關(guān)于天燃?xì)忮仩t燃燒廢氣評(píng)價(jià)等級(jí)判定規(guī)律的研究

徐殿木

（安徽省環(huán)協(xié)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽合肥 230088）

目前，采用AERScreen模型進(jìn)行天然氣鍋爐燃燒廢氣估算時(shí)，天然氣鍋爐的廢氣源強(qiáng)和排氣筒所在地的地形是評(píng)價(jià)等級(jí)判定的兩個(gè)主要因素，因此，估算模型參數(shù)設(shè)定時(shí)，需要以天然氣鍋爐的噸位、排放標(biāo)準(zhǔn)和排氣筒所在地的地形為依據(jù)進(jìn)行確定。

1 AERScreen模型的應(yīng)用

1.1 模型簡(jiǎn)介

根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境（HJ 2.2-2018）》中的規(guī)定，建設(shè)項(xiàng)目的排氣筒所排放的污染物均需采用AERScreen模型進(jìn)行估算，并根據(jù)估算的結(jié)果進(jìn)行大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)等級(jí)和評(píng)價(jià)范圍的判定。

目前，除了手工版DOS命令模式的AERScreen估算模型之外，界面友好、功能齊全的AERScreen 模型估算軟件主要有杭州三捷公司的AERScreen模型估算軟件、環(huán)安科技在線模型計(jì)算平臺(tái)的AERScreen 模型模塊以及六五軟件工作室的EIAProA2018軟件內(nèi)置AERScreen功能模塊。

1.2 評(píng)價(jià)等級(jí)判定

根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境（HJ 2.2-2018）》的規(guī)定，AERScreen模型估算的最大濃度占標(biāo)率是判定大氣評(píng)價(jià)等級(jí)的主要依據(jù)。當(dāng)最大濃度占標(biāo)率P≥10%時(shí)為一級(jí)評(píng)價(jià)，最大濃度占標(biāo)率P＜1%時(shí)為三級(jí)評(píng)價(jià)，其他則為二級(jí)評(píng)價(jià)。

2 AERScreen模型的實(shí)施

為了獲得天然氣鍋爐燃燒廢氣的源強(qiáng)、排氣筒所在地地形與最大濃度占標(biāo)率P之間的規(guī)律，本次估算首先設(shè)置相關(guān)的模型估算參數(shù)，確保估算模型參數(shù)等保持不變，然后將廢氣排放源強(qiáng)和排氣筒所在地的地形分別進(jìn)行調(diào)整，從而生成多個(gè)排氣筒，分別對(duì)不同地形的不同廢氣排放源強(qiáng)進(jìn)行估算，從而獲得估算結(jié)果。

本次AERScreen模型的實(shí)施，其估算因子為NO；鍋爐分為4種，噸位分為10種；地形為3類，共計(jì)5種；故共設(shè)計(jì)了200根模擬排氣筒，建立了200個(gè)估算模型，模型運(yùn)算時(shí)間約為120 h。

采用杭州三捷公司的三捷AERScreen 模型進(jìn)行估算，三捷AERScreen 的版本為 2.1.0.33。

3 AERScreen模型的估算

3.1 估算參數(shù)確定

3.1.1 估算因子和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

天然氣是清潔能源，其在燃燒過程中，會(huì)產(chǎn)生極少量的二氧化硫、氮氧化物和煙塵（顆粒物）。由于燃燒過程中，氮氧化物的產(chǎn)生量遠(yuǎn)大于煙塵、二氧化硫，估算模型系采用大氣污染物的小時(shí)質(zhì)量濃度作為占標(biāo)率估算質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而顆粒物、二氧化硫的小時(shí)質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)限值均遠(yuǎn)大于氮氧化物，故天然氣鍋爐燃燒廢氣排放時(shí)，評(píng)價(jià)等級(jí)判定是由氮氧化物決定的。因此，根據(jù)燃燒廢氣產(chǎn)生特點(diǎn)和估算模型運(yùn)行要求，本次估算模型僅以氮氧化物作為估算因子，其估算的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 估算因子和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)表

3.1.2 估算模型參數(shù)

估算模型進(jìn)行估算時(shí)，涉及的模型參數(shù)較多，為了降低不同模型參數(shù)設(shè)置對(duì)估算結(jié)果的影響，200個(gè)排氣筒采用完全相同的估算模型參數(shù)，具體的估算模型計(jì)算參數(shù)如表2。

表2 估算模型參數(shù)表

3.1.3 估算點(diǎn)源參數(shù)

為了區(qū)分200 個(gè)排氣筒的廢氣污染源強(qiáng)及所在地的地形對(duì)估算結(jié)果的影響，故按排氣筒的廢氣污染源強(qiáng)和排氣筒所在的地形不同進(jìn)行估算點(diǎn)源參數(shù)設(shè)置；其中排氣筒的廢氣污染源強(qiáng)以鍋爐的噸位和排放標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分，排氣筒所在的地形以鍋爐排氣筒中心點(diǎn)坐標(biāo)區(qū)分。

本次AERScreen模型估算時(shí)，將地形劃分成三類地形：一類是不考慮地形，視作無地形；一類是簡(jiǎn)單地形，選取了兩個(gè)地方：安徽省亳州市，屬淮北平原；安徽省合肥市長(zhǎng)豐縣，屬江淮低地丘陵。另外一類是復(fù)雜地形，選取了兩個(gè)地方：安徽省合肥市廬江縣，屬江淮低地山地；安徽省安慶市岳西縣，屬大別山系山地。

本次AERScreen估算模型200個(gè)模擬排氣筒的底部中心坐標(biāo)及所對(duì)應(yīng)的地形信息如表3所示。

目前，針對(duì)于鍋爐廢氣的排放標(biāo)準(zhǔn)，主要有國(guó)家、省和市三個(gè)層面的要求，如《安徽省2020年大氣污染防治重點(diǎn)工作任務(wù)》（皖大氣辦[2020]2 號(hào)）文中對(duì)于天然氣鍋爐的NO排放限值定為50 mg/m，《合肥市燃?xì)忮仩t（設(shè)施）低氮改造工作方案》（合大辦[2019]13號(hào)）文中對(duì)于天然氣鍋爐的NO排放限值定為30 mg/m。

根據(jù)《第一次全國(guó)污染源普查工業(yè)污染產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》（第十分冊(cè)）中的“44 電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)”中的“4430 熱力生產(chǎn)和供應(yīng)行業(yè)（包括工業(yè)鍋爐）”的表“4430 工業(yè)鍋爐（熱力生產(chǎn)和供應(yīng)行業(yè)）產(chǎn)排污系數(shù)表-燃?xì)夤I(yè)鍋爐”可知，每萬立方米天然氣完全燃燒產(chǎn)生的廢氣量為136 259.17m。根據(jù)《排污許可證申請(qǐng)與核發(fā)技術(shù)規(guī)范 鍋爐（HJ 953-2018）》可知，每萬立方米天然氣燃燒時(shí)，顆粒物的產(chǎn)生量為2.0 kg，二氧化硫的產(chǎn)生量為2.86 kg，無低氮燃燒時(shí)氮氧化物的產(chǎn)生量為18.71 kg，有低氮燃燒時(shí)氮氧化物的產(chǎn)生量為9.36 kg。

本次估算將天然氣鍋爐燃燒廢氣的產(chǎn)生源分成4種，分別為：天然氣直接燃燒和排放的鍋爐，稱為標(biāo)準(zhǔn)鍋爐；安裝了低氮燃燒器的鍋爐，稱為低氮燃燒鍋爐；執(zhí)行了NO排放標(biāo)準(zhǔn)為50 mg/m的鍋爐，稱為超低排放鍋爐；執(zhí)行了NO排放標(biāo)準(zhǔn)為30 mg/m的鍋爐，稱為極低排放鍋爐。另外，1噸鍋爐每小時(shí)的天然氣消耗量約為83 m。

根據(jù)估算的要求，本次估算模型共設(shè)計(jì)了4 種類型、10個(gè)噸位級(jí)別的鍋爐；鍋爐燃燒廢氣排氣筒位于不同經(jīng)緯度，對(duì)應(yīng)5 種不同的地形，排氣筒底部中心坐標(biāo)詳見表3；另外，排氣筒的其他設(shè)置參數(shù)基本一致，其中排氣筒的高度為15 m，排放口的煙氣溫度為120℃；各個(gè)排氣筒的燃燒廢氣量與NO的排放量詳見表4。

表3 估算模型參數(shù)表

表4 天燃?xì)忮仩tNOx排放情況一覽表 單位:kg/h

3.1.4 地面特征參數(shù)

杭州三捷公司的AERScreen模型軟件進(jìn)行估算時(shí)，其內(nèi)置了默認(rèn)篩選氣象，廠區(qū)中心點(diǎn)的坐標(biāo)采用的是UTM坐標(biāo)，地形數(shù)據(jù)為NED地形數(shù)據(jù)，需手工導(dǎo)入的地形文件為排氣筒所在地的經(jīng)緯度坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的TIF文件。

3.2 估算結(jié)果分析

本次共按估算模型的參數(shù)設(shè)置創(chuàng)建200 個(gè)排氣筒的估算模型進(jìn)行估算，然后按排氣筒所在地形的不同，將估算的結(jié)果進(jìn)行整理提取后得到各個(gè)排氣筒的最大濃度占標(biāo)率P與鍋爐類型、噸位關(guān)系一覽表及關(guān)系圖，并對(duì)其進(jìn)行分析。

3.2.1 無地形估算結(jié)果分析

不考慮排氣筒所在地的地形時(shí)，鍋爐排氣筒排放的NO估算結(jié)果如表5和圖1。

圖1 排氣筒不考慮地形時(shí)最大濃度占標(biāo)率與鍋爐噸位關(guān)系圖

由表5和圖1可知，在不考慮地形影響時(shí)，鍋爐廢氣NO執(zhí)行極低排放50 mg/m和超低排放30 mg/m標(biāo)準(zhǔn)排放時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P均小于10%，均不屬于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)一級(jí)；低氮燃燒鍋爐在噸位為30 噸以內(nèi)時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P也小于10%，也不屬于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)一級(jí)，而當(dāng)其噸位為30噸及以上時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P大于10%，則其屬于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)一級(jí)；標(biāo)準(zhǔn)鍋爐在噸位為10噸以內(nèi)時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P也小于10%，也不屬于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)一級(jí)，而當(dāng)其噸位為10噸及以上時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P大于10%，則其屬于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)一級(jí)。

表5 鍋爐排氣筒不考慮地形時(shí)NOx最大濃度占標(biāo)率Pmax與鍋爐噸位關(guān)系一覽表

再者，由表5 和圖1 可知：一是同一個(gè)排氣筒，鍋爐燃燒廢氣的最大濃度占標(biāo)率P與廢氣排放速率成正比關(guān)系，即排放速率增加越多，其最大濃度占標(biāo)率P增量越大；二是因鍋爐廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)不同，相同噸位的鍋爐廢氣排放速率不同，最大濃度占標(biāo)率P的結(jié)果也不同，P的數(shù)值大小順序?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)鍋爐＞低氮燃燒鍋爐＞超低排放鍋爐＞極低排放鍋爐。

3.2.2 簡(jiǎn)單地形估算結(jié)果分析

當(dāng)排氣筒所在地為簡(jiǎn)單地形時(shí)，鍋爐排氣筒排放的NO估算結(jié)果如表6、表7和圖2、圖3。

表6 鍋爐排氣筒位于淮北平原時(shí)NOx最大濃度占標(biāo)率Pmax與鍋爐噸位關(guān)系一覽表

表7 鍋爐排氣筒位于江淮低地丘陵時(shí)NOx最大濃度占標(biāo)率Pmax與鍋爐噸位關(guān)系一覽表

由表6、表7 和圖2、圖3 可知，在考慮地形影響時(shí)，當(dāng)鍋爐排氣筒位于淮北平原和江淮低地丘陵時(shí)，鍋爐廢氣NO執(zhí)行超低排放50 mg/m和極低排放30 mg/m標(biāo)準(zhǔn)排放時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P均小于10%，均不屬于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)一級(jí)；低氮燃燒鍋爐在噸位為30 噸以內(nèi)時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P也小于10%，也不屬于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)一級(jí)，而當(dāng)其噸位為30噸及以上時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P大于10%，則其屬于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)一級(jí)；標(biāo)準(zhǔn)鍋爐在噸位為10噸以內(nèi)時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P也小于10%，也不屬于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)一級(jí)，而當(dāng)其噸位為10 噸及以上時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P大于10%，則其屬于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)一級(jí)。

圖2 排氣筒位于淮北平原時(shí)最大濃度占標(biāo)率與鍋爐噸位關(guān)系圖

圖3 排氣筒位于江淮低地丘陵時(shí)最大濃度占標(biāo)率與鍋爐噸位關(guān)系圖

再者，由表6、表7 和圖 2、圖3 可知：一是同一個(gè)排氣筒，鍋爐燃燒廢氣的最大濃度占標(biāo)率P與廢氣排放速率成正比關(guān)系，其排放速率增加越多，則最大濃度占標(biāo)率P增量越大；二是因鍋爐廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)不同，相同噸位的鍋爐廢氣排放速率不同，最大濃度占標(biāo)率P的結(jié)果也不同，P的數(shù)值大小順序?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)鍋爐＞低氮燃燒鍋爐＞超低排放鍋爐＞極低排放鍋爐。

3.2.3 復(fù)雜地形估算結(jié)果分析

當(dāng)排氣筒所在地為復(fù)雜地形時(shí)，鍋爐排氣筒排放的NO估算結(jié)果如表8、表9和圖4、圖5。

表8 鍋爐排氣筒位于江淮低地山地時(shí)NOx最大濃度占標(biāo)率Pmax與鍋爐噸位關(guān)系一覽表

表9 鍋爐排氣筒位于大別山系山地時(shí)NOx最大濃度占標(biāo)率Pmax與鍋爐噸位關(guān)系一覽表

圖4 排氣筒位于江淮低地山地時(shí)最大濃度占標(biāo)率與鍋爐噸位關(guān)系圖

圖5 排氣筒位于大別山系山地時(shí)最大濃度占標(biāo)率與鍋爐噸位關(guān)系圖

由表8、表9 和圖4、圖5 可知，在考慮地形影響時(shí)，當(dāng)鍋爐排氣筒位于江淮低地山地和大別山系山地時(shí)，鍋爐廢氣NO執(zhí)行極低排放標(biāo)準(zhǔn)（30 mg/m）時(shí)，僅鍋爐噸位為1噸時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P均小于10%，其不屬于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)一級(jí)；除了此種狀況，其他鍋爐排氣筒的最大濃度占標(biāo)率P均大于10%，均屬于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)一級(jí)。

再者，由表8、表 9 和圖4、圖5 可知：一是同一個(gè)排氣筒，鍋爐燃燒廢氣的最大濃度占標(biāo)率P與廢氣排放速率成正比關(guān)系，其排放速率增加越多，則最大濃度占標(biāo)率P增量越大；二是因鍋爐廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)不同，相同噸位的鍋爐廢氣排放速率不同，最大濃度占標(biāo)率P的結(jié)果也不同，P的數(shù)值大小順序?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)鍋爐＞低氮燃燒鍋爐＞超低排放鍋爐＞極低排放鍋爐。

3.3 評(píng)價(jià)等級(jí)判定規(guī)律

根據(jù)估算結(jié)果分析可知，天然氣鍋爐燃燒廢氣評(píng)價(jià)等級(jí)判定具有以下規(guī)律：

（1）當(dāng)排氣筒位于簡(jiǎn)單地形區(qū)域時(shí)，且鍋爐為低氮燃燒、超低排放與極低排放鍋爐時(shí)，在鍋爐噸位為25噸及以下時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P均小于10%，均不屬于大氣一級(jí)評(píng)價(jià)；而當(dāng)排氣筒位于復(fù)雜地形區(qū)域時(shí)，則無論鍋爐是何種類型，噸位多少，其最大濃度占標(biāo)率P均大于10%，均屬于大氣一級(jí)評(píng)價(jià)。

（2）當(dāng)燃燒廢氣排氣筒所在地的地形為平原、丘陵等簡(jiǎn)單地形區(qū)域時(shí)，其最大濃度占標(biāo)率P與不考慮地形時(shí)基本一致，最大濃度占標(biāo)率P僅與鍋爐噸位、排放標(biāo)準(zhǔn)、排氣筒污染物排放速率成正相關(guān)。

（3）當(dāng)排氣筒所在地的地形為山地等復(fù)雜地形區(qū)域時(shí)，最大濃度占標(biāo)率P遠(yuǎn)大于不考慮地形或簡(jiǎn)單地形時(shí)的值；燃燒廢氣的最大濃度占標(biāo)率P與排氣筒所在地的地形復(fù)雜程度成正相關(guān)，即排氣筒所在地的地形越復(fù)雜，則最大濃度占標(biāo)率P越大。

4 結(jié)束語

綜上，按天然氣鍋爐噸位、燃燒廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)和排氣筒所在地的地形不同分別進(jìn)行估算，并對(duì)估算的結(jié)果進(jìn)行分析可知：燃燒廢氣排氣筒排放污染物的最大濃度占標(biāo)率P與鍋爐噸位、燃燒廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)和排氣筒所在地的地形復(fù)雜程度成正相關(guān)，鍋爐噸位越大，燃燒廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)越低，排氣筒所在地的地形越復(fù)雜，則最大濃度占標(biāo)率P值越大；并且排氣筒所在地的地形復(fù)雜程度是決定性因素，也是大氣評(píng)價(jià)等級(jí)的決定性因素。因此，天然氣鍋爐燃燒廢氣進(jìn)行大氣評(píng)價(jià)等級(jí)判定時(shí)，應(yīng)首先明確排氣筒所在地的地形，其次再核實(shí)鍋爐廢氣的排放標(biāo)準(zhǔn)與排放量。