AERMOD模式在生物质电厂大气环境影响预测中的应用研究

方建国　朱晓玉　陈众

摘要：阐述了AERMOD模式，结合《环境影响评价技术导则一大气环境》（HJ2.2-2008）中的相关规定，对淮南凯迪生物质电厂热电项目进行了大气环境影响预测与评价。展示了大气预测情景模式、预测网格点的设置和相应地形以及气象数据等参数的选取，从科学性、工程性、可操作性等方面总结了相关的结论。

关键词：AERMOD模式；大气环境影响评价；预测

中图分类号：X823 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2014）04-0227-04

1、概述

AERMOD是一个稳态烟羽扩散模式，可基于大气边界层数根据层数特征模拟点源、面源、体源等排放出的污染物在短期（小时平均、日平均）、长期（年平均）的浓度分布，适合于农村或城市地区、简单或复杂地形。AERMOD考虑了建筑物尾流的影响，即烟羽下洗。模式使用每小时连续预处理气象数据模拟大于等于1小时平均时间的浓度分布。

AERMOD具有下述特点：①按空气湍流结构和尺度的概念，湍流扩散由参数化方程给出，稳定度用连续参数表示；②中等浮力通量对流条件采用非正态的PDF模式；③考虑了对流条件下浮力烟羽和混合层顶的相互作用；④AERMOD模式系统可以处理；地面源和高架源、平坦和复杂地形及城市边界层；⑤AERMAP提出一个有效高度对流的影响。

研究目标淮南凯迪生物质电厂热电项目位于淮南市潘集区工业集聚区内。该项目主要包括主体工程2×15MW次高压中温抽汽凝汽式汽轮发电机组和2×65t/h次高压中温循环流化床锅炉；辅助工程包括燃烧系统、热力系统和灰渣输送系统；贮运工程包括燃料收购点、厂区燃料露天堆场、灰渣库等；环保工程如烟气除尘装置、工业废水、生活污水处理装置、噪声治理措施等。电厂以水稻、小麦、稻壳等农作物秸秆为燃料。

工程建设汽机拟采用2×15MW次高压中温抽汽凝汽式汽轮发电机组，配2×65t/h次高压中温循环流化床锅炉。检测合格后的秸秆由卸料站卸入厂内燃料输送系统，经秸秆破碎系统破碎后的秸秆粉送入锅炉内燃烧，产生的热能把水加热成高温高压的蒸汽，送往汽轮机膨胀做功，推动汽轮机转动，将热能转变为机械能，汽轮机带动发电机转动，将机械能转变为电能。产生的电能接人厂内配电装置，由输电线路送出。

锅炉产生的烟气进入尾部烟道，采用除尘效率为99.8%的高效布袋除尘器除尘，最后通过80m高的烟囱排入大气。

2、研究方法

采用大气环境影响评价系统软件进行模拟项目所在地在项目实施后的大气环境质量的变化。

AERMOD模型运行步骤如下：

（1）地面气象数据、高空气象数据以及地表参数的设定；

（2）预测参数的设定，预测参数包括污染物的设定，底图导入，污染源输入；预测网格和关心点的设定、AERMOD气象数据的设定、地形数据测定；

（3）运行模型；

（4）导出预测结果。

3、模型运行气象数据

3.1 地面气象数据参数

根据淮南市气象站（站点编号224，经度117°01，纬度32°39）提供的近20年来的气象观测资料，统计出项目建设区域内的主要气候统计资料，由AERMAT气象预处理得出以下气象资料，主要包括：温度、风速、风向和风频等。

3.2 高空气象观测资料

该项目高空数据采用阜阳气象站高空探测数据资料，通过中尺度气象模式MM5模拟计算得到拟建项目区域高空气象数据，主要包含的时间、探空数据层数、气压、高度、干球温度、露点温度、风速、风向。

4、预测研究分析

4.1 相关预测参数选择

本文采用《环境影响评价技术导则大气环境》（HJ2.2-2008）中推荐的AERMOD模式进行计算，版本号07026。气象预处理模型为Aermet，采用的版本为06341版。地形预处理模型采用AerMAP，版本为09040，相关预测参数选取如下。

地形高程：考虑地形高程影响；

预测点离地高：不考虑（预测点在地面上）；

烟囱出口下洗：考虑；

考虑全部源速度优化：是；

考虑浓度的背景值叠加：是；

背景浓度——采用值：时段最大；

背景浓度——插值法：距离反平方法。

地形数据源采用csi.cgiar.org提供的srtm免费数据，直接生成评价区域的DEM文件，经纬度坐标，WGS84坐标系，3s（约90m）精度。

4.2 预测范围

根据导则的相关要求，本次大气评价范围应该是以项目锅炉烟囱排气筒为圆心，以5km为直径的圆形区域内。

4.3 预测计算点

4.3.1 环境空气敏感点

根据《环境影响评价技术导则大气环境》（HJ/T2.2-2008）中的相关要求，大气环境影响预测计算点包括三类：环境空气敏感点、预测范围内的网格点以及区域内最大浓度点，其中环境空气敏感点相关信息见表1所示，以烟囱为坐标原点。

4.3.2 预测网格

本次计算点覆盖了整个评价范围，采用直角坐标网格进行预测，预测网格点的网格距为500m。

4.4 预测内容

按照《环境影响评价技术导则大气环境》（HJ2.2-2008）要求，本次大气环境影响分析内容如下。

全年逐时或逐次小时气象条件下，主要环境空气敏感点、网格点处的地面质量浓度和评价范围内的最大地面小时质量浓度。

全年逐日气象条件下，主要环境空气敏感点、网格点处的地面质量浓度和评价范围内的最大地面日平均质量浓度。

长期气象条件下，主要环境空气敏感点、网格点处的地面质量浓度和评价范围内的最大地面年平均质量浓度。endprint

4.5 预测因子

根据该项目废气污染物排放特征，本次大气环境影响预测因子确定为SO₂、NO₂和PM₁₀。

4.6 预测源强数据

为考虑最不利情况下，项目废气污染物排放对区域大气环境质量造成的不利影响，根据工程分析结果，S02和N02的排放源强以小麦秸秆为燃料的排放源强考虑，PM₁₀。的排放源强以稻壳为燃料的排放源强考虑。

5、预测研究结果

5.1 评价范围内网格点小时浓度预测

根据上述预测模式和预测参数，由AERMOD模型计算并绘制评价范围内各网格点的最大地面小时浓度等值线分布示意图，分别见图1和图2。

预测结果表明，该项目实施以后，区域内网格点SO₂和NO₂的小时浓度增量最大值分别为0.0158mg/m³和0.0159mg/m³；叠加背景浓度以后，网格点SO₂和NO₂的小时浓度预测结果最大值分别为0.1187mg/m³和0.0373mg/m³，预测结果占标率分别为23.75%和15.55%，均低于相应环境标准限值的要求。

5.2 评价范围内关心点小时浓度预测

各关心点的小时浓度预测结果见表3。

6、结论

AERMOD模式是国内大气环境影响预测导则推荐的国际上主流的大气预测模型，相比原大气导则推荐的模型具有明显优势，但AERMOD模式对土地利用类型、区域气候气象、污染物的化学转化等方面均有更高的数据输入和参数设置要求，相应参数的选取直接决定预测的准确性和可靠性。AERMAT气象模块近地表的设置对最终大气预测结果具有一定的影响，体现了地表特征的不同对于大气污染物扩散的趋势影响，在实例的应用中针对评价区域内不同方位角的地表特征选取具有代表性的参数，有助于更为真实地模拟现实状况下大气污染物扩散情况，提高预测的准确性。AERMOD模式在实际的参数选取中还考虑了城市综合地貌特征气象特征以及污染物扩散中衰减和转化对预测结果的影响，内置了城市模型以及污染物随时间空间半衰和转化的参数。AERMOD模式引入了物质半衰期和化学转化参数，实例扩散计算证明，污染物半衰期的影响不构成对污染物空间浓度分布规律的影响，但导致影响程度的降低；污染物随空间和时间维度的化学转化，将对污染物空间浓度分布规律和影响均构成一定影响。endprint