中美欧燃煤电厂大气污染物排放标准的比较

盛青，武雪芳，李晓倩，王宗爽，王占山，赵国华

中国环境科学研究院，北京 100012

燃煤电厂因其排放大量污染物，且具有远距离传输扩散等特点，而成为各国大气污染控制工作的重点。随着我国经济的快速发展，对能源和电力的需求持续增加，1987—2007年，20年间我国火电装机容量增长了7倍［1］。燃煤电厂的NOx排放量也迅速增加，2007年全国第一次污染源普查公报［2］显示，燃煤电厂SO2排放量占全国总排放量的40%以上，NOx占33%以上。近年来随着我国对燃煤电厂SO2排放控制的逐渐加严，SO2排放得到一定程度的控制，NOx环境问题随之凸显。NOx是构成区域性大气复合污染的关键污染物，对酸雨的贡献也呈上升趋势，我国酸雨问题已由硫酸型向硫酸、硝酸复合型转变［3］，欧美等发达国家早已把对NOx的排放控制列在防治酸沉降及改善空气质量的首位，制定了严格的排放标准，并已取得了显著效果。笔者通过分析借鉴美欧发达国家电力行业污染物排放控制的成功经验，提出了我国制定燃煤电厂排放标准的建议。

1 中美欧燃煤电厂大气污染物控制历程

1.1 美国

1970年通过了《清洁空气法》法案，该法为美国历史上第一部较为完整的控制空气污染的法规。该法案针对火电排放源采用最佳示范技术［4］，由国家统一制定新源排放标准对新建燃煤电厂进行控制，各州制定现有源排放标准对现有燃煤电厂进行控制。

在该法案的指导下，美国国家环境保护局(US EPA)于1970年颁布首个燃煤电厂新源大气污染物排放标准，该标准对功率大于73 MW的新建发电机组的SO2，NOx和颗粒物3类污染物设置了排放限值。之后又分别于1977年，1997年和2005年对排放标准进行了修订。表1为美国燃煤电厂历次排放标准的污染物排放限值。

表1 美国燃煤电厂SO2，NOx和颗粒物新源排放标准排放限值Table 1 Limit value of key air pollutants from new sources of coal-fired power plant in US

1977年对该标准进行首次修订，加严了污染物排放限值并要求脱硫效率不得低于70%。1997年进一步加严NOx排放限值，新排放限值为不大于218 mg/m3，是1977年排放限值的1/3左右。同时取消了区分燃煤的类型和性质，并对新建火电机组给出基于电量输出的排放限值。2005年颁布现行新源排放标准，该标准进一步加严SO2，NOx和颗粒物的排放限值，SO2排放限值由740～1480 mg/m3降为 184 mg/m3，降幅达 70%以上;NOx由 218 mg/m3降为135 mg/m3，降幅约为38%;颗粒物由40 mg/m3降为20 mg/m3，降幅为50%。同时规定脱硫效率不得低于95%。

通过这些标准的实施，美国燃煤电厂大气污染物控制取得显著的效果。美国1990年燃煤电厂SO2，NOx排放量分别为2300万和784万t，2005年分别下降为1400万和373.9万t。与20世纪90年代相比分别减少了39%和52%。

1.2 欧盟

欧盟通过实施大型燃烧装置大气污染物排放限值指令加强燃煤电厂污染排放控制，截至目前共出台2次指令。1987年当时的欧洲共同体出台首部《大型燃烧企业大气污染物排放限值指令》(88/609/EEC)，对新建燃煤电厂的SO2，NOx和颗粒物排放进行控制，根据燃料性质和热功率的不同给出不同的排放限值;并对各国排放总量进行控制，要求各国现有燃煤电厂以1980年的排放量为基准，到1993年削减 10%，1998年削减 30%［9］。2002年，为进一步加强燃煤电厂大气污染物排放，欧盟修订出台了新的《大型燃烧企业大气污染物排放限制指令》(2001/80/EC)，进一步加严污染物排放限值，500 MW以上机组SO2由400 mg/m3降为200 mg/m3，降幅达50%;NOx由650 mg/m3降为200 mg/m3，降幅达60%以上;颗粒物由50 mg/m3降为30 mg/m3，降幅达40%［10］。同时规定各成员国总量削减目标，并在成员国增加后，修改现行指令，给出27个成员国的总量削减目标［11］。表2为2次指令中燃煤电厂污染物主要排放限值。

1.3 中国

1991年实施GB 13233—91《燃煤电厂大气污染物排放标准》［12］，采用按照环境空气质量标准推算排放标准的P值方法控制燃煤电厂大气污染物排放，规定了电厂SO2排放总量。并分新建电厂和现有电厂，按3类地区规定了6个P值。随着我国酸雨及SO2污染日益严重及对SO2排放控制要求不断加严，GB 13233—96《火电厂大气污染物排放标准》［13］的颁布实施，进一步加严SO2和烟尘排放控制，3类地区规定了9个P值，同时对新建电厂开始采取治理技术，规定烟气排放浓度为1200～2100 mg/m3，并首次增加NOx的排放限值开始对燃煤电厂NOx排放实施控制。2003年为进一步控制我国酸雨问题及改善空气质量，发布修订了GB 13233—2003《火电厂大气污染物排放标准》［14］，该标准对所有燃煤电厂均采取治理技术，根据分时段及燃料性质规定SO2，NOx和烟尘的排放浓度。新建电厂SO2排放限值为 400 mg/m3，是原标准的1/5～1/3。NOx排放限值为450～1100 mg/m3，控制范围由原标准大于1000 t/h的机组扩展到所有大于65 t/h的火电机组。表3为我国现行燃煤电厂大气污染物排放限值。

表2 欧盟燃煤电厂SO2，NOx和颗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 我国现行燃煤电厂大气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 污染物排放标准与控制水平

2.1 控制对象

美国历次《新固定源排放标准》的实施对象都是热功率超过73 MW，燃烧化石燃料的电站锅炉。欧盟现行《大型燃烧企业大气污染物排放限制指令》(2001/80/EC)的实施对象是热功率超过50 MW，燃烧各类燃料(包括固体、液体、气体燃料)的装置。我国GB 13223—2003的实施对象是使用单台出力65 t/h以上除层燃炉、抛煤机炉外的燃煤发电锅炉;各种容量的煤粉发电锅炉;单台出力65 t/h以上燃油发电锅炉;各种容量的燃气轮机组的火电厂。单台出力65 t/h以上采用甘蔗渣、锯末、树皮等生物质燃料的发电锅炉可参照执行。

2.2 污染物排放控制水平

2.2.1 SO2

美国2005年新源排放标准［8］要求新建电厂SO2排放限值为184 mg/m3，同时要求所有电厂必须安装脱硫装置，脱硫效率不得小于95%;欧盟现行标准［10］要求新建电厂SO2排放限值为200 mg/m3，与美国排放水平相当，均要求电厂安装烟气高效脱硫装置;我国现行标准［14］要求，1997年后新建电厂SO2排放限值为400 mg/m3，需要安装烟气脱硫装置才可达到要求，但排放限值仍然是欧美发达国家的2倍左右，仍有进一步加严的空间。图1为中美欧燃煤电厂SO2的排放限值。

图1 中美欧燃煤电厂现行SO2排放限值比较Fig.1 Comparison of SO2emission limit values from coal-fired power plant in US，EU and China

2.2.2 NOx

美国现行标准中NOx新源排放限值为135 mg/m3，欧盟要求大于300 MW机组执行200 mg/m3，较美国宽松，同时均需要电厂在低NOx燃烧技术基础上安装烟气脱硝装置。我国GB 13233—96首次规定1000 t/h以上的电站锅炉的NOx排放限值为650mg/m3(固态排渣)和 1000 mg/m3(液态排渣)［13］，采用低 NOx燃烧技术就可达到，但执行不到位，控制效果不理想(图2)。GB 13233—2003中进一步采用低NOx燃烧技术加强NOx排放控制，其限值要求贫煤不得高于650 mg/m3，无烟煤不得高于1100 mg/m3［14］，是美欧发达国家限值的 2 ～ 5倍。同时我国单位火电NOx的排放水平仍然高于美国、日本和德国等发达国家［15］。2007年我国单位发电量NOx排放为3.1 g/(kW·h)，均高于国外发达国家同时期水平，是美国1999年的1.4倍，德国的3.8倍［16-18］。图3为中美欧NOx的排放控制水平比较，我国与发达国家和地区相比差距较大，对新建电厂而言，排放限值仅相当于美国1977颁布的新源排放标准和欧盟1987年的排放控制要求。

2.2.3 颗粒物

美国现行标准对颗粒物要求为新建电厂满足20 mg/m3，老电厂为 40 mg/m3［8］，欧盟现行标准要求新建电厂颗粒物排放限值为30 mg/m3［10］，与美国排放要求基本相当，一般都只有安装高效除尘装置才能达标排放。目前公认的高效除尘设备主要为电除尘器、袋式除尘器及电袋除尘器。我国现行标准对烟尘的控制要求为1997年后建设电厂排放限值为 50 mg/m3［14］，是美国的 2.5 倍，欧盟的 1.67倍。与欧美发达国家相比，我国燃煤电厂烟尘排放限值依然宽松，仅相当于美国1997年新源标准和欧盟1987年颁布的颗粒物排放控制指令。图4为中美欧现行燃煤电厂颗粒物的排放限值。

图4 中美欧现行燃煤电厂颗粒物排放限值比较Fig.4 Comparison of PM emission limit values from coal-fired power plant in US，EU and China

3 关于我国燃煤电厂大气污染物排放标准的建议

3.1 制定科学合理的污染物排放限值

与美欧发达国家现行燃煤电厂污染物排放标准相比，我国目前火电标准较为宽松，导致我国燃煤电厂污染物排放量急剧增加，现行排放标准已无法适应当前及未来一段时期内火电行业环境保护要求。同时当前我国火电污染物控制技术有了长足的进步，截至2008年底，全国60%以上机组安装烟气脱硫装置，近2亿kW的火电机组安装了烟气脱硝装置，电除尘技术已接近国际先进水平，能满足各种火电机组需要。进一步控制我国燃煤电厂污染物排放的技术水平已经成熟，急需制订科学合理可行的燃煤电厂污染物排放标准。

3.2 明确燃煤电厂污染物总量控制要求

GB 13223—2003的实施，极大地促进了燃煤电厂单个机组SO2排放量的减少，但是随着当前我国经济持续快速的发展，对能源及电力的需求持续增加，我国装机容量也持续增加，2007年的装机容量为7亿kW是2000年的2.3倍［1］。因而燃煤电厂污染物总排放量并没有显著的降低，酸雨及区域性灰霾现象并没有根本解决。因此需要明确对燃煤电厂的总量中长期控制目标，既能减少火电污染物排放对环境的危害，又能满足日益增加对电力的需求。

3.3 加强燃煤电厂污染物尤其是NOx的区域性污染防治

NOx在大气中可通过复杂的大气化学反应生成臭氧和颗粒物。NOx及其二次生成物在大气中进行长距离传输造成区域性大气复合污染。因而对燃煤电厂污染物尤其是NOx排放控制需要加强区域范围的联防联控，加强区域合作与协调，在区域的尺度上开展燃煤电厂污染物控制，经济有效地治理NOx污染问题。

［1］国家统计局.中国统计年鉴:2002—2008［M］.北京:中国统计出版社，2002—2008.

［2］环境保护部，国家统计局，农业部.第一次全国污染源普查公报［EB/OL］.(2010-02-10).［2010-11-21］http://www.gov.cn/jrzg/2010-02/10/content-1532174.htm.

［3］唐孝炎，张远航，邵敏.大气环境化学［M］.2版.北京:高等教育出版社，2006:25-29.

［4］王曦.美国环境法概论［M］.武汉:武汉大学出版社，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］国家环境保护局.GB 13223—1991燃煤电厂大气污染物排放标准［S］.北京:中国环境科学出版社，1991.

［13］国家环境保护总局.GB 13223—1996火电厂大气污染物排放标准［S］.北京:中国环境科学出版社，1997.

［14］国家环境保护总局.GB 13223—2003火电厂大气污染物排放标准［S］.北京:中国环境科学出版社，2003.

［15］董文彬，朱林，朱法华.中美两国火电厂NOx控制政策比较研究［J］.环境科学与管理，2008，33(2):13-17.

［16］王志轩，潘荔，张晶杰，等.我国燃煤电厂“十二五”大气污染物控制规划的思考［J］.环境工程技术学报，2011，1(1):63-71.

［17］陈罕立，王金南.关于我国NOx总量控制的探讨［J］.环境科学研究，2005，18(5):107-110.

［18］胡倩，张世秋，吴丹.美国和欧洲氮氧化物控制政策对中国的借鉴意义［J］.环境保护，2007(9):74-78. ○