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摘要 燃煤电厂是全球最主要的大气汞排放源之一，也是《关于汞的水俣公约》（以下简称《公约》）的大气重点管控源。《公约》自2017年8月16日正式对中国生效，意味着中国燃煤电厂必须严格按照《公约》相关规定开展履约工作。本研究通过分析《公约》对大气汞排放的核心管控要求，并基于文献和数据调研确定了中国燃煤电厂大气汞排放控制现状，从而探索中国燃煤电厂在大气汞排放清单编制以及大气汞排放管控措施等工作的履约差距和需求，以期为燃煤电厂大气汞排放履约提供支撑。研究结果表明，无论是排放清单编制还是大气汞的管控措施均与公约要求存在一定差距。在排放清单方面，中国尚未编制燃煤电厂的国家排放清单。考虑到当前烟气汞实测数据的缺乏，短期内建议采用估算法开展国家清单编制。通过建立相对完善的污染物释放转移登记制度、推进燃煤汞含量参数库和污染控制设备脱汞效率参数库的建立，开展排放清单的编制和动态更新。未来采用实测数据进行清单校验应推动烟气汞排放的监管、加强标准方法配套的国产采样设备的评估和改进、以及提高检测人员的测试能力。相关来源的筛选原则建议优先采用设备规模这项原则，未来可进一步考虑采用将设备规模和设备的汞排放量相结合的原则。在排放管控方面，现有管控现状与《公约》提出的五大可选措施仍存在差距。建议明确燃煤电厂总量控制目标，短期内应重点考虑相对目标或控制增速的目标，长期发展可采用绝对目标;提出各阶段的具体管控措施，从替代性措施和控制技术应用两方面控制大气汞排放;推动燃煤电厂大气汞排放限值的修订，确定分别针对新建和现有燃煤电厂的排放限值;强化多污染物控制技术的协同脱汞效果并提高技术的稳定性，同时开展高效低价专门脱汞技术的研发，以期为电厂大气汞污染控制做技术储备。
关键词 燃煤电厂;大气汞排放;《关于汞的水俣公约》
中图分类号 X323 文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2019）10-0052-09 DOI：10.12062/cpre.20190515
自改革開放以来，中国燃煤电厂在国民经济发展历程中扮演着不可替代的角色。然而，快速的能源消费也带来了严峻的环境问题。燃煤电厂是大气污染物的重要排放源之一，不仅面临国内大气污染管控的挑战，同时也承担着国际公约履约的责任。2017年8月16日，《关于汞的水俣公约》（以下简称《公约》）正式对中国生效[1-2]。燃煤电厂是《公约》排放条款附录D中的五个重点大气汞排放源之一。这意味着中国燃煤电厂必须严格按照《公约》大气汞排放的相关要求开展履约工作。基于此，本文从燃煤电厂大气汞的来源及控制、《公约》对大气汞排放的相关要求出发，结合中国燃煤电厂污染防治现状，提出了燃煤电厂大气汞排放履约的差距与展望。
1 燃煤电厂大气汞的来源与控制
燃煤电厂是全球仅次于小手工炼金的大气汞排放源[3]。2010年全球燃煤电厂大气汞排放量为316 （204～452） t，约占全球大气汞排放总量的16.1%[3]。此外，在所有的大气汞排放部门中，燃煤电厂几乎遍布各个缔约方，具有全球普遍的关注度。因此，《公约》附件D将燃煤电厂列为五个大气汞排放重点管控源之首。包括中国在内的各个缔约方需按照公约要求，编制燃煤电厂大气汞排放履约行动计划并采取措施控制其排放。根据已有研究，中国燃煤部门大气汞排放约占全国大气汞排放的47%，其中燃煤电厂的排放占燃煤部门的39%[4]。因此，燃煤电厂也是中国大气汞的重点排放源和管控源。中国燃煤电厂大气汞履约行动计划的编制不仅有助于指导燃煤电厂大气汞排放的控制，也对其他大气汞排放重点管控源有重要指导意义。
确定燃煤电厂大气汞排放控制的差距与展望，需要建立在充分了解燃煤电厂汞的来源与现有控制的基础上。燃煤电厂排放的大气汞源自煤炭中汞的输入[5]。煤炭汞含量是影响燃煤电厂汞输入的重要因素之一。2000年以来的研究成果显示，不同研究得到的中国原煤的汞含量均值基本上在0.15～0.22 mg/kg的范围，总体上为低汞煤（0.15～0.25 mg/kg）[5]。从区域分布看，新疆等地为特低汞煤（小于0.15 mg/kg），西南地区有一定比例的中高汞煤[5-6]。从煤种上看，褐煤的汞含量最高，约为0.280 （0.030～1.527 mg/kg）[5]。烟煤、亚烟煤和无烟煤的汞含量相对比较接近，分别为0.147 （0.009～1.134） mg/kg、0.145 （0.008～2.248） mg/kg和0.150 （0.009～0.541） mg/kg[5]。《公约》缔约方大会第一次会议审议通过的《关于最佳可得技术（Best available technology， BAT）和最佳环境实践（Best environmental protection， BEP），同时亦考虑到新来源与现有来源之间的任何差异，并最大限度减少跨介质影响的必要性的指导意见》（以下简称《BAT/BEP导则》）[7]中，对全球主要国家煤炭中的汞含量进行汇总和分析。对比发现，中国原煤的汞含量与美国、巴西、罗马尼亚等国相当[7]。除本国生产的原煤外，中国消费的原煤大约有5.1%（2015年数据）左右需要通过进口[8]。海关数据显示，印度尼西亚、澳大利亚、朝鲜、俄罗斯、蒙古、越南和朝鲜是中国最主要的煤炭进口国[9]。其中，越南煤炭的汞含量（均值约0.348 mg/kg）相对较高[7]。因此，源头减排是减少燃煤电厂大气汞排放的重要措施。
煤中的汞主要以汞硫键的形式存在[10-11]。据估计，洗煤过程有0%～60%的脱汞效率[12]。然而，中国燃煤电厂的洗煤率仅有2%左右[13]。因此，电厂通过使用洗煤减少汞的输入将具有一定的减排潜力。在锅炉高温燃烧的条件下，汞硫键断裂，99%以上的汞随之以气态元素汞（Elemental gaseous mercury， Hg0）的形式释放到烟气中[14]。释放到烟气中的汞可被氯化氧化为气态氧化汞（Gaseous oxidized mercury， Hg2+）或在飞灰的表面发生催化氧化。Hg2+吸附到飞灰表面形成颗粒汞（Particulatebound mercury， Hgp）。烟气中的汞随之进入一系列的大气污染控制设施中，并在这些污染控制设施中发生汞的氧化还原反应和脱除。燃煤电厂大气污染控制设施主要包括脱硝、除尘和脱硫设施。脱硝设施普遍采用选择性催化还原技术（Selective catalytic reduction technology， SCR）。SCR催化剂能够将Hg0催化氧化为Hg2+，转化率达到30%～80%[14-16]。少量的Hg2+能够吸附在颗粒物上转化为Hgp。然而，SCR本身没有副产物的产生，因此对汞并没有脱除效果。但是，其对汞的氧化作用能够促进汞在除尘和脱硫设施中的脱除，从而提高污染控制设施组合的整体脱汞效率。除尘设施一般包括静电除尘器（Electrostatic precipitator， ESP）、低低温电除尘器（Lowtemperature electrostatic precipitator， LTESP）、布袋除尘器（Fabric filter， FF）、湿式电除尘器（Wet electrostatic precipitator， WESP ）和电袋复合除尘器（ESPFF）。汞在除尘设施中发生复杂的氧化还原反应并主要以Hgp的形式被除尘设施所脱除。研究表明，ESP和FF的脱汞效率分别为4%～43%和9%～86%[5， 14， 16-19]。不同企业的测试结果存在较大的差异。WESP、LTESP和ESPFF为近年来煤电用来超低排放改造的除尘新设施，但是，这些设施的协同脱汞效果目前还缺乏足够的评估。脱硫设施包括石灰石湿法脱硫、海水脱硫、干法脱硫等。燃煤电厂目前主要采用湿法脱硫设施（WFGD）。WFGD能够有效脱除烟气中的Hg2+和Hgp。然而，燃煤电厂烟气进入WFGD时往往已经经过高效除尘，Hgp的浓度非常低。因此，现场测试往往表现为Hg2+的降低，而Hgp没有显著变化。2005年以来，国家颁布了一系列的节能减排措施，这些措施也推动燃煤电厂开展了一系列的环保改造，一定程度上有助于控制中国燃煤电厂大气汞排放量的增长，间接服务于中国燃煤电厂履行《公约》的相关要求。
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