000-6923(2001)04-1949-10

王樹民(1962-),男,山東東平人,教授級高級工程師,博士,主要從事電力生產技術管理、燃煤電站污染物控制技術及應用研究.發表論文11篇.

2020-09-04

國家能源集團科技創新項目(GJNY-19-56);國家自然科學基金資助項目(21777008)

* 責任作者, 教授, hztian@bnu.edu.cn