熱電廠點源高度論證方法探討

陳 煜

（大唐淮南洛河發(fā)電廠，安徽 淮南 232008）

我國燃煤熱電廠一般裝機容量6～250MW，多為循環(huán)硫化床鍋爐、爐內(nèi)噴鈣脫硫、水膜除塵或靜電除塵，煙囪高度60～120m。有組織形式排放大氣污染物的裝置稱為排氣筒（煙囪、集氣筒），排氣筒幾何高度不低于100m稱為高架點源。城市熱電廠大都建在主城區(qū)，高煙囪可緩解局部區(qū)域大氣環(huán)境污染。然而，煙囪建設(shè)投資隨高度呈指數(shù)增長，煙囪高度達到限值后，加高煙囪對改善近地面環(huán)境空氣質(zhì)量收效甚微，因而必須研究熱電廠煙囪合理高度。

20世紀80年代以來，我國的專家學(xué)者從保護城市環(huán)境空氣質(zhì)量出發(fā)，結(jié)合地理環(huán)境、氣象特征、項目規(guī)模、生產(chǎn)工藝、建設(shè)投資、運行費等，探討各類燃煤鍋爐和窯爐煙囪高度的合理性；研究方法主要基于大氣污染物擴散理論、煙囪高度對區(qū)域大氣環(huán)境影響；數(shù)學(xué)模型主要是環(huán)境影響評價模型、理論模擬方程式、擬合經(jīng)驗公式。

2009年4月1日實施的《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則·大氣環(huán)境》（HJ／T2.2—2008）強調(diào)，環(huán)境影響評價須結(jié)合項目自身和擬建地環(huán)境特征，使其在大氣污染防治中發(fā)揮決策作用；當排放方案（項目選址、污染源強、排放方式、污染控制措施）存在問題時，應(yīng)有針對性地提出解決方案；然而，解決方案須進一步預(yù)測和評價，直至滿足達標排放和大氣環(huán)境功能區(qū)要求［1］。當項目選址、污染源強、污染控制措施最佳時，點源高度論證尤為重要。

鑒于HJ／T2.2—2008未提出點源高度論證方法，因而環(huán)境影響評價機構(gòu)與設(shè)計單位各行其是，其出發(fā)點和采取的技術(shù)路線和計算方法各不相同，致使燃煤熱電廠點源高度論證結(jié)果差異較大。本文以安徽淮化集團有限公司熱電廠能量系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)改造工程為例，提出燃煤熱電廠選址、污染源強、煙氣脫硫與除塵措施既定條件下，高架點源——煙囪高度的論證原則方法。

1 預(yù)測方法

根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則·總綱》（HJ／T2.1—2011）［2］、《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則·大氣環(huán)境》（HJ／T2.2—2008）［3］的基本精神，預(yù)測淮化集團熱電廠能量系統(tǒng)優(yōu)化技改工程對區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量有顯著影響的大氣污染物。

1.1 點源高度預(yù)測

某高架點源——煙囪高度可行性研究，采用“迭代法”計算出Hs。計算式如下：

其中：

式中Hs——煙囪幾何高度，m；

Q——大氣污染物排放速率，mg／s；

ΔH——煙氣抬升高度，m；

——煙囪高度處平均風(fēng)速，m／s；

Co——環(huán)境空氣質(zhì)量標準限值，mg／m3；

Cb——大氣污染物本底濃度，mg／m3；

a1——橫向擴散參數(shù)中回歸指數(shù)；

a2——垂直擴散參數(shù)中回歸指數(shù)；

γ1——橫向擴散參數(shù)中回歸系數(shù)；

γ2——垂直擴散參數(shù)中回歸系數(shù)；

P——點源最高允許排放控制系數(shù)；

Qh——煙氣熱釋放率，kJ／s；

Qv——實際煙氣排放速率，m3／s；

ΔT——煙氣出口溫度與環(huán)境溫度差，K；

Ts——煙氣出口溫度，K；

μ10——地面10m高度處平均風(fēng)速，m／s。

某高架點源——煙囪出口煙氣溫度，按5℃／100m溫降計算。

1.2 最大地面濃度

某高架點源大氣污染物最大地面濃度預(yù)測，如下式：

其中：

式中He——排氣筒（煙囪）有效高度，m；

Pi——第i功能區(qū)某污染物點源排放控制系數(shù)，t／h·m2。

1.3 最大落地距離

某高架點源大氣污染物最大落地距離預(yù)測可計算為：

1.4 長期平均濃度

某高架點源大氣污染物長期平均濃度預(yù)測可計算為：

式中

Cijh——點源某大氣污染物長期平均濃度，mg／

m3；n——風(fēng)向方位數(shù)；μ——He高度處風(fēng)速，m／

s；σz——垂直方向擴散參數(shù)，m；Zi——混合層高度，m；x——距排氣筒（煙囪）軸線距離，m。

本預(yù)測模式組屬隱形關(guān)系，即使熱電廠燃煤鍋爐及其脫硫與除塵措施相同，但因高架點源——煙囪幾何高度不同，同類大氣污染物最大落地距離亦相距甚遠；大氣污染物落地距離差異導(dǎo)致擴散參數(shù)不同，擴散參數(shù)不同又決定了煙囪幾何高度，依次聯(lián)系起來。

燃煤熱電廠煙囪幾何高度論證需采用“迭代法”計算，當其大氣環(huán)境影響預(yù)測結(jié)果相對誤差小于1／10，000時，煙囪幾何高度預(yù)測誤差小于5 cm。

2 應(yīng)用實例

2.1 煙囪高度預(yù)測參數(shù)

安徽淮化集團有限公司熱電廠實施能量系統(tǒng)優(yōu)化技改工程，一期工程新建1×260t／h燃煤鍋爐，取締1×75t／h和2×35t／h燃煤鍋爐，二期工程增建1×260t／h燃煤鍋爐，1×60MW發(fā)電機組，共用1根100m煙囪，煙氣脫硫效率90%，除塵效率99.5%。

根據(jù)預(yù)測模式1～4、大氣污染源排放參數(shù)與區(qū)域環(huán)境特征，計算的大氣污染源參數(shù)見表1和表2。

表1 煙囪幾何高度預(yù)測參數(shù) m／s3

表2 大氣污染源排放速率 m／s

2.2 煙囪高度預(yù)測結(jié)果

燃煤熱電廠高架點源——煙囪高度預(yù)測結(jié)果，見表3。

表3 煙囪幾何高度預(yù)測結(jié)果 m

通過預(yù)測，淮化集團熱電廠能量系統(tǒng)優(yōu)化技改工程2×260t／h鍋爐煙囪幾何高度需不低于113m；若一二期工程共用1根煙囪，則煙囪幾何高度需不低于153m，從而可保障區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量不至下降。

3 問題討論

3.1 達標排放要求

采用最大落地濃度作為預(yù)測公式組的條件之一，可確?；椿瘓F熱電廠能量系統(tǒng)優(yōu)化技改工程不低于153m煙囪排放的大氣污染物對區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量影響降至最低，基本達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095—1996）二級標準要求，然而，熱電廠環(huán)境工程投資較高。

3.2 降低標準可行性

若淮化集團熱電廠能量系統(tǒng)優(yōu)化技改工程煙囪幾何高度小于153m，通過設(shè)定合理的大氣污染物超標率，降低區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量，可降低熱電廠環(huán)境工程投資，但不符合大氣環(huán)境功能區(qū)管理目標要求。

3.3 煙囪高度合理性

在環(huán)境影響評價工作中，因各敏感點環(huán)境空氣質(zhì)量本底存在差異，即使應(yīng)用大氣污染物最大落地濃度論證出的煙囪幾何高度預(yù)測環(huán)境影響，仍有部分敏感點環(huán)境空氣質(zhì)量超標，需在具體分析區(qū)域環(huán)境空氣中大氣污染物時空變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，判定淮化集團熱電廠能量系統(tǒng)優(yōu)化技改工程煙囪幾何高度是否合理。

3.4 長期環(huán)境影響

應(yīng)用點源大氣環(huán)境影響長期平均濃度預(yù)測模式，可使淮化集團熱電廠能量系統(tǒng)優(yōu)化技改工程不低于153m煙囪投資最小化，部分敏感點大氣環(huán)境影響可能較大，居民難以接受，可對敏感點作定點大氣環(huán)境影響預(yù)測。

4 結(jié)語

燃煤熱電廠點源高度論證，提出了一種“迭代法”系統(tǒng)計算方法；當其大氣環(huán)境影響預(yù)測結(jié)果相對誤差小于1／10000時，煙囪幾何高度預(yù)測誤差小于5cm，預(yù)測精度較高，由此得到合理的熱電廠煙囪幾何高度。

［1］ 歐陽曉光.關(guān)于火電項目環(huán)境影響評價實施新大氣環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則的思考［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2009.

［2］ 環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心.HJ／T2.1-2011，環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則·總綱［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2011.

［3］ 環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心.HJ／T2.2-2008，環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則·大氣環(huán)境［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008.