固定式燃气轮机大气污染物排放标准限值的选择

3 SO2排放限值的确定及依据

3.1 SO2的来源分析

燃机SO2排放浓度取决于天然气中的总硫，因此，天然气的品质决定了燃机SO2的排放水平。由于燃机一般使用的是通过长管道传输的天然气或液化天然气，根据相关天燃气的品质可推算出燃机SO2排放水平。

目前国内相关标准有GB 17820—2018《天然气》、GB/T 37124—2018《进入天然气长输管道的气体质量要求》、GB/T 33445—2016《煤制合成天然气》和SN/T 2491—2010《进出口液化天然气质量评价标准》，具体指标如表2所示[15]。从表2可以看出，采用长距离传输的天然气（即满足GB 17820—2018中的一类气或GB/T 37124—2018的要求），在2020年12月31日之后总硫质量浓度不会超过20 mg/m3，采用进口液化天然气总硫质量浓度不会超过30 mg/m3。折算到烟气中SO2的质量浓度分别为1.3和2 mg/m3。即使是目前过渡期期间，一类天然气中总硫质量浓度为60 mg/m3时，烟气中SO2的质量浓度约4 mg/m3。

图1是7家电厂的天然气总硫含量的实际测试数据，其总硫质量浓度在0.1~8.7 mg/m3，远低于现行相关国家标准。由此可见，实际天然气中的总硫含量要比天然气标准中的限值更低，SO2的排放量一般应在1 mg/m3以下。

3.2 国内外标准现状

国内外标准中SO2的排放限值如表1所示。国际上普遍未对固定式燃气轮机设置SO2的排放限值标准，即使更严格的欧盟《大型燃烧装置的最佳可行技术参考文件》与美国BACT标准中也未提出SO2的排放限值，但是美国对天然气品质有一定的限定。

国家标准GB 13223—2011中燃气轮机没有单独明确标准，笼统执行燃气发电锅炉的排放限值（即35 mg/m3）。广东省DB 44/612 —2009《火电厂大气污染物排放标准》及北京市DB 11/847—2011《固定式燃气轮机大气污染物排放标准》中规定SO2最高允许排放质量浓度为20 mg/m3。天津市DB 12/ 810—2018《火电厂大气污染物排放标准》与《深圳市大气环境质量提升补贴办法（2018—2020年）》（深人环〔2018〕581号文）均未明确SO2的排放限值。

3.3 SO2的排放现状

根据目前CEMS历史数据显示（见图2），SO2的平均排放质量浓度为0.5~2.52 mg/m3，上限值为0.7~20 mg/m3。上限值差异很大，除了天然气品质波动外，主要原因是CEMS采用的红外法存在测量精度不高（达不到检测限，甚至出现大量负值）以及CH4的干扰问题（主要是启动阶段），导致SO2浓度严重失真。

3.4 监测方法与标准现状

（1）手工分析方法。目前SO2监测方法有：GB 13223—2011与DB 11/847—2011采用HJ 56、HJ 57、HJ 629中的监测方法；DB 12/810—2018中采用HJ 629、HJ 57中的监测方法。因此，目前现行标准中SO2监测方法主要采用HJ 56、HJ 57、HJ 629中的方法。

HJ 56《固定污染源排气中二氧化硫的测定—碘量法》中规定的碘量法测定范围是100~6 000 mg/m3，明显不适用于低浓度检测。

HJ 57《固定污染源废气SO2的测定—定电位电解法》与HJ 629《固定污染源废气SO2的测定—非分散红外吸收法》中规定的方法检出限均为3 mg/m3，测定下限也均为12 mg/m3。

上述标准难以适应固定式燃气轮机低浓度SO2手工监测分析要求。

（2）在线分析方法。HJ 75《固定污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测技术规范》中规定，当SO2质量浓度＜57 mg/m3时，绝对误差不超过17 mg/m3，难以满足低浓度SO2的在线监测要求。

（3）存在问题。由于固定式燃气轮机SO2排放浓度极低，目前在线监测标准的允许绝对误差均明显超过实际排放值，不能满足对固定式燃气轮机SO2的自动监测要求；手工监测方法也存在较大的监测误差，甚至出现排放浓度低于检出限的情况。

3.5 排放限值的建议

由于监测手段难以满足极低SO2排放浓度的监测要求，设定SO2的排放限值对污染物减排没有实质性意义，反而存在执法风险，也会造成监测设备采购、运行维护、监督、监测等方面人力与财力等社会资源浪费问题，甚至会误导相关决策。建议取消SO2的排放控制要求，与国际相关排放标准接轨，在手工监测与在线监测方法与标准提高后，可再提出低排放限值。

4 颗粒物排放限值的确定及依据

4.1 颗粒物的来源分析

燃气轮机排放的颗粒物主要来源有3个：（1）天然气和助燃空气中含有一定量的粉尘（质量浓度约为每立方米数十微克）；（2）燃烧不完全产生的炭黑、有机物等；（3）余热锅炉等内部构件产生的脱落。

天然气和空气中的颗粒物浓度很低，且空气经过过滤器后才能进入燃烧室。根据EN 779—2002《一般通风用空气过滤器—过滤性能的测定》对空气过滤器的分级，F9级空气过滤器对0.4 μm的粒子过滤效率可达95%以上，即使是F7级空气过滤器的过滤效率也可达80%~90%，因此，空气中的颗粒物浓度非常低。

不完全燃烧和内部构件（如保温棉）脱落产生的颗粒物具有一定的随机性，量也很低，一般认为可以忽略不计。

4.2 排放标准现状

国内外标准中颗粒物的排放限值如表1所示。美国、欧盟的排放标准或最佳可行技术文件中都未对固定式燃气轮机设置颗粒物的排放限值。日本2012年修订的《大气污染防治法》中规定，固定式燃气轮机在一般地区和重点地区的烟尘排放限值分别为50和40 mg/m3，但未区分天然气和其他燃气。

中国GB 13223—2011中没有单独设置燃气轮机机组的颗粒物排放限值，而是笼统地执行燃气发电锅炉的排放限值（即5 mg/m3）。北京DB 11/847—2011相关规定中要求颗粒物排放限值不大于5 mg/m3。天津市DB12/ 810—2018以及《2018年“深圳蓝”可持续行动计划》未明确颗粒物的排放要求。

4.3 排放现状

根据江苏省17家燃机电厂CEMS的历史监测数据（取自近一年的小时均值报表）显示，烟气中颗粒物浓度均值为0.1~2 mg/m3，峰值一般不超过3.5 mg/m3，具体数据见图3。

4.4 监测方法与标准现状

（1）手工监测分析方法。现行颗粒物监测方法有：GB 13223—2011与DB 11/847—2011采用GB/T 16157中的监测方法；DB 12/810—2018采用GB/T 16157和HJ 836中的监测方法。因此，现行标准中颗粒物监测方法主要采用GB/T 16157、HJ 836中的方法。

GB/T 16157《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》中规定的方法适用于质量浓度>20 mg/m3的测量。

HJ 836《固定污染源废气—低浓度颗粒物的测定》中规定的方法检出限为1.0 mg /m3，测定下限为3~4 mg/m3。

（2）在线分析方法。HJ 75《固定污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测技术规范》中规定，当颗粒物质量浓度＜10 mg/m3时，绝对误差不得超过5 mg/m3，明显难以满足固定式燃气轮机低浓度颗粒物的在线监测要求。

（3）存在问题。现行颗粒物监测方法与标准存在与SO2监测方法与标准相似的问题。

4.5 排放限值的确定

参考取消SO2排放限值的缘由，建议取消颗粒物的排放限值。

5 环境效益

截至2018年年底，江苏省在运57台固定式燃气轮机机组（装机容量为15.34 GW），同时在建26台（装机容量为4.40 GW）。其中14台为调峰机组，其余为热电联产机组，年运行小时数参考环境影响评价中的取值分别按3000、5 000 h计。根据估算，燃煤与燃气机组NOx排放分别达到约4.8和2.4万t，其中燃气机组占电力行业总排放的约33%。燃机执行15 mg/m3的新标准后，NOx排放总量可削减约1.67万t。通过模拟计算分析，执行新标准后，江苏省典型市与全省大气NOx日均值和年均值可分别降低3~8.47 μg/m3 和 0.68~1.38 μg/m3，PM2.5日均值和年均值可分别降低1.39~1.87 μg/m3和0.13~0.19 μg/m3[15]。

6 结论

当前环保工作已经逐步进入精细化治理阶段，NOx作为城市臭氧、PM2.5等主要污染物的前体物，进一步控制其排放对于持续改善城市环境质量具有重要意义。同时考虑到氨逃逸、技术可行性与经济性等多种因素，且环保电价等补贴政策到位时，建议固定式燃气轮机NOx的排放限值设定为15 mg/m3。

设定SO2、颗粒物的排放限值对污染物减排没有实质性意义，反而存在执法风险以及社会资源浪费等问题。建议取消SO2、颗粒物的排放限值，与国际相关排放标准接轨。未来需要加强手工检测与在线监测方法与标准的研究，为环境执法监督提供技术和政策支撑。

采用高炉与焦炉煤气等其他燃气的固定式燃气轮机实现了对副产物的综合利用，建议仍按GB13223—2011的要求执行。

作为清洁能源，燃气发电在中国未来能源发展格局中将发挥愈来愈重要的作用。更严格、更精准的固定式燃气轮机污染物排放标准限值设定一方面将有利于改善区域环境空气质量，另一方面也将更加有利于凸显燃气发电的环保优势和天然气清洁能源的本质属性。