美国火电厂污染物排放监测和控制基本情况及其对我国的启示

—1—电力行业是我国节能减排的重点领域，国务院在《节能减排综合性工作方案》中对电力行业提出了明确要求。如何采取相关措施减少电力行业污染物排放，实现“十一五”期间污染物减排的约束性指标，促进经济社会可持续发展，是我们当前的一项重要任务。美国火电厂污染物排放监测和控制基本情况及其对我国的启示稽查局王云波美国发电总装机容量为10.88亿千瓦，是世界上电力工业规模最大的国家，其中煤电装机为3.36亿千瓦，占总容量的30.9%。2007年，美国总发电量为4.16万亿千瓦时，其中燃煤发电量为2.02万亿千瓦时，占总发电量的48.5%。大量的燃煤发电使电力行业成为美国排放二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳最多的行业，也是造成美国上世纪90年代初期三分之一地区酸雨的重要污染源。对此，美国采取了一系列的控制措施，并取得了显著成效，逐步改善了生态环境质量。—2—一、美国火电厂污染物排放监测和控制的基本情况为了有效控制大气污染和酸雨，改善环境质量，美国在电力行业污染物控制方面采取了多项措施，颁布了火电厂烟气排放标准，开展了烟气连续在线监测管理，研究并实施了酸雨计划,对二氧化硫、氮氧化物进行总量控制和排污权交易，逐步减少了火电厂二氧化硫、氮氧化物的排放。（一）美国火电厂污染物排放管理体制美国火电厂污染物排放监测和控制主要由联邦环保局（EPA）和各州政府环境保护部门来负责，有关政府部门按照职权划分在各自领域内行使环境保护监督管理职能，工作相互协调和配合。如能源部（DOE）主要开展相关能源环境政策、标准和清洁能源利用技术的研究，提出政策建议。能源监管机构主要是在审批电力项目许可时对相关环保标准和要求进行核实。联邦环保局成立于1970年12月，根据一系列联邦环境保护法律的授权，行使有关环境保护法规的制定以及环境行政执法的权力。其主要职责是通过有效地执法和实施各项环境保护计划，不断提高环境质量，保护公众健康和创造舒适优美的环境。各州设有州一级的环境质量委员会和环境保护局，拥有相应的立法权和执法权，一方面具体实施和监督联邦环境保护法律法规、环境标准、环境保护计划，另一方面也享有一定的自主权，决定哪些—3—污染源和行业可以通过州法规加以限制。但是州法规只能用来制定比现有联邦规定更严格的标准，州实施计划要得到联邦环保局的认可。联邦环保局可以针对在自然资源保护和污染防治治理上执行不力和对各项环保计划的实行不予配合的州，给予严厉惩罚。另外，如果州环保局不能正常履行职责，联邦环保局还可以直接接管其运行。（二）美国火电厂污染物排放控制的主要法律美国环境保护的法律法规十分健全，和环境有关的联邦一级立法就有30多部，其中与火电厂污染物控制关系最为密切、最重要的是《清洁空气法》（CleanAirAct）。《清洁空气法》颁布于1970年12月，是最早出台的大气污染物排放控制方面较为系统的法规，相关标准和处罚尺度都很具体，无需参照或类推其他法律。该法的主要目标是保护和提高国家空气质量，规定了6种主要污染物（SO2、CO、NOx、臭氧、铅、颗粒物）的环境质量标准，并将全国划分为247个空气质量控制区进行监测；1990年11月，美国对《清洁空气法》进行了修正（CAAA1990），采取了新的污染物排放控制策略，即由规定单个污染源的污染物排放量和排放速率的“命令型控制”改为对每个厂的污染物排放总量进行控制，同时提出具体的减排目标，并在此基础上建立了排放权交易制度。—4—（三）美国火电厂污染物排放的相关标准1111、联邦空气质量标准（、联邦空气质量标准（、联邦空气质量标准（、联邦空气质量标准（NAAQSNAAQSNAAQSNAAQS）。）。）。）。美国根据《清洁空气法》制定了全国大气环境质量标准，该标准规定了大气中各种污染物的最高允许浓度。美国联邦空气质量标准1见表1。表1美国联邦空气质量标准2222、燃煤电厂污染物控制标准。、燃煤电厂污染物控制标准。、燃煤电厂污染物控制标准。、燃煤电厂污染物控制标准。为使固定污染源排放符合排放标准，美国通过制定和实施全国统一的新污染源排放标准一级标准一级标准一级标准一级标准二级标准二级标准二级标准二级标准污染物种类污染物种类污染物种类污染物种类浓度浓度浓度浓度平均时间平均时间平均时间平均时间浓度浓度浓度浓度平均时间平均时间平均时间平均时间COCOCOCO9ppm（10mg/m3）8小时无35ppm（40mg/m3）1小时铅铅铅铅0.15µg/m3连续3月平均同一级标准1.5µg/m3平均每季度同一级标准NONONONO22220.053ppm（100µg/m3）年算术平均值同一级标准PMPMPMPM10101010150µg/m324小时同一级标准PMPMPMPM2.52.52.52.515.0µg/m3年算术平均值同一级标准35µg/m324小时同一级标准OOOO33330.075ppm8小时同一级标准0.08ppm8小时同一级标准0.12ppm1小时同一级标准SOSOSOSO22220.03ppm年算术平均值0.5ppm（1300µg/m3）3小时0.14ppm24小时1来源于美国环保局。—5—（NSPS）等对燃煤电厂的污染物排放进行控制。目前，美国燃煤电厂执行的标准和规则是世界上最全面、最细致的2，见表2。表2美国燃煤电厂执行的标准和规则对新厂或已有工厂扩建，必须满足新污染源效能标准和新污染源审核（NSR）要求3，具体见表3。表3美国燃煤电厂的新污染源效能标准及新污染源审核要求3333、污染物排放监测标准。、污染物排放监测标准。、污染物排放监测标准。、污染物排放监测标准。为加强对污染物排放控制的监测，1979年，美国新建火电机组被首次要求安装烟气排放连续监测规则规则要求新污染源效能标准技术标准涵盖了新建、改建、重建工厂的SO2,氮氧化物如NO2,TSP,PM10排放以及不透明度要求。新污染源审核工厂在建设前必须得到许可。详细规定SO2,氮氧化物如NO2,TSP,PM10的排放限制和不透明度要求。运行许可所有污染源必须获得有排放限制的运行许可。酸雨计划总量控制与交易计划。相关电厂必须拥有一定的二氧化硫排放额度和NOx排放限制。NOx预算交易计划在美国东部电厂通过基于市场的总量控制与交易减少NOx排放，主要通过州规则对大的锅炉实行。污染物污染物污染物污染物新污染源效能标准新污染源效能标准新污染源效能标准新污染源效能标准（（（（NSPSNSPSNSPSNSPS））））新污染源审核（新污染源审核（新污染源审核（新污染源审核（NSRNSRNSRNSR））））最佳可行控制技术最佳可行控制技术最佳可行控制技术最佳可行控制技术////最低可排放率（最低可排放率（最低可排放率（最低可排放率（BACBACBACBACTTTT/LAER/LAER/LAER/LAER）排放限制）排放限制）排放限制）排放限制最佳可行控制技最佳可行控制技最佳可行控制技最佳可行控制技术术术术////最低可排放率最低可排放率最低可排放率最低可排放率（（（（BACTBACTBACTBACT/LAER/LAER/LAER/LAER））））控控控控制工艺制工艺制工艺制工艺最佳可行控制技最佳可行控制技最佳可行控制技最佳可行控制技术术术术////最低可排放最低可排放最低可排放最低可排放率（率（率（率（BACTBACTBACTBACT/LAER/LAER/LAER/LAER））））控制效率控制效率控制效率控制效率通常通常通常通常（（（（mg/Nmmg/Nmmg/Nmmg/Nm3333））））二氧化硫265-530mg/Nm3和70%到90%的去除率53-88mg/Nm3燃用低硫煤，FGD90-95%新建电厂100氮氧化物0.73g/kwh63mg/Nm321-42mg/Nm3选择性催化反应技术和低氮燃烧技术50-90%新建电厂100PM1013.25mg/Nm3和99%的去除率4.4-6.6mg/Nm3电除尘器，布袋除尘器大于99.5%30-50不透明度20%不透明度（平均6分钟）10%不透明度电除尘器，布袋除尘器99.9%总悬浮颗粒物－2来源于美国能源部。3来源于美国能源部。—6—系统（CEMS），并严格执行相关的监测标准。目前美国所有燃煤电厂均安装了连续监测系统（CEMS），执行的污染物监测标准是“联邦法律汇编第40卷第75部分-烟气排放连续监测系统现场审计手册”（40CFRPart75CEMSFieldAuditManual）（以下简称“Part75”）。Part75对在线监测的范围、标准、准确度等提出了很多严格细致的要求，企业必须据此提供每小时的排放监测数据，这也为开展排污权交易提供了统一的数据平台。（四）美国火电厂污染物减排主要措施和基本程序美国电力行业二氧化硫和氮氧化物控制以排污交易为主，企业可以自主选择是安装脱硫设施还是购买排放额度，仅有30%左右的燃煤电厂安装了烟气脱硫设施，低于中国烟气脱硫机组占煤电机组的比例（截至2008年底，我国60%以上的燃煤机组安装了烟气脱硫设施）。美国对采取何种路线进行污染物控制进行了详细的科学分析和预测，图1显示了不同措施控制污染物排放的成本对比4。4来源于美国环保局。—7—图12010年美国污染物控制措施成本对比预测采取排污交易措施能以最低的成本使环境质量得到改善。因此，美国在《清洁空气法》修正案（CAAA1990）的第四篇中提出酸雨计划，启动了总量控制与排污交易计划（CapandTradeProgram）。1111、酸雨计划。、酸雨计划。、酸雨计划。、酸雨计划。酸雨计划的目标是：到2010年，SO2在1980年的基础上减排1000万吨，总体排放水平保持在1980年的排放水平以下。酸雨计划分两个阶段：第一阶段从1995年1月到1999年12月，控制对象为排放水平超过1.1kg/GJ（2.5lb/MBtu）的110座燃煤电厂，共有263台机组，后来又增加了182台机组，总数达到445台，遍及美国东部和中西部地区的电力企业。第二阶段从2000年1月到2010年，涉及的机组总数达到2000多台，包括了所有装机容量大于25MW的机组。第二阶段的允许排放水平从第一阶段的1.1kg/GJ（2.5lb/MBtu）下降到—8—0.5kg/GJ（1.2lb/MBtu）。2222、总量控制与交易计划。、总量控制与交易计划。、总量控制与交易计划。、总量控制与交易计划。酸雨计划的核心是建立在市场机制上的二氧化硫总量控制和排放权交易。其基本流程如下：（（（（1111）政府设定一个二氧化硫排放的总量限制）政府设定一个二氧化硫排放的总量限制）政府设定一个二氧化硫排放的总量限制）政府设定一个二氧化硫排放的总量限制政府组织相关机构对环境现状进行评估，科学分析原因，进行模式研究，主要考虑减少多少排放量能改变对环境卫生的影响，技术上和经济上的可行性，所花费的时间等。在听取公众意见后通过立法确定排放的总量、减排的时间表、排放额度分配规则等。（（（（2222）政府将排放额度分配给各个发电厂）政府将排放额度分配给各个发电厂）政府将排放额度分配给各个发电厂）政府将排放额度分配给各个发电厂在分配排放额度时主要遵循公平公正、激励性、易确定性、高效率等原则，有多种不同的分配方法，如根据发电量、燃料量、烟气量、机组效率、是否安装脱硫设施等因素来进行考虑，各种方法不一定都是完美的，但不同的分配方法得到的最终减排量是一致的。这样就确定了各个电厂的主要职责：美国大约530个燃煤发电厂（305GW），共1300个锅炉产生了电力行业的大部分污染物排放：95%的SO2、90%的NOx、83%的CO2。（（（（3333）发电厂制定合规和控制策略）发电厂制定合规和控制策略）发电厂制定合规和控制策略）发电厂制定合规和控制策略根据政府确定的排放额度，发电厂有一年的准备时间，来采取相关的措施，建设防止污染物排放的设施或进行排放额度的交—9—易。一个排放额度用来抵消一吨二氧化硫，排放额度可以无限制的自由交易，正式的交易需要在联邦环保局的排放额度跟踪系统里进行登记，当年未用完的剩余排放额度可以延续到下一年继续使用。（（（（4