基于SCREEN3的燃煤電廠海岸線熏煙問(wèn)題研究

韓宇超，聶峰

(1.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司，北京 100011;2.華東電力設(shè)計(jì)院，上海 200001)

基于SCREEN3的燃煤電廠海岸線熏煙問(wèn)題研究

韓宇超1，聶峰2

(1.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司，北京 100011;2.華東電力設(shè)計(jì)院，上海 200001)

以2×300MW、2×600MW、2×1000MW海邊燃煤電廠為例，采用SCREEN3模式利用正交試驗(yàn)法研究了海岸線熏煙和常規(guī)氣象條件下，不同煙囪高度、不同排煙溫度、不同離岸距離時(shí)最大落地濃度及其發(fā)生距離。結(jié)果表明:對(duì)于海邊大型燃煤電廠，海岸線熏煙的發(fā)生與離岸距離、煙囪高度、排煙溫度等因素有關(guān);海岸線熏煙最大落地濃度(Smax)是常規(guī)氣象條件下最大落地濃度(Cmax)的2倍以上，有時(shí)甚至達(dá)到4倍以上。Smax和Cmax均隨排煙溫度的升高而降低，Smax隨煙囪離岸距離的增加而升高;熏煙最大落地濃度的發(fā)生距離(SL)遠(yuǎn)大于常規(guī)氣象條件下最大落地濃度的發(fā)生距離(CL)，兩者均隨煙囪高度和排煙溫度的升高而增加，SL隨離岸距離的增加而縮短;對(duì)于離岸距離在3km以?xún)?nèi)的海邊大型燃煤電廠，在環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)廠址周邊1.3～7.7km范圍內(nèi)有環(huán)境敏感點(diǎn)的區(qū)域要特別關(guān)注海岸線熏煙問(wèn)題。

燃煤電廠;海岸線熏煙;SCREEN3

0 引言

海岸地區(qū)熱力內(nèi)邊界層(TIBL)對(duì)該地區(qū)大氣污染物擴(kuò)散具有重要的影響［1］。我國(guó)的海邊燃煤電廠大氣污染物多采用高煙囪排放方式，當(dāng)煙羽高度高于當(dāng)?shù)豑IBL時(shí)，初始階段煙羽在穩(wěn)定大氣中沿下風(fēng)向平流擴(kuò)散，隨著TIBL逐漸增厚，煙羽將與TIBL上邊界相交，并進(jìn)行強(qiáng)烈的向下混合，即出現(xiàn)海岸線熏煙現(xiàn)象［2－4］。海岸線熏煙發(fā)生時(shí)，最大地面濃度有可能比常規(guī)氣象條件下的最大地面濃度高2～3倍，因而對(duì)大氣污染物擴(kuò)散而言，它是一種極為不利的氣象條件［5－8］。

本文采用SCREEN3中的熏煙模式，計(jì)算海岸線熏煙條件下海邊燃煤電廠NO2的最大落地濃度及發(fā)生距離，探討煙囪高度、污染源離岸距離、煙氣溫度等因素與發(fā)生海岸線熏煙之間的關(guān)系，并將熏煙計(jì)算結(jié)果與不考慮熏煙條件的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究，以期對(duì)海邊大型燃煤電廠選址和環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作提供參考。

1 預(yù)測(cè)情景和預(yù)測(cè)方法

SCREEN3是一個(gè)單源高斯煙羽估算模式，可用于計(jì)算點(diǎn)源排放的最大地面濃度以及海岸熏煙等特殊條件下的最大地面濃度［9］。估算模式中嵌入了54種預(yù)設(shè)的常規(guī)氣象組合條件，包括一些最不利的氣象條件。SCREEN3模式中大氣穩(wěn)定度A、B、C、 D、E、F與不同風(fēng)速(1.0～20.0m/s)的組合氣象條件見(jiàn)表1。表中*為一組組合氣象條件。

表1 SCREEN3模式中的風(fēng)速和穩(wěn)定度組合氣象條件

我國(guó)裝機(jī)容量300MW及以上大型燃煤電廠現(xiàn)普遍采用兩爐合用一座煙囪的方案，2×300MW、2 ×600MW、2×1000MW 機(jī)組煙囪高度分別為180m、210m和240m。各典型條件下的燃煤電廠大氣污染源主要排放參數(shù)見(jiàn)表2，其中大氣污染物考慮NO2，其排放濃度80mg/m3，環(huán)境溫度293K。

表2 污染源排放點(diǎn)源參數(shù)

沿海地區(qū)燃煤電廠常用的脫硫方案為石灰石—石膏濕法脫硫和海水脫硫。當(dāng)采用石灰石—石膏濕法脫硫方案時(shí)，煙囪出口處溫度約為319K(無(wú)GGH)或350K(有GGH);當(dāng)采用海水脫硫方案時(shí)，煙囪出口處溫度較低，約為305K(無(wú)GGH)或335K (有GGH)。由于海岸線熏煙通常發(fā)生在離岸3km以?xún)?nèi)的高架點(diǎn)源［9－12］，因而本文中海岸線熏煙的煙囪離岸距離分別取500、1000、1500、2000、2500、3000m。由上述4種排煙溫度、6個(gè)離岸距離組合成24種預(yù)測(cè)情景見(jiàn)表3。

采用SCREEN3模式研究180m、210m和240m煙囪排放時(shí)上述24種情景下海岸線熏煙是否發(fā)生以及在發(fā)生熏煙條件下的最大落地濃度(Smax)及其發(fā)生距離(SL)，并與54種常規(guī)氣象組合條件下的最大落地濃度(Cmax)和及其發(fā)生距離(CL)進(jìn)行對(duì)比分析。

表3 大氣污染源排煙溫度和離岸距離情景組合

2 結(jié)果與討論

表4給出了各種情景的熏煙預(yù)測(cè)結(jié)果。從表4中可以看出，180m(2×300MW機(jī)組)、210m(2× 600MW機(jī)組)和240m(2×1000MW機(jī)組)煙囪均屬于高架源，均有可能發(fā)生海岸線熏煙，但180m煙囪在情景4、5、6、11、12、17、18和24時(shí)不會(huì)發(fā)生海岸線熏煙，210m煙囪在情景6時(shí)不會(huì)發(fā)生海岸線熏煙。這表明，海岸線熏煙的發(fā)生不僅與煙囪高度有關(guān)，而且與排煙溫度有關(guān)，因?yàn)檫@兩者都直接影響到污染物排放的有效高度。當(dāng)煙囪離海岸線一定距離后，如煙羽有效高度低于TIBL時(shí)，煙羽全部落在不穩(wěn)定的TIBL內(nèi)，此時(shí)便不會(huì)發(fā)生海岸線熏煙。

表4 各種情景下海岸線熏煙最大落地濃度與落地距離

圖1、2給出了240m煙囪不同情景下的海岸線熏煙最大落地濃度及發(fā)生距離，從圖中可知:排煙溫度相同時(shí)，海岸線熏煙最大落地濃度(Smax)隨煙囪離岸距離的增加而升高，而熏煙最大落地濃度的發(fā)生距離(SL)隨煙囪離岸距離的增加而縮短;離岸距離相同時(shí)，Smax隨排放溫度的升高而降低，而SL隨排放溫度的升高而增加。從表4中可知180m和210m煙囪排放時(shí)具有同樣的規(guī)律。

從180m、210m、240m煙囪計(jì)算結(jié)果(表4)比較可知:當(dāng)排煙溫度相同時(shí)，三者的Smax均隨著離岸距離的增加而升高，但180m煙囪排放時(shí)Smax升高的最快，210m次之;當(dāng)排煙溫度和離岸距離均相同時(shí)，SL隨煙囪高度的增加而變大，這主要是因?yàn)楫?dāng)發(fā)生海岸線熏煙時(shí)，熱力內(nèi)邊界層自岸邊向內(nèi)陸在鉛垂方向上逐漸增厚，當(dāng)排煙溫度和離岸距離相同時(shí)，排煙有效高度越高，煙氣與熱力內(nèi)邊界層的交點(diǎn)離岸就越遠(yuǎn)。

表5給出了常規(guī)氣象條件下各煙囪不同排煙溫度時(shí)的最大落地濃度(Cmax)及其發(fā)生距離(CL)。當(dāng)煙囪高度相同時(shí)，排煙溫度越高，Cmax越小，CL越大。將表4與表5的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較可以看出:當(dāng)煙囪高度、排煙溫度相同時(shí)，Smax是Cmax的2倍以上，有時(shí)甚至達(dá)到4倍以上。SL要遠(yuǎn)大于CL，對(duì)于240m煙囪，因污染源離岸距離和排煙溫度不同，SL介于2.0～7.7km之間，而CL介于1.2～1.3km之間;對(duì)于210m煙囪，SL介于1.3～5.9km之間，而CL介于1.1～1.2km之間;對(duì)于180m煙囪，SL介于1.3～4.0km之間，而CL介于1.0～1.1km之間。

圖1 240m煙囪不同情景下的海岸線熏煙最大落地濃度

圖2 240m煙囪各情景海岸線熏煙最大落地濃度發(fā)生距離

表5 54種常規(guī)氣象條件下各煙囪排放時(shí)Cmax及CL

3 結(jié)語(yǔ)

海岸線熏煙的發(fā)生與離岸距離、煙囪高度、排煙溫度等因素有關(guān);發(fā)生海岸線熏煙時(shí)，最大落地濃度(Smax)隨煙囪離岸距離的增加而升高，隨排煙溫度的升高而降低。熏煙最大落地濃度的發(fā)生距離(SL)隨離岸距離的增加而縮短，隨煙囪高度和排煙溫度的升高而增加。Smax是常規(guī)氣象條件下最大落地濃度(Cmax)的2倍以上，有時(shí)甚至達(dá)到4倍以上。SL遠(yuǎn)大于常規(guī)氣象條件下最大落地濃度的發(fā)生距離(CL)。因此，需要在岸邊3km內(nèi)設(shè)立高架源的大型海邊燃煤電廠，在環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)燃煤電廠周邊1.3～7.7km范圍內(nèi)有環(huán)境敏感點(diǎn)的區(qū)域要特別關(guān)注海岸線熏煙問(wèn)題。

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Research on shoreline fumigation of coal－fired power plant based on SCREEN3

Taking 2×300MW，2×600MW and 2×1000MW units coastal coal－fired power plants as examples，based on SCREEN3 software，using the Orthogonal Experimental Method，the maximum ground－level concentration and its position are studied for different stack heights，different flue gas temperatures，and different offshore distances of stacks under shoreline fumigation and general meteorological conditions.The results show that shoreline fumigation is influenced by stack height，flue gas temperature and offshore distance of stack for large coal－fired power plant;the maximum ground－level concentrations in shoreline fumigation(Smax)are more than twice as high as that in general meteorological conditions(Cmax)，even some are over 4 times higher;both Smaxand Cmaxdecrease with increasing the flue gas temperature，and Smaxincrease with increasing the offshore distance of stack;the distance from stack to the position where the Smaxoccur(SL)is more than that from stack to the position where the Cmaxoccur(CL);both SLand CLincrease with increasing the stack height and the flue gas temperature;SLdecreases with increasing the offshore distance of stack;the shoreline fumigation should be paid particular attention for the large coal－fired power plants within 3km from the shore，especially when there are some environmentally sensitive areas within 1.3～7.7km radius around the plants.

coal－fired power plant;shoreline fumigation;SCREEN3

X820.3

B

1674－8069(2012)01－001－04

2011-09-03;

2011-12-20

韓宇超(1981-)，男，河北邢臺(tái)人，工程師，從事電廠項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)工作。E－mail:hyc2006@gmail.com