王樹(shù)民,白孝軒,宋 暢,張 翼,顧永正,郭智輝,毋波波,余學(xué)海,段 雷,田賀忠*

燃煤電廠大氣汞及其他痕量元素排放標(biāo)準(zhǔn)研究

王樹(shù)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(xué)海5,段 雷6,田賀忠2,4*

(1.國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司,北京 100011；2.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,北京 100875；3.中國(guó)神華能源股份有限公司國(guó)華電力分公司,北京 100025；4.北京師范大學(xué)大氣環(huán)境研究中心,北京 100875；5.神華國(guó)華(北京)電力研究院有限公司,北京 100018；6.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100084)

為探究中國(guó)超低排放燃煤電廠汞及其他有害痕量元素未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)制定的可行性及建議,綜合比對(duì)了中國(guó)與歐盟、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家燃煤電廠大氣痕量元素排放標(biāo)準(zhǔn)限值,并基于燃煤電廠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研分析,系統(tǒng)地評(píng)估了中國(guó)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(xiàn)狀.結(jié)果表明:與美國(guó)、歐盟、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家相比,目前我國(guó)燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限定的痕量元素污染物種類較為單一(僅規(guī)定了煙氣汞及其化合物排放限值,￡30μg/m3)且排放標(biāo)準(zhǔn)限值較為寬松;在全國(guó)燃煤電廠已普遍完成超低排放升級(jí)與改造的新形勢(shì)下,現(xiàn)行的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)已難以起到對(duì)燃煤電廠大氣汞及其他痕量元素排放控制的實(shí)際限制作用和對(duì)先進(jìn)新技術(shù)的示范引領(lǐng)作用.作為世界上的最大燃煤消費(fèi)國(guó),中國(guó)燃煤電廠每年消耗煤炭占中國(guó)煤炭消費(fèi)總量的一半左右,是國(guó)際社會(huì)和《關(guān)于汞的水俁公約》重點(diǎn)關(guān)注的排放源.因此,推動(dòng)燃煤電廠大氣汞排放標(biāo)準(zhǔn)限值的修訂及其他有害痕量元素排放標(biāo)準(zhǔn)的制定,對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和公眾健康及國(guó)際履約均具有較大的可行性及重要的現(xiàn)實(shí)意義.

燃煤電廠；痕量元素；汞；排放標(biāo)準(zhǔn)限值；排放狀況；超低排放

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)能源和電力需求的持續(xù)增長(zhǎng),中國(guó)電力工業(yè)快速發(fā)展.火力發(fā)電裝機(jī)容量從1978年的3984萬(wàn)kW增長(zhǎng)為2019年的119055萬(wàn)kW[1],增長(zhǎng)了約30倍.中國(guó)“富煤、少油、貧氣”的能源稟賦格局、進(jìn)口石油與天然氣成本高及國(guó)際貿(mào)易的巨大不確定性、國(guó)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(fā)電的比例超過(guò)90%.為保護(hù)環(huán)境和公眾健康,滿足國(guó)內(nèi)大氣污染防控的要求,中國(guó)燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)多次修訂,日趨嚴(yán)格.2014年6月國(guó)務(wù)院辦公廳首次發(fā)文要求新建燃煤機(jī)組大氣污染物排放接近燃?xì)鈾C(jī)組排放水平[2],由此拉開(kāi)了中國(guó)燃煤電廠超低排放升級(jí)與改造計(jì)劃的序幕.截至2018年第三季度末,中國(guó)超低排放煤電機(jī)組裝機(jī)容量超過(guò)7.5億kW,已建成全球最大的清潔煤電供應(yīng)體系[3].目前,通過(guò)超低排放技術(shù)升級(jí)與改造,我國(guó)燃煤電廠煙塵、SO2、NO三大常規(guī)污染物,已基本實(shí)現(xiàn)了與燃?xì)怆姀S同等清潔的目標(biāo)[4].

近年來(lái),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(guó)際大氣環(huán)境與健康領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題[5].自2017年8月16日,《關(guān)于汞的水俁公約》[6]正式對(duì)中國(guó)生效,燃煤電廠是水俁公約排放條款附錄D中的5個(gè)重點(diǎn)大氣汞排放源之一.隨著超低排放改造以及能源結(jié)構(gòu)調(diào)整,近年來(lái)燃煤電廠的大氣污染排放狀況已發(fā)生根本性的改變,在常規(guī)污染物標(biāo)準(zhǔn)限值處于國(guó)際領(lǐng)先水平的前提下,開(kāi)展汞及其他痕量元素等非常規(guī)污染物排放水平的國(guó)際比較研究,對(duì)于明確未來(lái)燃煤電廠大氣污染控制方向及重點(diǎn)具有重要科學(xué)意義與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值.基于大量文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)地考察,本研究綜述了美國(guó)、歐盟等西方發(fā)達(dá)國(guó)家燃煤電廠大氣汞及其他痕量元素相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī),結(jié)合中國(guó)燃煤電廠大氣污染排放控制現(xiàn)狀,提出燃煤電廠修訂汞排放標(biāo)準(zhǔn)及制定其他痕量元素排放標(biāo)準(zhǔn)的建議與展望.

1 美國(guó)燃煤電廠大氣痕量元素排放標(biāo)準(zhǔn)限值

1.1 美國(guó)相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程

根據(jù)美國(guó)《清潔空氣法》[7]法案第111和第112條款的規(guī)定和要求,美國(guó)環(huán)保署(US EPA)于2011年12月16日制定了涵蓋現(xiàn)役機(jī)組及新建機(jī)組,包括非低階煤(熱值>19305kJ/kg)、低階煤(熱值￡19305kJ/kg)、煤氣化、美國(guó)大陸液態(tài)石油、非美國(guó)大陸液態(tài)石油、液態(tài)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(biāo)準(zhǔn)(MATS)》[8],該標(biāo)準(zhǔn)于2012年4月16日起執(zhí)行.如圖1所示, MATS標(biāo)準(zhǔn)最早于1990年提出,歷時(shí)21a于2011年正式發(fā)布,從提出到最終發(fā)布實(shí)施過(guò)程歷經(jīng)波折[9].

1990年,《清潔空氣法案(修正案)》[10]要求US EPA通過(guò)發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以控制多種排放源包括汞在內(nèi)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(guò)公共事業(yè)設(shè)備有毒空氣污染物研究,來(lái)判定是否有必要按照法案112條款的規(guī)定對(duì)電廠排放進(jìn)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(guó)MATS標(biāo)準(zhǔn)提出、制定及發(fā)布?xì)v程[8]

2000年,US EPA宣布有必要對(duì)電廠有毒空氣污染物排放進(jìn)行管控,并將Hg列為最應(yīng)受關(guān)注的污染物,其他受關(guān)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(guī)定的程序確定最大可實(shí)現(xiàn)控制技術(shù)(MACT)以實(shí)現(xiàn)汞的達(dá)標(biāo)排放.(2)建立基于市場(chǎng)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(guī)定通過(guò)“發(fā)電績(jī)效”來(lái)限制新建及現(xiàn)役機(jī)組的Hg排放,并設(shè)定Hg總量控制目標(biāo)及兩階段實(shí)施的交易計(jì)劃;2008年,美國(guó)聯(lián)邦法庭撤銷US EPA關(guān)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(shí)撤銷《清潔空氣汞法案》[11].同時(shí),US EPA宣布按照法案112條款規(guī)定,計(jì)劃于2011年3月16日提出《發(fā)電廠有毒空氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》議案,并于2011年11月16日確定最終法規(guī).

1.2 美國(guó)MATS標(biāo)準(zhǔn)的修訂歷程

MATS標(biāo)準(zhǔn)適用于25MW以上的新建及現(xiàn)役發(fā)電機(jī)組.自2011年12月16日發(fā)布以來(lái),US EPA結(jié)合MATS標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際執(zhí)行中存在的問(wèn)題,陸續(xù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中鉛(Pb)、汞(Hg)、硒(Se)、銻(Sb)及鈹(Be)的排放限值做了后續(xù)的修訂工作,如表1所示.

歷經(jīng)多次修訂后的美國(guó)現(xiàn)行MATS排放標(biāo)準(zhǔn)匯總?cè)绫?所示.可見(jiàn),總體上新建機(jī)組汞及其他痕量元素排放標(biāo)準(zhǔn)限值嚴(yán)于現(xiàn)役機(jī)組.對(duì)于以低階煤和非低階煤為燃料的燃煤電廠來(lái)說(shuō),除Hg外其他金屬元素在不同煤質(zhì)下的排放標(biāo)準(zhǔn)限值相同,且不同機(jī)組類型下Sb、Pb和Ni的排放標(biāo)準(zhǔn)限值也相同,分別為1.02, 2.55和5.10μg/m3.對(duì)于汞來(lái)說(shuō),新建和現(xiàn)役不同類型機(jī)組規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值差異較大,最低為0.39μg/m3,最高限值為5.10μg/m3.

表1 MATS標(biāo)準(zhǔn)限值的修訂歷程[8]

表2 美國(guó)MATS現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)(μg/m3)[12]

注:美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)單位為lb/GWh,其中非低階煤和低階煤的換算系數(shù)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(shù)為0.03lb/GWh=4.05 μg/m3 [14].

2 歐盟及其他國(guó)家燃煤電廠大氣痕量元素排放標(biāo)準(zhǔn)限值

2.1 歐盟相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程

歐盟主要基于“經(jīng)濟(jì)上可行的最佳可用技術(shù)(BAT)”制定燃煤電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限值. BAT指與生產(chǎn)發(fā)展及設(shè)備運(yùn)行方法最有效、最先進(jìn)的階段相適應(yīng)并普遍應(yīng)用的特定技術(shù),這種技術(shù)可為排放限值提供依據(jù),以限制排放并減輕對(duì)環(huán)境的影響.截至目前,歐盟共陸續(xù)發(fā)布了4次指令性文件,以不斷加強(qiáng)燃煤電廠污染排放控制.包括1988年發(fā)布的《大型燃燒企業(yè)大氣污染物排放限值指令》(88/ 609/EEC)、2001年修訂發(fā)布的《大型燃燒企業(yè)大氣污染物排放限值指令》(2001/80/EC)、2010年修訂發(fā)布的《工業(yè)排放指令》(2010/75/EU)以及2017年發(fā)布的《經(jīng)濟(jì)上可行的最佳可用技術(shù)(BAT)結(jié)論文件》(2017/1442)(圖2).

圖2 歐盟燃煤電廠指令發(fā)展歷程[15-18]

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

表3 2017/1442中煤電Hg排放標(biāo)準(zhǔn)限值(μg/m3)[16]

注:生物質(zhì)及煤泥燃燒不區(qū)分機(jī)組類型,Hg排放標(biāo)準(zhǔn)限值均<1~ 5μg/m3.

可見(jiàn),與常規(guī)大氣污染物不同,歐盟燃煤電廠大氣Hg排放標(biāo)準(zhǔn)限值按照燃燒裝置規(guī)模分為2檔,即<300MW和3300MW.總的來(lái)看,新建機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)于現(xiàn)役機(jī)組,煙煤和無(wú)煙煤機(jī)組嚴(yán)于褐煤機(jī)組,并且裝置規(guī)模越大,排放標(biāo)準(zhǔn)越嚴(yán)格,其針對(duì)現(xiàn)役褐煤機(jī)組的最寬松標(biāo)準(zhǔn)限值為10μg/m3.此外,對(duì)以生物質(zhì)和煤泥為燃料的電廠來(lái)說(shuō)不區(qū)分機(jī)組類型,統(tǒng)一執(zhí)行<1~5μg/m3的Hg排放標(biāo)準(zhǔn)限值.

2.2 加拿大相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)限值

1998年以來(lái),加拿大環(huán)境部長(zhǎng)理事會(huì)(CCME)發(fā)布的加拿大范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)(CWS)先后規(guī)定了金屬冶煉廠及垃圾焚燒廠的大氣汞排放標(biāo)準(zhǔn)限值,以實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境及人類健康的目標(biāo).2003年,CCME報(bào)告指出燃煤電廠汞排放量為2695kg,成為加拿大現(xiàn)存最大的人為汞排放源.因此,CCME同意針對(duì)電力部門(mén)設(shè)置汞排放標(biāo)準(zhǔn)限值,以減少現(xiàn)役燃煤電廠的大氣汞排放,并確保新建燃煤電廠在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上達(dá)到經(jīng)濟(jì)可行的排放水平.標(biāo)準(zhǔn)于2006年10月發(fā)布,限值如表4所示.

城市的夜色已經(jīng)極其平坦的落下來(lái)，最引人注目的是街兩旁那些婆娑的樹(shù)影，在還沒(méi)有點(diǎn)亮的路燈的空當(dāng)間，來(lái)回的跳躍。

表4 加拿大燃煤電廠汞排放標(biāo)準(zhǔn)限值[19]

注:原排放標(biāo)準(zhǔn)限值為kg/TWh,以1kg/TWh = 0.77μg/m3轉(zhuǎn)換[20].

2.3 日本相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)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(yán)峻的環(huán)境污染問(wèn)題,1968年,日本制定了《大氣污染防治法》[21],依法推進(jìn)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(yè)排放等)和移動(dòng)源(含機(jī)動(dòng)車、飛機(jī)和輪船等).2013年10月,日本批準(zhǔn)《關(guān)于汞的水俁條約》,并于2015年6月對(duì)《大氣污染防治法》進(jìn)行了修訂,規(guī)定汞的排放標(biāo)準(zhǔn)限值.2016年9月公布汞排放的測(cè)定方法.日本現(xiàn)行燃煤電廠Hg排放標(biāo)準(zhǔn)限值于2018年4月1日起執(zhí)行[18],如表5所示.

3 國(guó)內(nèi)外燃煤電廠痕量元素排放標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)分析

3.1 控制對(duì)象

美國(guó)MATS標(biāo)準(zhǔn)適用于額定功率大于25MW的新建及現(xiàn)役發(fā)電機(jī)組,涵蓋非低階煤(熱值>19305kJ/kg)、低階煤(熱值￡19305kJ/kg)、煤氣化、美國(guó)大陸液態(tài)石油、非美國(guó)大陸液態(tài)石油及液態(tài)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(guān)指令文件的實(shí)施對(duì)象為額定功率超過(guò)50MW的機(jī)組,涵蓋的燃料類型為褐煤和其他煤.2017年7月31日,歐盟發(fā)布的《經(jīng)濟(jì)上可行的最佳可用技術(shù)(BAT)結(jié)論文件》(2017/1442)中將燃燒裝置規(guī)模進(jìn)一步分為<300MW和3300MW,以更好地限定大氣Hg的排放.

加拿大CWS標(biāo)準(zhǔn)限定了新建煤電機(jī)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(duì)于日本來(lái)說(shuō),其最新發(fā)布的燃煤電廠大氣Hg排放標(biāo)準(zhǔn)限值,適用于大型燃燒設(shè)備(換算為重油時(shí),燃燒能力>50萬(wàn)L/h)及小型燃燒設(shè)備(換算為重油時(shí),燃燒能力￡10萬(wàn)L/h)的新建和現(xiàn)役機(jī)組.

與美國(guó)、歐盟、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)現(xiàn)行《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(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(zhì)、新建機(jī)組或現(xiàn)役機(jī)組、以及機(jī)組規(guī)模大小等角度進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化和區(qū)分.

3.2 標(biāo)準(zhǔn)限值

由于僅有美國(guó)MATS標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)限值比對(duì).我國(guó)煤電大氣Hg排放統(tǒng)一執(zhí)行30μg/m3的標(biāo)準(zhǔn)限值,與美國(guó)、歐盟、加拿大和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比處于較高水平.相比于發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)最為寬松的標(biāo)準(zhǔn)限值,如美國(guó)MATS標(biāo)準(zhǔn)以低階煤為燃料機(jī)組約為5.1μg/m3的Hg排放限值、歐盟2017/1442針對(duì)現(xiàn)役褐煤機(jī)組10μg/m3的Hg排放限值、加拿大CWS標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于新建褐煤機(jī)組約11.2μg/m3的Hg排放限值、日本《大氣污染防治法》[21]對(duì)小型現(xiàn)役機(jī)組15μg/m3的Hg排放限值,我國(guó)現(xiàn)行的30μg/m3的標(biāo)準(zhǔn)限值分別為其約5.9倍、3.0倍、2.7倍及2.0倍.

我國(guó)政府已批準(zhǔn)自2017年8月16日起《關(guān)于汞的水俁條約》[6]對(duì)我國(guó)正式生效,在燃煤電廠通過(guò)實(shí)施超低排放升級(jí)與改造計(jì)劃實(shí)現(xiàn)常規(guī)污染物標(biāo)準(zhǔn)限值居于世界前列的形勢(shì)下,為促進(jìn)燃煤電廠汞排放削減和履約,有必要在識(shí)別我國(guó)煤電排放現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上對(duì)中國(guó)現(xiàn)行的煙氣汞排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂加嚴(yán).

4 中國(guó)煤電大氣痕量元素排放現(xiàn)狀評(píng)估

4.1 中國(guó)煤電痕量元素控制技術(shù)現(xiàn)狀

圖3 中國(guó)燃煤電廠煙氣凈化技術(shù)應(yīng)用發(fā)展情況

電除塵器(ESP);袋式除塵器(FF);濕法脫硫(WFGD);電袋復(fù)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(guó)經(jīng)濟(jì)科技水平的快速發(fā)展及2014年后超低排放國(guó)家專項(xiàng)行動(dòng)的推進(jìn),中國(guó)燃煤電廠大氣污染防治技術(shù)發(fā)展迅速,目前已處于國(guó)際領(lǐng)先水平[4].如圖3所示,“十二五”以來(lái),中國(guó)燃煤電廠污染防治技術(shù)發(fā)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(fā)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(fù)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(shù)的變化,污染控制措施對(duì)燃煤電廠大氣Hg排放的協(xié)同脫除效率增效顯著.平均協(xié)同脫除效率由電除塵(ESP)/電袋復(fù)合除塵(ESP-FF)+濕法脫硫(WFGD)的69.21% (27.48%~95.80%),增長(zhǎng)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(fù)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(shù)水平下的87.04% (76.40%~95.80%).

圖4 中國(guó)燃煤電廠Hg協(xié)同脫除效率變化[24-45]

測(cè)試機(jī)組對(duì)應(yīng)的工藝技術(shù)分別為:1.ESP-FF+WFGD(機(jī)組1~5); 2.ESP+ WFGD(機(jī)組6~10);3.SCR+ESP-FF+WFGD(機(jī)組11~12,17,20,29,38, 43);4.SCR+ESP+WFGD(機(jī)組13~16,18~19,21~28,30~37,39~42,44~49);5.SCR+ESP+WFGD+WESP(機(jī)組50);6.SCR+LTESP+WFGD (機(jī)組51);7.SCR+LTESP+WFGD+WESP(機(jī)組52~57)

4.2 中國(guó)煤電痕量元素排放水平現(xiàn)狀

圖5匯總了2010年之后公開(kāi)發(fā)表的65個(gè)中國(guó)燃煤電廠機(jī)組煙氣汞排放測(cè)試結(jié)果.這些機(jī)組涵蓋了不同的燃煤類型(煙煤、無(wú)煙煤、褐煤和混合煤)及不同的燃燒器類型(煤粉爐和循環(huán)流化床爐).總的來(lái)看,中國(guó)燃煤電廠的平均Hg排放濃度為2.41μg/ m3(0.1~11.3μg/m3).所有測(cè)試結(jié)果均遠(yuǎn)低于我國(guó)現(xiàn)行的30μg/m3的標(biāo)準(zhǔn)限值.其中,98%的測(cè)試電廠Hg排放濃度低于10μg/m3,88%的測(cè)試電廠Hg排放濃度低于5μg/m3,71%的測(cè)試電廠Hg排放濃度低于3μg/m3,40%的測(cè)試電廠Hg排放濃度低于1μg/m3.

圖5 中國(guó)燃煤電廠煙氣Hg排放濃度[24-48]

測(cè)試機(jī)組對(duì)應(yīng)的工藝技術(shù)分別為:1.ESP-FF+WFGD(機(jī)組1~5); 2.ESP+ WFGD(機(jī)組6~15);3.SCR+ESP-FF+WFGD(機(jī)組16~17,22,25,34,43, 48,55);4.SCR+ESP+WFGD(機(jī)組18~21,23~24,26~33,35~42,44~47, 49~54);5.SCR+ESP+WFGD+WESP(機(jī)組56);6.SCR+LTESP+ WFGD(機(jī)組57);7.SCR+LTESP+WFGD+WESP(機(jī)組58~65)

圖6 國(guó)內(nèi)外燃煤電廠煙氣Hg排放現(xiàn)狀[33-35,37,42-43,46]

燃煤電廠每年消耗煤炭約為我國(guó)煤炭消費(fèi)總量的一半左右,是中國(guó)大氣汞排放的重要來(lái)源[41-42].隨著除塵、脫硫、脫硝等煙氣凈化工藝技術(shù)的進(jìn)步和聯(lián)合應(yīng)用,中國(guó)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(dāng)前超低排放工藝水平下的1.56μg/m3.

圖6匯總了2014年后國(guó)內(nèi)外燃煤電廠汞排放測(cè)試結(jié)果.可見(jiàn),我國(guó)超低排放工藝水平下的汞排放濃度高于美國(guó)的0.51μg/m3,略高于日本的1.13μg/m3,低于歐盟的1.84μg/m3.可見(jiàn)我國(guó)燃煤電廠超低排放改造的實(shí)施,顯著降低了汞的排放濃度水平.現(xiàn)行超低排放工藝技術(shù)組合下,我國(guó)燃煤電廠的平均Hg排放濃度滿足除美國(guó)非低階煤外的其他美國(guó)、歐盟、加拿大等國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)限值.可見(jiàn),中國(guó)燃煤電廠現(xiàn)行的大氣Hg排放標(biāo)準(zhǔn)限值,已無(wú)法起到大氣汞排放的實(shí)際限制作用,亟需進(jìn)行修訂加嚴(yán).

圖7 中國(guó)燃煤電廠Cd、Sb、Co及As排放濃度[35,48-54]

測(cè)試機(jī)組對(duì)應(yīng)的工藝技術(shù)分別為:1.SCR+ESP-FF+WFGD(機(jī)組4,7,10, 12~14,18~25);2.SCR+ESP+WFGD(機(jī)組2~3,5~6,9,11,16,28,30); 3.SCR+ESP+WFGD+WESP(機(jī)組1,8,15,17,26,27,29)

相比于Hg,有關(guān)中國(guó)燃煤電廠其他痕量元素的煙氣排放測(cè)試結(jié)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(kāi)發(fā)表的24個(gè)燃煤電廠機(jī)組除汞外其他痕量元素的排放測(cè)試結(jié)果,用以反映當(dāng)前中國(guó)超低排放改造后燃煤電廠的排放水平,并與美國(guó)MATS關(guān)于燃煤電廠痕量元素排放最嚴(yán)格的低階煤標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比對(duì).可見(jiàn),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(cè)試機(jī)組排放的Sb、Co、Se和Ni濃度滿足美國(guó)MATS對(duì)新建燃煤機(jī)組的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)限值.此外,94%、93%、89%及67%的測(cè)試機(jī)組分別滿足MATS關(guān)于新建機(jī)組Pb、Cd、As及Cr的排放標(biāo)準(zhǔn)限值.燃煤機(jī)組測(cè)得的平均Mn排放濃度1.68μg/m3(1.33~ 2.02μg/m3),超過(guò)MATS關(guān)于新建機(jī)組0.51μg/m3的標(biāo)準(zhǔn)限值,但是滿足其關(guān)于現(xiàn)役機(jī)組6.35μg/m3的標(biāo)準(zhǔn)限值.可見(jiàn),為進(jìn)一步促進(jìn)先進(jìn)燃煤發(fā)電與煙氣凈化技術(shù)的應(yīng)用,保護(hù)生態(tài)環(huán)境和公眾健康,我國(guó)煤電在實(shí)現(xiàn)常規(guī)污染物超低排放的同時(shí),制定除Hg外其他痕量元素的排放標(biāo)準(zhǔn)限值也具有較大的現(xiàn)實(shí)可行性和必要性.

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

測(cè)試機(jī)組對(duì)應(yīng)的工藝技術(shù)分別為:1.SCR+ESP-FF+WFGD(機(jī)組3~4,6~7, 10,12~15,19,22,25);2.SCR+ESP+WFGD(機(jī)組2,5,17~18,20~21,26~28, 31);3.SCR+ESP+WFGD+WESP(機(jī)組1,8~9,11,16,29~30)

4.3 中國(guó)超低煤電痕量元素遷移轉(zhuǎn)換規(guī)律

圖9梳理了2014年后公開(kāi)發(fā)表的涵蓋3種典型超低排放技術(shù)路線(圖3)下Hg節(jié)點(diǎn)化排放測(cè)試結(jié)果,以更好的識(shí)別其在不同工藝節(jié)點(diǎn)間的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律.可見(jiàn),3種典型超低排放技術(shù)路線下,煙氣Hg濃度隨煙氣的流向穩(wěn)步下降.煙氣經(jīng)過(guò)除塵工藝時(shí),由于除塵設(shè)施對(duì)HgP的有效脫除,煙氣Hg濃度顯著降低,降幅介于34%~50%.煙氣經(jīng)過(guò)脫硫工藝時(shí),得益于脫硫漿液沖刷作用對(duì)Hg2+的脫除,煙氣Hg濃度進(jìn)一步降低.對(duì)于以濕式電除塵器為核心的技術(shù)路線,由于WESP電暈放電產(chǎn)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(zhì),能夠促進(jìn)氣相Hg0的氧化和氣相Hg2+的脫除,煙氣在經(jīng)過(guò)WESP時(shí),總Hg濃度進(jìn)一步下降,WESP對(duì)煙氣總Hg的脫除效率約為20%.

圖9 超低排放技術(shù)路線下Hg遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律[31,34-36,38-39,43,46,55]

表6 SCR+ESP+WFGD+WESP技術(shù)路線下其他痕量元素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律[50,55-56]

以濕式電除塵器為核心的技術(shù)路線下其他痕量元素的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)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(jīng)過(guò)除塵工藝時(shí),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(jīng)過(guò)WFGD時(shí),隨著顆粒物被脫硫漿液沖刷脫除,元素的濃度進(jìn)一步下降.受元素特性的影響,不同元素在WFGD環(huán)節(jié)的去除效率介于3%~84%之間,差異較為顯著.煙氣經(jīng)過(guò)WESP時(shí),除Ni和Zn輕微上升外,大多數(shù)元素的濃度進(jìn)一步降低.該現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能是樣品采集過(guò)程中的不當(dāng)操縱所致.

5 結(jié)論與建議

5.1 與美國(guó)、歐盟、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)燃煤電廠的痕量元素排放標(biāo)準(zhǔn)限值較為寬松,且限定物種較為單一(僅規(guī)定了煙氣汞及其化合物排放限值).此外,未從燃煤煤質(zhì)、新建機(jī)組或現(xiàn)役機(jī)組、以及機(jī)組規(guī)模大小等角度進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化和區(qū)分.

5.2 基于現(xiàn)有的部分鍋爐煙氣測(cè)試結(jié)果,超低排放工藝組合下,我國(guó)燃煤電廠平均Hg排放濃度約為1.56μg/m3,遠(yuǎn)低于我國(guó)30μg/m3的標(biāo)準(zhǔn)限值.其中,98%的測(cè)試電廠Hg排放濃度低于10μg/m3,71%的測(cè)試電廠Hg排放濃度低于3μg/m3,現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)限值已無(wú)法起到大氣Hg排放的實(shí)際限制作用,亟需進(jìn)行修訂并加嚴(yán)到5μg/m3甚至3μg/m3以下,考慮對(duì)燃用不同煤質(zhì)的新老機(jī)組要兼顧公平性和技術(shù)可達(dá)性,建議可針對(duì)新建機(jī)組和現(xiàn)役機(jī)組及不同燃煤煤質(zhì)制定差異化的標(biāo)準(zhǔn)限值,比如對(duì)貴州等西南地區(qū)燃用汞含量高的無(wú)煙煤機(jī)組執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)限值略寬于燃用普通煙煤和褐煤的機(jī)組,且審慎發(fā)展汞、砷等重金屬含量高的新建燃煤機(jī)組.

5.3 基于現(xiàn)有的有限燃煤電廠測(cè)試結(jié)果,除個(gè)別機(jī)組外,目前我國(guó)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(guó)現(xiàn)行的MATS的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值.近年來(lái),燃煤導(dǎo)致的砷、鉛、鎘等痕量元素大氣排放及健康影響已引起國(guó)家社會(huì)高度關(guān)注.為保護(hù)生態(tài)環(huán)境和公眾健康,在當(dāng)前我國(guó)燃煤電廠已基本完成超低排放改造的背景下,建議進(jìn)一步加強(qiáng)燃煤電廠痕量元素排放水平的調(diào)查研究,并借鑒美國(guó)、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)限值,制定我國(guó)燃煤電廠除Hg外其他有害痕量元素的排放標(biāo)準(zhǔn)限值,也具有現(xiàn)實(shí)的可行性和必要性.

5.4 綜上,通過(guò)將二氧化硫和氮氧化物排放納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃的約束性指標(biāo),加之2014年以來(lái)全國(guó)范圍內(nèi)的燃煤電廠超低排放升級(jí)與改造計(jì)劃實(shí)施,我國(guó)已建成世界最大的清潔煤電體系,為我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量改善做出了貢獻(xiàn).為進(jìn)一步保護(hù)生態(tài)環(huán)境和公眾健康,促進(jìn)國(guó)際履約能力建設(shè),在已實(shí)現(xiàn)煙塵、二氧化硫和氮氧化物三項(xiàng)常規(guī)大氣污染物超低排放的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)評(píng)估燃煤電廠大氣汞及其他痕量元素的排放現(xiàn)狀,適時(shí)推動(dòng)燃煤電廠大氣汞排放標(biāo)準(zhǔn)限值的修訂及除汞外其他痕量元素的標(biāo)準(zhǔn)限值制定,具有較大的可行性及現(xiàn)實(shí)意義.

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.中華人民共和國(guó)2017年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL]. http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/ 202002/t20200228_1728913.html.National Bureau of Statistics. Statistical report of China on the 2017National Economic and Social Development [EB/OL]. http: //www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/202002/t20200228_1728913.html.

[2] 國(guó)務(wù)院辦公廳.國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)的通知 [EB/OL]. http://www.gov.cn/zhengce/ content/2014-11/19/content_9222.htm.Office of the State Council in China. Energy Development Strategy Action Plan (2014-2020) published by the State Council [EB/OL]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2014-11/19/content_9222.htm.

[3] 國(guó)家能源局.我國(guó)已建成全球最大清潔煤電供應(yīng)體系的通知 [EB/OL]. http://www.nea.gov.cn/2019-02/12/c_137815509.htm.National Energy Administration. Notice of China has built the largest clean coal power supply system in the world [EB/OL]. http://www. nea.gov.cn/2019-02/12/c_137815509.htm.

[4] 酈建國(guó),朱法華,孫雪麗.中國(guó)火電大氣污染防治現(xiàn)狀及挑戰(zhàn) [J]. 中國(guó)電力, 2018,51(6):2-10. Wu J G, Zhu F H, Sun X L. Current situation and challenge of air pollution control of thermal power plants in China [J]. Electric Power, 2018,51(6):2-10.

[5] 盧錦程,段鈺鋒,趙士林,等.600MW燃煤電廠痕量元素排放特性實(shí)驗(yàn)研究 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2018,38(12):4444-4450. Lu J C, Duan Y F, Zhao S L, et al. Experimental study on emission characteristics of trace elements in 600MW coal fired power plant [J]. China Environmental Science, 2018,38(12):4444-4450.

[6] United Nations Environment Programme (UNEP). Minamata convention on mercury [M]. Japan: UNEP, 2013.

[7] United States Environmental Protection Agency (US EPA). Clean Air Act [S]. Washington DC, United States: US EPA, 1963.

[8] United States Environmental Protection Agency (US EPA). Mercury and air toxics standards-history of the MATS regulation [EB/OL]. https://www.epa.gov/mats/history-mats-regulation.

[9] 鄭 偉,劉 偉,王 寧,等.美國(guó)燃煤電廠大氣汞排放控制法規(guī)探析 [J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué), 2019,45(1):1-4. Zheng W, Liu W, Wang N, et al. Exploration on atmospheric mercury emission control regulations for coal-fired power plants of the United States [J]. Environmental Protection Science, 2019,45(1):1-4.

[10] United States Environmental Protection Agency (US EPA). Clean Air Act Amendments [S]. Washington DC, United States: US EPA, 1990.

[11] United States Environmental Protection Agency (US EPA). Clean Air Mercury Rule [S]. Washington DC, United States: US EPA, 2005.

[12] National emission standards for hazardous air pollutants from coal and oil-fired electric utility steam generating units and standards of performance for fossil-fuel-fired electric utility, industrial commercial institutional, and small industrial commercial institutional steam generating units [S]. Washington DC, United States: US EPA, 2016.

[13] Natural Resources Defense Council (NRDC). Summary of Recent Mercury Emission Limits for Power Plants in the United States and China [EB/OL]. https://www.nrdc.org/resources/summary-recent- mercury-emission-limits-power-plants-united-states-and-china.

[14] 陳敏敏,王軍霞,張守斌,等.中國(guó)燃煤電廠汞達(dá)標(biāo)排放分析 [J]. 環(huán)境污染與防治, 2016,38(2):106-110. Chen M M, Wang J X, Zhang S B, et al. Analysis of mercury compliance emission for coal-fired power plants in China [J]. Environmental Pollution & Control, 2018,38(2):106-110.

[15] Directive 2010/75/EU of the European parliament and of the council of 24November 2010on industrial emissions (integrated pollution prevention and control) [S]. Brussels, Belgium: EU, 2010.

[16] Commission implementing decision (EU) 2017/1442 of 31 July 2017 establishing best available techniques (BAT) conclusions, under Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council, for large combustion plants [S]. Brussels, Belgium: EU, 2017.

[17] Directive 88/609/EEC on the limitation of emissions of certain pollutants into the air from large combustion plants [S]. Brussels, Belgium: EU, 1988.

[18] Directive 2001/80/EC of the European parliament and of the council of 23 October 2001 on the limitation of emissions of certain pollutants into the air from large combustion plants [S]. Brussels, Belgium: EU, 2001.

[19] The Canada-wide standards for mercury emissions from coal-fired electric power generation plants [S]. Ottawa, Canada: Canadian Council of Ministers of the Environment (CCME), 2006.

[20] Wu Q R, Wang S X, Liu K Y, et al. Emission-limit-oriented strategy to control atmospheric mercury emissions in coal-fired power plants toward the implementation of the minamata convention [J]. Environmental Science & Technology, 2018,52(19):11087-11093.

[21] Air pollution control law [S]. Tokyo, Japan: Ministry of the Environment of Japan (MOE), 2018.

[22] GB13223-2011 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) [S]. GB13223-2011 The emission standard of air pollutants for thermal power plants [S].

[23] 吳清茹,趙子鷹,楊 帆,等.中國(guó)燃煤電廠履行《關(guān)于汞的水俁公約》的差距與展望 [J]. 中國(guó)人口·資源與環(huán)境, 2019,29(10):52-60. Wu Q R, Zhan Z Y, Yang F, et al. Gaps and prospects for the implementation of Minamata Convention on Mercury by China's coal-fired power plants [J]. China Population, Resources and Environment, 2019,29(10):52-60.

[24] Wang J, Wang W H, Xu W, et al. Mercury removals by existing pollutants control devices of four coal-fired power plants in China [J]. Journal of Environmental Sciences, 2011,23(11):1839-1844.

[25] 李文俊.燃煤電廠和水泥廠大氣汞排放特征研究 [D]. 重慶:西南大學(xué), 2011. Li W J. Characterization of atmospheric mercury emissions from coal-fired power plant and cement plant [D]. Chongqing: Southwest University, 2011.

[26] 蔡同鋒,時(shí)志強(qiáng),劉寧凱,等.江蘇省300MW以上燃煤電廠汞排放現(xiàn)狀分析 [J]. 環(huán)境科技, 2014,27(5):5-11. Cai T F, Shi Z Q, Liu N K, et al. Study on mercury emission from coal-fired power plant more than 300MW in Jiangsu province [J]. Environmental Science and Technology, 2014,27(5):5-11.

[27] 尹得仕,酈建國(guó),袁建國(guó),等.國(guó)內(nèi)典型燃煤電廠大氣汞排放特性分析 [J]. 電站系統(tǒng)工程, 2014,30(5):50-55. Yin D S, Wu J G, Yuan J G, et al. Analysis of mercury emission for typical domestic coal-fired power plants [J]. Power System Engineering, 2014,30(5):50-55.

[28] Tang S L, Wang L N, Feng X B, et al. Actual mercury speciation and mercury discharges from coal-fired power plants in Inner Mongolia, Northern China [J]. Fuel, 2016,180:194-204.

[29] Wang S M, Zhang Y S, Gu Y Z, et al. Using modified fly ash for mercury emissions control for coal-fired power plant applications in China [J]. Fuel, 2016,181:1230-1237.

[30] 史曉宏,張 翼,趙 瑞,等.燃煤電廠煙氣汞減排技術(shù)研究與實(shí)踐 [J]. 中國(guó)電力, 2016,49(8):135-139. Shi X H, Zhang Y, Zhao R, et al. Research and practice of mercury emission reduction technology in coal-fired power plants [J]. Electric Power, 2016,49(8):135-139.

[31] 楊麗莎.燃煤電廠汞排放現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及排放量估算 [D]. 北京:華北電力大學(xué), 2016. Yang L S. Field test and estimation of mercury emission from the coal-fired power plant [D]. Beijing: North China Electric Power University, 2016.

[32] Sung J H, Back S, Jung B, et al. Speciation and capture performance of mercury by a hybrid filter in a coal-fired power plant [J]. International Journal of Coal Geology, 2017,170:35-40.

[33] Tang H J, Duan Y F, Zhu C, et al. Characteristics of a biomass-based sorbent trap and its application to coal-fired flue gas mercury emission monitoring [J]. International Journal of Coal Geology, 2017,170:19-27.

[34] Zhang Y, Yang J P, Yu X H, et al. Migration and emission characteristics of Hg in coal-fired power plant of China with ultra-low emission air pollution control devices [J]. Fuel Processing Technology, 2017,158:272-280.

[35] Zhao S L, Duan Y F, Chen L, et al. Study on emission of hazardous trace elements in a 350MW coal-fired power plant. Part 1. Mercury [J]. Environmental Pollution, 2017,229:863-870.

[36] 劉發(fā)圣,夏永俊,徐 銳,等.燃煤電廠污染控制設(shè)備脫汞效果及汞排放特性試驗(yàn) [J]. 中國(guó)電力, 2017,50(4):162-166.Liu F S, Xia Y J, Xu R, et al. Experimental study on mercury removal effect and mercury emission characteristics of pollution control equipment in coal-fired power plants [J]. Electric Power, 2017,50(4):162-166.

[37] 宋 暢,張 翼,郝 劍,等.燃煤電廠超低排放改造前后汞污染排放特征 [J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2017,30(5):672-677. Song C, Zhang Y, Hao J, et al. Mercury emission characteristics from coal-fired power plant before and after ultra-low emission retrofitting [J]. Research of Environmental Sciences, 2017,30(5):672-677.

[38] Cui J, Duan L B, Jiang Y, et al. Migration and emission of mercury from circulating fluidized bed boilers co-firing petroleum coke and coal [J]. Fuel, 2018,215:638-646.

[39] Li C F, Duan Y F, Tang H J, et al. Study on the Hg emission and migration characteristics in coal-fired power plant of China with an ammonia desulfurization process [J]. Fuel, 2018,211:621-628.

[40] Li C F, Duan Y F, Tang H J, et al. Mercury emissions monitoring in a coal-fired power plant by using the EPA method 30B based on a calcium-based sorbent trap [J]. Fuel, 2018,221:171-178.

[41] 郄光皓.山東省燃煤電廠大氣汞的排放與分析 [D]. 濟(jì)南:山東大學(xué), 2018. Qie G H. Emission and analysis of atmospheric mercury in coal-fired power plants in Shandong province [D]. Jinan: Shandong University, 2018.

[42] 王樹(shù)民,余學(xué)海,顧永正,等.基于燃煤電廠“近零排放”的大氣污染物排放限值探討 [J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2018,31(6):975-984. Wang S M, Yu X H, Gu Y Z, et al. Discussion of emission limits of air pollutants for "near-zero emission" coal-fired power plants [J]. Research of Environmental Sciences, 2018,31(6):975-984.

[43] 焦 峰.超低排放燃煤電廠煙氣重金屬污染物排放特征淺析 [J]. 低碳世界, 2019,9(1):11-13. Jiao F. Analysis on emission characteristics of heavy metal Pollutants from flue gas of ultra-low emission coal-fired power plants [J]. Low Carbon World, 2019,9(1):11-13.

[44] Zhu C Y, Tian H Z, Cheng K, et al. Potentials of whole process control of heavy metals emissions from coal-fired power plants in China [J]. Journal of Cleaner Production, 2016,114:343-351.

[45] Liu K Y, Wang S X, Wu Q R, et al. A highly resolved mercury emission inventory of Chinese coal-fired power plants [J]. Environmental Science & Technology, 2018,52(4):2400-2408.

[46] 鄭劍銘.燃煤電站汞排放環(huán)境影響與TAC對(duì)煙氣零價(jià)汞的吸附機(jī)理研究 [D]. 杭州:浙江大學(xué), 2013. Zheng J M. Environmental effects of mercury emission from coal-fired power plant and mechanic study on mercury captured by TAC [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2013.

[47] 萬(wàn) 勤,李金芬,陳 平,等.石河子市燃煤電廠重金屬去向及平衡分析 [J]. 干旱環(huán)境監(jiān)測(cè), 2015,29(3):110-118. Wan Q, Li J F, Chen P, et al. Destination and balanced analysis of heavy metals in coal-fired power plants in Shihezi city [J]. Arid Environmental Monitoring, 2015,29(3):110-118.

[48] 柴小康,黃國(guó)和,解玉磊,等.某燃煤超低排放機(jī)組非常規(guī)污染物脫除 [J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2020,14(12):3480-3494. Chai X K, Huang G H, Xie Y L, et al. Unconventional pollutant removal of a coal-fired ultra-low emission unit [J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2020,14(12):3480-3494.

[49] Zhao S L, Duan Y F, Li Y N, et al. Emission characteristic and transformation mechanism of hazardous trace elements in a coal-fired power plant [J]. Fuel, 2018,214:597-606.

[50] Chang L, Yang J P, Zhao Y C, et al. Behavior and fate of As, Se, and Cd in an ultra-low emission coal-fired power plant [J]. Journal of Cleaner Production, 2019,209:722-730.

[51] Li X Y, Bi X Y, Li Z G, et al. Atmospheric lead emissions from coal-fired power plants with different boilers and APCDs in Guizhou, Southwest China [J]. Energy & Fuels, 2019,33(11):10561-10569.

[52] 華 偉,孫和泰,祁建民,等.燃煤電廠超低排放機(jī)組重金屬鉛、砷排放特性 [J]. 熱力發(fā)電, 2019,48(10):65-70. Hua W, Sun H T, Qi J M, et al. Emission characteristics of Pb and As from an ultra-low emission coal-fired power plant [J]. Thermal Power Generation, 2019,48(10):65-70.

[53] Wang J W, Zhang Y S, Wang T, et al. Effect of modified fly ash injection on As, Se, and Pb emissions in coal-fired power plant [J]. Chemical Engineering Journal, 2020,380:122561.

[54] Zhou X, Bi X Y, Li X Y, et al. Fate of cadmium in coal-fired power plants in Guizhou, Southwest China: With emphasis on updated atmospheric emissions [J]. Atmospheric Pollution Research, 2020, 11(5):920-927.

[55] 崔 健.煤與石油焦混燃的循環(huán)流化床鍋爐重金屬、SO和Cl排放特性 [D]. 南京:東南大學(xué), 2018. Cui J. Emission characteristics of heavy metal, SOand Cl from circulating fluidized bed boilers [D]. Nanjing: Southeast University, 2018.

[56] Zhao S L, Duan Y F, Tan H Z, et al. Migration and emission characteristics of trace elements in a 660MW coal-fired power plant of China [J]. Energy & Fuels, 2016,30:5937-5944.

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(shù)民(1962-),男,山東東平人,教授級(jí)高級(jí)工程師,博士,主要從事電力生產(chǎn)技術(shù)管理、燃煤電站污染物控制技術(shù)及應(yīng)用研究.發(fā)表論文11篇.

2020-09-04

國(guó)家能源集團(tuán)科技創(chuàng)新項(xiàng)目(GJNY-19-56);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21777008)

* 責(zé)任作者, 教授, hztian@bnu.edu.cn