2017-中国燃煤电厂和燃煤工业锅炉汞排放协同控制潜力研究_35页-2mb

中国燃煤电厂和燃煤工业锅炉汞排放协同控制潜力研究总结

核心内容

本研究基于最新的概率排放因子模型，评估了中国燃煤电厂（CFPPs）和燃煤工业锅炉（CFIBs）的汞排放情况，并分析了现有和未来大气污染控制政策对汞减排的协同效应。研究目标是为《水俣汞公约》的国家实施计划（NIP）提供科学依据，以支持中国在汞排放控制方面的政策制定。

主要观点

• 汞排放量估算：2010年中国燃煤电厂汞排放中值为100吨，燃煤工业锅炉为72.5吨。
• 协同控制潜力：到2017年，燃煤电厂和燃煤工业锅炉的汞排放分别减少46.3吨和45.7吨，预计汞削减量将高于实际值，由于煤炭消费增长和违规排放的存在。
• 2020年和2030年预测：到2020年，燃煤电厂汞排放将比2010年减少约25%；燃煤工业锅炉减少约44%。到2030年，预计燃煤电厂汞排放减少35-77%，燃煤工业锅炉减少29-79%。具体减排取决于能源使用和污染控制情景。
• 汞排放控制标准：燃煤电厂和燃煤工业锅炉的汞排放标准将逐步收紧，以实现更严格的汞减排目标。例如，2020年燃煤电厂的综合标准可以是8微克/立方米的排放浓度限值或75%的脱汞率；燃煤工业锅炉的综合标准为10微克/立方米或70%的脱汞率。2030年的标准进一步收紧为5微克/立方米或85%的脱汞率。
• 控制技术有效性：燃煤电厂和工业锅炉的脱汞效率受煤炭质量（如氯含量、灰分含量）和污染控制设备类型（如静电除尘器、布袋除尘器、湿法烟气脱硫）影响。例如，PC+FF+WFGD组合的脱汞效率可达86%，而SF+WS组合仅为23%。

关键信息

2.1 模型说明

• 本研究采用基于控制技术的概率排放因子模型，以减少汞排放估算的不确定性。
• 模型通过蒙特卡洛模拟法考虑关键参数的概率分布，如煤的汞含量和脱汞效率，计算样本量为10,000。
• 煤炭汞含量和脱汞效率采用偏态分布，如对数正态分布和威布尔分布，以更准确地反映实际排放情况。

2.2.1 煤炭的汞含量

• 本研究使用的煤炭汞含量数据来自Zhang等（2012）和美国地质调查局（2004），几乎覆盖中国所有大型煤田。
• 山西和内蒙古是最大的煤炭生产省份，样本数量分别为88和46。其他省份如贵州、云南、河北等也具有较多样本。
• 中国煤炭平均汞含量为0.17毫克/千克，但不同省份差异较大，如贵州汞含量最高，达1.14毫克/千克。

2.2.2 大气污染控制装置（APCDs）的脱汞效率

• 不同大气污染控制装置组合的脱汞效率差异显著。例如，PC+FF+WFGD的脱汞效率可达86%，而SF+WS仅为23%。
• 2010年，燃煤电厂最常见的组合是PC+ESP+WFGD，脱汞效率为62%。随着SCR技术的推广，PC+SCR+ESP+WFGD的脱汞效率将提升至69%。
• 燃煤工业锅炉中，FF+WFGD组合的脱汞效率可达86%，但大多数仍使用效率较低的设备，如旋风除尘器（CYC）和湿式除尘器（WS）。

2.2.3 基准年（2010年）活动水平及APCD安装率

• 2010年中国火电总装机容量为7.1亿千瓦，其中92%为燃煤电厂。
• 燃煤电厂平均供电煤耗为333克标准煤/千瓦时，总煤炭消费量为15.45亿吨。
• 2010年，燃煤电厂颗粒物排放强度低于1.0克/千瓦时，二氧化硫排放强度为2.7克/千瓦时。
• 燃煤工业锅炉中，80%使用煤炭，70%以上为中小型锅炉，其汞排放问题尤为突出。

3.1 燃煤行业大气污染控制要求

• 《大气污染防治行动计划》（“大气十条”）：该计划通过关闭小型锅炉、推广高效污染控制设备、控制煤炭消耗和促进煤炭洗选，对汞减排具有协同控制作用。
• 《火电厂大气污染排放标准》（GB13223-2011）：首次引入火电厂汞排放限值，为0.03毫克/立方米。
• 《锅炉大气污染排放标准》（GB13271-2014）：首次引入燃煤工业锅炉汞排放限值，为0.05毫克/立方米。

3.2 2017年情景预测

• 2017年，燃煤电厂的煤炭消费量预计从18.6亿吨降至17.47亿吨；燃煤工业锅炉的煤炭消费量预计从7.87亿吨降至7.16亿吨。
• “大气十条”推动了布袋除尘器的普及，静电除尘器（ESP）和湿法烟气脱硫（WFGD）成为主要控制设备。
• 煤炭洗选率在2017年将提升至50%以上，其中燃煤电厂和工业锅炉分别达到50%和60%。

3.3 2020年和2030年情景预测

• 2020年和2030年的情景预测面临更大的不确定性，主要来自能源消耗和污染控制措施。
• 本研究设计了三种能源情景（ES0、ES1、ES2），以及三种污染控制情景（BAU、EEC、ACT），以评估不同政策路径下的汞减排潜力。
• 2020年，燃煤电厂和燃煤工业锅炉的脱汞效率预计将分别达到75%和70%；2030年，燃煤电厂的脱汞效率将提升至85%，燃煤工业锅炉则为75%。

影响和政策建议

6.1 不确定性分析

• 煤炭含汞量和脱汞效率是影响汞排放估算的两个主要不确定因素。
• 2010年，燃煤电厂汞排放的不确定性范围为-35%至+45%，燃煤工业锅炉为-45%至+47%。
• 2020年和2030年，不确定性将进一步增加，主要由于能源情景和控制情景的不确定性。

6.2 政策建议

• 最佳可行技术（BAT）的采用：建议采用更先进的脱汞技术，如SCR、FF+WFGD，以提高脱汞效率。
• 国家汞减排目标：中国应制定明确的汞减排目标，如到2020年减少25%-50%，到2030年减少50%-70%。
• 排放标准组合：建议采用浓度至上和效率至上的排放标准组合，以更灵活地满足不同地区的控制需求。
• 加强汞排放监测标准体系建设：建立更完善的汞排放监测体系，以提高数据的准确性和可比性。
• 发展环保登记制度：加强煤炭使用和排放的监管，推动环保登记制度的发展。
• 改进工业锅炉管理系统：推动工业锅炉管理系统的改进，提升脱汞效率，减少汞排放。

结论

本研究提供了中国燃煤行业汞排放清单的最新估算，结合了煤炭含汞量、脱汞效率和污染控制设备的使用情况，评估了不同政策情景下的汞减排潜力。研究结果有助于中国履行《水俣汞公约》的承诺，并为制定更有效的汞控制政策提供科学依据。