熱電廠點源高度論證方法探討

陳 煜

（大唐淮南洛河發電廠，安徽 淮南 232008）

我國燃煤熱電廠一般裝機容量6～250MW，多為循環硫化床鍋爐、爐內噴鈣脫硫、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，高煙囪可緩解局部區域大氣環境污染。然而，煙囪建設投資隨高度呈指數增長，煙囪高度達到限值后，加高煙囪對改善近地面環境空氣質量收效甚微，因而必須研究熱電廠煙囪合理高度。

20世紀80年代以來，我國的專家學者從保護城市環境空氣質量出發，結合地理環境、氣象特征、項目規模、生產工藝、建設投資、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、煙囪高度對區域大氣環境影響；數學模型主要是環境影響評價模型、理論模擬方程式、擬合經驗公式。

2009年4月1日實施的《環境影響評價技術導則·大氣環境》（HJ／T2.2—2008）強調，環境影響評價須結合項目自身和擬建地環境特征，使其在大氣污染防治中發揮決策作用；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，應有針對性地提出解決方案；然而，解決方案須進一步預測和評價，直至滿足達標排放和大氣環境功能區要求［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，因而環境影響評價機構與設計單位各行其是，其出發點和采取的技術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優化技術改造工程為例，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 預測方法

根據《環境影響評價技術導則·總綱》（HJ／T2.1—2011）［2］、《環境影響評價技術導則·大氣環境》（HJ／T2.2—2008）［3］的基本精神，預測淮化集團熱電廠能量系統優化技改工程對區域環境空氣質量有顯著影響的大氣污染物。

1.1 點源高度預測

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；

——煙囪高度處平均風速，m／s；

Co——環境空氣質量標準限值，mg／m3；

Cb——大氣污染物本底濃度，mg／m3；

a1——橫向擴散參數中回歸指數；

a2——垂直擴散參數中回歸指數；

γ1——橫向擴散參數中回歸系數；

γ2——垂直擴散參數中回歸系數；

P——點源最高允許排放控制系數；

Qh——煙氣熱釋放率，kJ／s；

Qv——實際煙氣排放速率，m3／s；

ΔT——煙氣出口溫度與環境溫度差，K；

Ts——煙氣出口溫度，K；

μ10——地面10m高度處平均風速，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功能區某污染物點源排放控制系數，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——風向方位數；μ——He高度處風速，m／

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

本預測模式組屬隱形關系，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致擴散參數不同，擴散參數不同又決定了煙囪幾何高度，依次聯系起來。

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

2 應用實例

2.1 煙囪高度預測參數

安徽淮化集團有限公司熱電廠實施能量系統優化技改工程，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%。

根據預測模式1～4、大氣污染源排放參數與區域環境特征，計算的大氣污染源參數見表1和表2。

表1 煙囪幾何高度預測參數 m／s3

表2 大氣污染源排放速率 m／s

2.2 煙囪高度預測結果

燃煤熱電廠高架點源——煙囪高度預測結果，見表3。

表3 煙囪幾何高度預測結果 m

通過預測，淮化集團熱電廠能量系統優化技改工程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，從而可保障區域環境空氣質量不至下降。

3 問題討論

3.1 達標排放要求

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

3.2 降低標準可行性

若淮化集團熱電廠能量系統優化技改工程煙囪幾何高度小于153m，通過設定合理的大氣污染物超標率，降低區域環境空氣質量，可降低熱電廠環境工程投資，但不符合大氣環境功能區管理目標要求。

3.3 煙囪高度合理性

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

3.4 長期環境影響

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

4 結語

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

［1］ 歐陽曉光.關于火電項目環境影響評價實施新大氣環境影響評價技術導則的思考［M］.北京：中國環境科學出版社，2009.

［2］ 環境保護部環境工程評估中心.HJ／T2.1-2011，環境影響評價技術導則·總綱［S］.北京：中國環境科學出版社，2011.

［3］ 環境保護部環境工程評估中心.HJ／T2.2-2008，環境影響評價技術導則·大氣環境［S］.北京：中國環境科學出版社，2008.