国内外燃气轮机排放标准对比分析

张杰 郎兴华 杨璟轶 王伟 王大壮

（1. 中国石油西部管道公司，新疆乌鲁木齐 830012；2. 北京中环格亿技术咨询有限公司，北京 100012）

1 引言

随着“西气东输”“中俄东线”等项目的投运，长输管道已成为我国天然气远距离输送的主要路径。为保障天然气输送过程平稳，长输管道沿线布置燃气轮机压缩机组加压输送天然气。燃气轮机具有转速高、输出功率大、变速性能好、调速范围广、可与离心压缩机直接连接等优点［1］，同时，燃气轮机的燃料气取自管输天然气，气源供应可靠，因此，燃气轮机成为燃气轮机压缩机组离心压缩机的主要驱动装置。燃气轮机在运行过程中，通过燃烧天燃气为燃气轮机压缩机组提供运行动力，实现为管道输送天然气增压的目的，同时排放氮氧化物、一氧化碳和未燃尽的碳氢化合物等污染物［2］。

目前，各国对于污染物管理的基本手段主要为污染物排放标准限值的管控，随着科学技术、经济的发展，各国也都不断地提高对污染物排放标准限值的控制要求。考虑到应用于长输管线燃气轮机排放的大气污染物氮氧化物和一氧化碳量较大，本文将重点对比分析中国、美国、英国以及德国发布的燃气轮机大气污染物排放的标准，可为我国制修订燃气轮机大气污染物排放标准提供参考。

2 燃气轮机尾气监测技术方法

目前，我国燃气轮机燃烧尾气排放的现场监测工作，主要依据《固定源废气监测技术规范》（HJ/T 397—2007）［3］和《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）［4］开展。美国联邦法规40CFR-part60［5］、英国BS-EN14181［6］和德国环保署UBA200-46-317［7］中明确规定了燃气轮机大气污染物排放的监测方法。

2.1 监测标准状态

我国《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）、美国联邦法规40CFR-part60、英国BSEN14181 以及德国环保署UBA200-46-317 均规定监测标准状态为温度为273 K，压力为101 325 Pa时的状态。所规定的各项标准值，均以标准状态下的干空气为基准。

2.2 监测期间运行负荷

我国《固定源废气监测技术规范》（HJ/T 397—2007）规定“生产设备和治理设施正常运行，工况条件符合监测要求”。北京市2011 年发布的《固定式燃气轮机大气污染物排放标准》（DB 11847—2011）［8］，为目前国内仅有的燃气轮机大气污染物排放标准，其规定固定式燃气轮机大气污染物的监测负荷应按照《固定源废气监测技术规范》（HJ/T 397—2007）的规定执行。美国联邦法规40CFR-part60 中也为同样的规定，但是，英国BS-EN14181 则规定监测期间运载负荷为70%。

2.3 监测采样频次和采样时间

我国《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）中规定，排气筒中废气的采样以连续1 h 的采样获取平均值；或在1 h 内，以等时间间隔采集4个样品，并计平均值。美国联邦法规40CFR-part60规定的采样监测周期与我国相同；而英国BSEN14181 规定的监测周期则分为基于小时均值的月均值、基于小时均值的日均值和基于95%全年观测数据的小时均值；德国环保署UBA200-46-317 规定监测采样周期为半小时内排放均值。

3 大气污染物排放控制

我国目前燃气轮机排放大气污染物参照《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）执行，而北京市出台了燃气轮机排放大气污染物的标准《固定式燃气轮机大气污染物排放标准》（DB 11847—2011）。美国联邦法规40CFR-part60、英国BSEN14181、德国环保署UBA200-46-317 均规定了本国范围内燃气轮机排放大气污染物的标准限值。

3.1 大气污染物

燃气轮机大气污染物排放标准中控制的大气污染物情况见表1。

表1 燃气轮机控制的大气污染物情况

3.2 大气污染物排放基准

我国《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）、《固定式燃气轮机大气污染物排放标准》（DB 11847—2011）等标准规定，我国燃气轮机污染物排放均按照浓度计算；英国、德国污染物排放基准与我国相同；而美国联邦法规40CFR-part60 则规定，污染物排放标准分为基于输出功率的和基于浓度的，并允许运营商可在两种标准中任选其一进行监测。燃气轮机大气污染物的排放基准情况见表2。

表2 燃气轮机控制的大气污染物排放基准情况

3.3 大气污染物排放控制标准

各国对大气污染物排放控制标准限值的规定存在较大差异，其中，我国暂未制定针对燃气轮机大气污染物排放的国家标准，而《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）中的规定相对较宽泛，对于燃气轮机针对性不强，《固定式燃气轮机大气污染物排放标准》（DB 11847—2011）中规定了污染物最高排放浓度，对于全国具有一定的示范效应，但标准限值过于严格，对全国适用参考意义不大；德国通过实测大量运行正常的燃气轮机污染物排放浓度，制定了氮氧化物、二氧化硫和一氧化碳的排放浓度限值，而对于颗粒物含量则利用烟气不透明度半定量地进行了描述；英国则基于月均值、日均值和95%全年观测小时均值3 种监测周期，制定了不同的排放限值，而且采样数据频次越高，氮氧化物、一氧化碳允许排放的浓度越高，不同监测周期允许值最高可以相差2 倍。燃气轮机大气污染物的排放标准限值情况见表3。

表3 大气污染物排放标准限值情况

美国燃气轮机氮氧化物排放标准考虑了燃气轮机使用燃料、应用目的、输出功率、地理位置等因素对尾气污染物排放的影响，在制定标准时对以上源项进行分类，对不同的源项制定了不同的排放限值。为便于实际应用，每个排放限值均给出了基于输出功率和基于浓度的限值。而对于二氧化硫的排放标准则完全按照地理位置制定，在美国大陆地区，从固定燃气轮机排入大气的二氧化硫基于输出功率的排放限值不得超过110 ng/J（0.91 b/MWh），而非大陆地区二氧化硫限值为780 ng /J（6.21 b/MWh）。二氧化硫的排放限值还可以选择遵守燃料的硫含量标准。美国燃气轮机排放标准限值规定情况见表4。

表4 美国40CFR-part60 规定的大气污染物排放标准限值

4 结论与建议

通过对比分析发现，美国联邦法规40CFRpart60 对于燃气轮机污染物排放限值制定，充分考虑了影响排放的各种因素，而且制定了浓度和输出功率两种可选择的基准，增加了标准的适用性和可操作性。英国、德国为代表的欧洲标准，一方面利用一氧化碳与氮氧化物排放浓度负相关的特性，通过一氧化碳为控制污染物，反映氮氧化物的排放和燃料燃烧情况；另一方面按照监测周期制定不同的排放限值，以保证大气污染物排放浓度限值符合燃气轮机实际运行情况。

建议我国制定燃气轮机大气污染物排放标准时，应考虑以下因素：

（1）按照燃气轮机用途和所处外界环境，制定大气污染物排放标准限值；

（2）燃气轮机大气污染物排放基准宜借鉴美国的做法，按照输出功率进行计算；

（3）鼓励燃气轮机运行单位加强大气污染物监测，积累足够的数据后，制定大气污染物排放标准。