大型熱電廠遷建對蘭州市局地大氣環(huán)境質(zhì)量的影響分析

關(guān) 勖 莫欣岳 杜 超 張玉麟 劉 明 潘 峰 仝紀龍

(蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，蘭州 730000)

大型熱電廠遷建對蘭州市局地大氣環(huán)境質(zhì)量的影響分析

關(guān) 勖 莫欣岳 杜 超 張玉麟 劉 明 潘 峰 仝紀龍

(蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，蘭州 730000)

本文以蘭州市主城區(qū)內(nèi)大型熱電廠的外遷為例，在分析蘭州市氣象特征與大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，利用Aermod模式進行熱電廠遷建前后對應(yīng)的兩個不同污染源對于蘭州市主城區(qū)內(nèi)NO2與PM10兩種污染物濃度貢獻的預(yù)測。

大型熱電廠；遷建；局地大氣環(huán)境質(zhì)量；預(yù)測評價；環(huán)境效益

熱電廠是造成區(qū)域性大氣復(fù)合污染的重要排放源，對于大氣擴散條件不利的城市，減少主城區(qū)內(nèi)的大型熱電廠污染源就更為重要[1]。蘭州市地形為典型的河谷盆地，氣象條件為靜風(fēng)頻率大，冬季逆溫出現(xiàn)頻率高[2]。地形特點與氣象特點二者的綜合作用使得蘭州市大氣擴散條件較為不利，大氣污染也成為了多年來蘭州市所面臨的重要問題。為響應(yīng)國家《大氣污染行動計劃》，蘭州市政府對現(xiàn)役熱電廠污染源開展綜合治理和管控，進一步改善區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量。在熱電廠搬遷后，其對局地大氣環(huán)境中污染物濃度貢獻的減小程度以及這種削減對于環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀來說是否明顯，目前尚未給出定量的研究結(jié)果。

本文以蘭州市主城區(qū)內(nèi)大型熱電廠的外遷為例，在分析蘭州市氣象特征與大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，利用Aermod System V3.0大氣預(yù)測模式進行熱電廠遷建前后對應(yīng)的兩個不同污染源對于蘭州市主城區(qū)內(nèi)NO2與PM10兩種污染物濃度貢獻的預(yù)測，并將熱電廠遷建前后在關(guān)心點上的預(yù)測結(jié)果結(jié)合局地環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀進行對比分析，最終定量地證明遷建工程為蘭州市局地大氣環(huán)境帶來的環(huán)境正效益，說明熱電廠遷建的合理性與必要性，這對改善蘭州市局地大氣環(huán)境質(zhì)量、實現(xiàn)綠色經(jīng)濟發(fā)展有著重要意義。

1 研究區(qū)及項目概況

1.1 研究區(qū)概況

蘭州具備特有的高原河谷盆地小氣候，其特點是：日照輻射強且云量少、風(fēng)速小且靜風(fēng)多、逆溫層發(fā)育且厚度大，持續(xù)時間長，尤其在冬季逆溫出現(xiàn)的頻率高達99%。河谷盆地的特殊地形、靜風(fēng)與逆溫出現(xiàn)次數(shù)多的不利氣候條件加之以石油化工為主體的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等多方面因素的綜合導(dǎo)致蘭州市區(qū)空氣污染嚴重，尤其在冬季供暖后蘭州市的大氣污染問題更為凸顯[3-4]。

1.2 項目概介紹

1.2.1 項目概況

蘭州某大型熱電廠現(xiàn)廠址位于蘭州市主城區(qū)南部，是一座2×110MW熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)。為響應(yīng)國家“上大壓小”的政策，同時結(jié)合蘭州市大氣污染防治規(guī)劃，現(xiàn)決定將其東遷17km至蘭州市榆中縣，即由盆地內(nèi)遷至盆地外，搬遷后的熱電廠規(guī)模擴為2×350MW。在遷建工程建成后，將關(guān)?，F(xiàn)有工程的2×110MW機組。

1.2.2 項目大氣環(huán)保措施

現(xiàn)有工程采用SNCR法進行脫硝以及雙室四電場靜電除塵器進行除塵；遷建工程采用SCR法進行脫硝以及五電場靜電除塵器和濕式電除塵器進行除塵。

2 數(shù)據(jù)來源及參數(shù)設(shè)置

2.1 數(shù)據(jù)來源

本次預(yù)測中采用2015年蘭州市氣象數(shù)據(jù)。地面常規(guī)氣象數(shù)據(jù)來源為蘭州市氣象局氣象觀測站，高空氣象數(shù)據(jù)來源為蘭州市榆中縣氣象觀測站，二者均符合HJ2.2-2008中氣象數(shù)據(jù)的使用規(guī)定。

2.2 污染源參數(shù)

熱電廠排放的大氣污染物主要為SO2、NO2與PM10。根據(jù)距熱電廠最近兩個蘭州市例行監(jiān)測點2015年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，SO2日均濃度全年基本未超標，而NO2與PM10的日均濃度存在較高頻次的超標現(xiàn)象且冬季超標嚴重，故本次文選取NO2與PM10作為預(yù)測因子，具體污染源參數(shù)見表1。

表1 項目污染源參數(shù)

2.3 評價標準的選擇

評價標準采用GB3095-2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中的日均濃度及年均濃度限值，具體標準值見表2。

表2 環(huán)境空氣質(zhì)量標準

3 環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀及預(yù)測結(jié)果分析

3.1 蘭州市空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

本文使用鐵路設(shè)計院例行監(jiān)測點以及蘭州生物制品研究所例行監(jiān)測點2015年例行監(jiān)測的資料進行分析，兩監(jiān)測點均在現(xiàn)有工程西北側(cè)，鐵路設(shè)計院距離現(xiàn)有工程3.0km，生物制品所距離現(xiàn)有工程5.4km，具體位置如圖1所示，將2015年兩監(jiān)測點NO2與PM10每個月中最大日均濃度變化統(tǒng)計如圖2及圖3。

圖1 熱電廠工程及監(jiān)測點位地理位置

圖2 2015年兩監(jiān)測點各月NO2日均最大濃度變化曲線

圖3 2015年兩監(jiān)測點各月PM10日均最大濃度變化曲線

由圖2與圖3可知，NO2與PM10兩種污染物濃度有明顯的季節(jié)變化特征。蘭州市供暖期為每天11月至次年三月初，對于NO2，其較大日均濃度值主要出現(xiàn)在1月、2月、11月與12月，這表明冬季是蘭州市NO2污染最嚴重的季節(jié)，且污染日主要集中在供暖期。對于PM10，其最大日均濃度值出現(xiàn)在4～5月，這主要是由于春季沙塵天氣多發(fā)引起的本底值增大，故本文在討論PM10現(xiàn)狀濃度時將春季濃度數(shù)據(jù)剔除，剔除后PM10較大日均濃度也出現(xiàn)在1月、2月、11月與12月。

蘭州市冬季污染物濃度值高的原因主要是冬季供暖時燃煤量增加，導(dǎo)致各污染物排放量加大，加之冬季出現(xiàn)逆溫與小風(fēng)的頻率高[5-7]，造成了不利于污染物擴散的氣象條件。將監(jiān)測數(shù)據(jù)與表2對比可知，2015年供暖期蘭州市NO2與PM10日均最大值超標現(xiàn)象嚴重[8]。

3.2 預(yù)測中代表性關(guān)心點的選取

將蘭州市2015年氣象數(shù)據(jù)、現(xiàn)有工程污染源參數(shù)以及地形數(shù)據(jù)輸入AREMOD模式中進行運算，得出以現(xiàn)有工程污染源為原點的兩種污染物日均最大落地濃度點與年均最大落地濃度點。由于蘭州市主導(dǎo)風(fēng)向為偏東風(fēng)，這里以兩處最大落地濃度為原點，以3km為半徑分別做兩個圓，則兩圓在現(xiàn)有工程西側(cè)相交的部分即為受現(xiàn)有工程污染源影響大的區(qū)域，故在這片區(qū)域中選取大部分關(guān)心點，以保證在考察熱電廠外遷后對蘭州市局地大氣環(huán)境中兩種污染物濃度貢獻的變化時具有典型性與代表性。本文預(yù)測范圍內(nèi)無一類功能區(qū)，故補充選取二類功能區(qū)中所關(guān)注的公園、學(xué)校、以及人口密集區(qū)作為預(yù)測關(guān)心點。關(guān)心點坐標詳見表3。

3.3 預(yù)測結(jié)果與分析

將蘭州市2015年氣象數(shù)據(jù)、現(xiàn)有工程及遷建工程污染源參數(shù)、地形數(shù)據(jù)以及9個關(guān)心點參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Aermod模式中進行計算，得出結(jié)果如表4、表5。

表3 各預(yù)測關(guān)心點分布坐標

表4 熱電廠遷建前后對蘭州市城區(qū)9個關(guān)心點的最大日均貢獻濃度值影響對比(μg/m3)

表5 工程遷建前后對蘭州市城區(qū)9個關(guān)心點的年均貢獻濃度值影響對比(μg/m3)

由表3與表4可知，熱電廠廠址與相應(yīng)環(huán)保措施變更后對蘭州市城區(qū)9個關(guān)心點兩種污染物的最大日均值與年均值的影響均大幅降低。最大日均值方面，熱電廠遷建后對蘭州市城區(qū)9個關(guān)心點的NO2濃度貢獻值降幅為92.3%～99.2%，PM10濃度貢獻值降幅為98.9%～99.8%；年均值方面，熱電廠遷建后對蘭州市城區(qū)9個關(guān)心點的NO2濃度貢獻值降幅為60.0%～98.4%，PM10濃度貢獻值降幅為95.2%～99.7%。故從減少熱電廠對蘭州市局地大氣環(huán)境中污染物濃度貢獻的角度來看，遷建工程環(huán)境正效益明顯。

3.4熱電廠遷建后對蘭州市局地大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的影響

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明熱電廠未遷建時NO2、PM10在15年1～2月及11～12月日均濃度最大值超標情況較為嚴重，這與熱電廠冬季供暖燃煤量加大進而污染物濃度排放加大有著密切的聯(lián)系。鐵路設(shè)計院與生物制品廠兩關(guān)心點處設(shè)有蘭州市例行監(jiān)測點，可得知這兩地的環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀，故可以分析熱電廠遷建后對這兩個關(guān)心點的環(huán)境空氣質(zhì)量改善情況，具體情況統(tǒng)計如表6與表7(由于春季蘭州市頻發(fā)沙塵暴導(dǎo)致PM10濃度激增，故表6與表7中PM10濃度均采用供暖期的數(shù)據(jù))。

表6 兩監(jiān)測點NO2與PM10在熱電廠遷建后最大日均濃度削減情況統(tǒng)計

表7 兩監(jiān)測點NO2與PM10在熱電廠遷建后年均濃度削減情況統(tǒng)計

以距離熱電廠現(xiàn)有工程較近的關(guān)心點鐵路設(shè)計院為例，在熱電廠遷建后，對鐵路設(shè)計院處大氣環(huán)境中NO2與PM10最大日均濃度的影響分別減小了18.64%與4.70%，年均濃度的影響分別減小了8.51%與1.43%。針對單個污染源的影響來說，不論是最大日均值還是年均值，熱電廠遷建后鐵路設(shè)計院環(huán)境空氣中的NO2濃度值削減均明顯，PM10濃度削減均相對較小，其原因主要是熱電廠排放PM10的濃度比NO2小，再加上城區(qū)中有其他多種污染源且沙塵天氣多發(fā)，環(huán)境本底值中PM10濃度高，所以導(dǎo)致PM10濃度削減相對于現(xiàn)狀來說沒有NO2明顯，但由3.3節(jié)可知遷建后污染源排放的PM10在每個關(guān)心點上的濃度貢獻值都有顯著削減。

4 結(jié) 論

本文利用Aermod模式進行遷建前后相應(yīng)的兩個不同污染源對蘭州市城區(qū)內(nèi)9個關(guān)心點兩種污染物濃度貢獻的預(yù)測結(jié)果表明，在廠址與相應(yīng)環(huán)保措施變更后，熱電廠對蘭州市城區(qū)9個關(guān)心點最大日均值與年均值的貢獻濃度均大幅降低。最大日均值方面，熱電廠遷建后對蘭州市城區(qū)9個關(guān)心點的NO2濃度貢獻值降幅為92.3%～99.2%，PM10濃度貢獻值降幅為98.9%～99.8%；年均值方面，熱電廠遷建后對蘭州市城區(qū)9個關(guān)心點的NO2濃度貢獻值降幅為60.0%～98.4%，PM10濃度貢獻值降幅為95.2%～99.7%。從熱電廠遷建后對局地環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀影響的方面來看，以距離熱電廠現(xiàn)有工程3km的鐵路設(shè)計院為例，熱電廠遷建后對該地大氣環(huán)境中NO2與PM10最大日均濃度的影響分別減小了18.64%與4.70%，對年均濃度的影響分別減小了8.51%與1.43%。

綜上所述，從減少市區(qū)內(nèi)大型污染源、降低局地大氣環(huán)境中NO2與PM10濃度值進而提升蘭州市局地大氣環(huán)境質(zhì)量的角度來看，蘭州城區(qū)內(nèi)大型熱電廠外遷至榆中縣的工程建設(shè)是合理與必要的，這對落實大氣污染防治措施、改善區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量、實現(xiàn)經(jīng)濟綠色發(fā)展有著重要意義。

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AnalysisandResearchontheInfluenceoftheTransplantationofLarge-scaleHeatPowerPlantsonAtmosphericQualityinLanzhouCityRegion

GUAN Xu MO Xinyue DU Chao ZHAN Yulin LIU Ming PAN Feng TONG Jilong

(College of Atmospheric Sciences, Lanzhou University，Lanzhou Gansu 730000，China)

This paper sets the relocation of a large thermal power plant in Lanzhou as an example，on the basis of analyzing meteorological characteristics and present situation of the atmospheric environment quality，then，determine the parameters of pollution sources of the existing engineering and relocation project，using Aermodmodel to predict the concentration of pollutants from different pollution sources in our concerned place corresponding before and after the relocation.

Large-scale thermal power plant；Relocation；Local atmospheric environment quality；Predict and evaluate；Environmental benefits

X51

A

1673-288X(2017)05-0139-04

項目資助：國家杰出青年科學(xué)基金項目(41225018)資助

關(guān)勖，碩士研究生，研究方向為應(yīng)用氣象類環(huán)境影響評價

仝紀龍，副教授，主要從事大氣污染防治及環(huán)境風(fēng)險研究

文獻格式：關(guān) 勖 等.大型熱電廠遷建對蘭州市局地大氣環(huán)境質(zhì)量的影響分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(5)：139-142.