淺談基于肯尼亞Olkaria地熱資源的地熱電站環保措施

蔡正敏 王玉旭 孫法勝 劉春寶 蔡國亮

(1.中國石油集團長城鉆探工程有限公司工程服務公司，中國 北京100101;2.中國石油集團長城鉆探工程有限公司生產協調處,中國 北京100089）

0 前言

地熱資源是一種清潔的新能源，利用地熱資源可以大大減少大氣污染，對城市環境保護有許多好處，但是在地熱電站建設和運行過程中會對環境產生影響，包括排污水的污染、氣體H2S、CO2排放污染、汽輪機噪聲對周圍居民區的影響以及水土流失。因此要在地熱利用過程中，加強動態監測工作，合理開發，科學利用，關注可能出現的環境問題，及時發現及時解決，充分體現綠色能源的特點。

1 環境保護危害因素分析

1.1 建設期環境影響因素分析

地熱電站的建設施工主要包括：清理和平整施工場地、開挖基礎、焊接管道、試壓等，建設期間對環境的影響主要來自電站施工中的施工機械、車輛、人員踐踏等活動對土壤和生態環境的影響。此外，建設期間各種機械、車輛排放的廢氣和產生的噪聲、施工產生的固體廢物的丟棄、施工人員的生活廢水、管道試壓產生的廢水等，也將對環境產生一定的影響，但這類影響是暫時的，待施工完成后將在較短的時間內消失。

1.2 運行期間環境影響因素分析

運行期主要環境影響表見表1。

表1 運行期主要的環境影響表

1.2.1 污水處理

電站運行期間主要的有規則的排水為地熱井口分離出的高溫地熱鹵水、循環系統的排污水、汽機棚的檢修廢水以及運行人員的生活污水。

表2 主要廢水排放狀況表（不含高溫回灌水）

地熱電站所排放的地熱鹵水中化學元素的含量高，有時包含有害元素，特別是砷（As）和硼（B）濃度高。因此地熱鹵水可視為一種污染物。檢修時產生的廢水少量含油。循環冷卻水排污水pH值和微生物均超過排放標準，直接排放會對地表及地下水體有污染。

1.2.2 大氣污染物排放

站場排放的大氣污染物主要是運行過程中的不凝氣體（NCG），該氣體內含有 H2S、CH4、N2、O2、H2、CO2等氣體。 電站運行期間，抽真空系統將不凝氣體排入大氣。H2S是一種易燃的有毒氣體。在濃度10～500 ppm下，其就可導致頭痛，在濃度500～700ppm下，幾分鐘就可導致意識喪失。

CO2不屬于有害氣體，但是作為溫室氣體，溫室效應對環境有顯著影響。

1.2.3 噪聲處理

站場噪聲主要是機械動力性噪聲、氣體動力性噪聲、電磁性噪聲及交通噪聲。

地熱電站汽機棚是主要的噪聲源，環境噪聲主要是汽機棚各界面向外輻射的結果。輔助設施產生的噪聲，由于能量較小，在較短距離內衰減很快。

1.2.4 固體廢物處理

電站產生的固體廢物除生活垃圾外，在設備檢修時也會有一定量固體廢物產生。

1.2.5 事故排放

電站緊急時停機時，將系統內的蒸汽緊急排放至大氣，會造成輕度的空氣污染。

2 環境保護防治措施

2.1 污水排放控制

2.1.1 井口地熱鹵水

本工程設計回注系統，將井口分離出的地熱鹵水就近回注至回注井。地熱鹵水回注不僅可以環境保護，而且是維持地熱熱儲壓力的有效方式。

2.1.2 循環系統的排污水

循環冷卻水設置NaOH加藥系統，用以調整循環水的PH值；設置NaCIO加藥系統，用以擬制循環水系統的微生物生長。排污水符合肯尼亞政府頒布的水質量標準中的 《Water quality regulations application form for effluent discharge license》規定的廢水排放的要求。

2.1.3 生活污水

生活污水排入化糞池，定期外運至專業公司處理。

2.1.4 檢修廢水

檢修時產生的少量的含油廢水，排入事故池后，定期外運至專業公司處理。

2.2 氣體污染物排量計算和控制措施

選用肯尼亞Olkaria地區典型的井口分布式地熱電站為例進行分析，其蒸汽選用某典型地熱井蒸汽參數為計算對象，其不凝氣體由真空泵從凝汽器抽取后通過管道輸送到冷卻塔頂部，消散到大氣中。

基本參數：

該井口電站的裝機容量：4×3MWm；發電耗汽量：110t/h；蒸汽中H2S含量：

66.7ppm； 冷卻塔排放空氣量：2.6×106Nm3/h； 蒸汽中 CO2含量：5950ppm；冷卻塔排放空氣量：2.6×106Nm3/h。

根據地熱蒸汽組分，不凝結氣體按為地熱蒸汽的質量1%比計算。

2.2.1 H2S 的控制措施

H2S排放：m=Gg

其中：G——地熱蒸汽質量，t/h；m——H2S質量，g/h；g——H2S質量濃度，ppm（百萬分之一）；

m=110t/h×66.7ppm=7346g/h

其中：n——H2S摩爾質量34g/mol；V0——標準摩爾體積22.4L/mol；V——H2S標況體積L/h；

V=7346/34×22.4=4840L/h=4.84 Nm3/h

冷卻塔排氣的H2S排放物估算：冷卻塔排氣的H2S濃度：4.84/(2.6×106)=1.86 ppm

電站正常運行情況下冷卻塔排氣的總H2S濃度估計為4.48Nm3/h，經冷卻塔排氣稀釋的冷卻塔排放物H2S濃度估計為1.86ppm。此濃度小于世界衛生組織容許最高濃度10 ppm。

2.2.2 CO2排放物評估

CO2排放：m=Gg

其中：G——地熱蒸汽質量，t/h；m——CO2質量，g/h；g——CO2量濃度，ppm（百萬分之一）；

m=110t/h×5950ppm=654500g/h

n—CO2質量 44mol；V0—標準摩爾體積 22.4L/mol；V—CO2體積 L/h；

V=654500/44×22.4=333000L/h=333Nm3/h

冷卻塔排氣的CO2排放物估算：

冷卻塔排氣的 CO2濃度：333/(2.6×106)=128ppm

電站正常運行情況下，經冷卻塔排氣稀釋的冷卻塔排放物CO2濃度估計為128ppm。折合每度電約排放0.054kg的二氧化碳，遠低于燃煤電站的0.86kg。地熱電站發電相較于石化電站是更加環保。

3 環境保護結論

地熱電站工業廢水排放經處理后排放，生活污水外運處理。CO2、H2S排放濃度均低于世行標準要求。采取消聲、隔聲等措施后，噪聲滿足當地標準要求。因此，從環境保護角度初步分析，本工程建設是可行的，均能滿足肯尼亞國家標準要求。

［1］Water quality regulations application form for effluent discharge license.Kenya.

［2］《肯尼亞環境管理和協調法（EMCA）空氣質量標準條例（2008 年）》[Z].沒有提及地熱電站H2S排放要求.本文采用肯尼亞其他地熱電站項目采用的世界衛生組織和世界銀行行業指南要求，H2S容許最高濃度為10 ppm.

［3］《The Factories and Other Places of Work(Noise Prevention and Control)Rules,2005-Legal Notice No.25[Z].Kenya.