热电厂点源高度论证方法探讨

陈 煜

（大唐淮南洛河发电厂，安徽 淮南 232008）

我国燃煤热电厂一般装机容量6～250MW，多为循环硫化床锅炉、炉内喷钙脱硫、水膜除尘或静电除尘，烟囱高度60～120m。有组织形式排放大气污染物的装置称为排气筒（烟囱、集气筒），排气筒几何高度不低于100m称为高架点源。城市热电厂大都建在主城区，高烟囱可缓解局部区域大气环境污染。然而，烟囱建设投资随高度呈指数增长，烟囱高度达到限值后，加高烟囱对改善近地面环境空气质量收效甚微，因而必须研究热电厂烟囱合理高度。

20世纪80年代以来，我国的专家学者从保护城市环境空气质量出发，结合地理环境、气象特征、项目规模、生产工艺、建设投资、运行费等，探讨各类燃煤锅炉和窑炉烟囱高度的合理性；研究方法主要基于大气污染物扩散理论、烟囱高度对区域大气环境影响；数学模型主要是环境影响评价模型、理论模拟方程式、拟合经验公式。

2009年4月1日实施的《环境影响评价技术导则·大气环境》（HJ／T2.2—2008）强调，环境影响评价须结合项目自身和拟建地环境特征，使其在大气污染防治中发挥决策作用；当排放方案（项目选址、污染源强、排放方式、污染控制措施）存在问题时，应有针对性地提出解决方案；然而，解决方案须进一步预测和评价，直至满足达标排放和大气环境功能区要求［1］。当项目选址、污染源强、污染控制措施最佳时，点源高度论证尤为重要。

鉴于HJ／T2.2—2008未提出点源高度论证方法，因而环境影响评价机构与设计单位各行其是，其出发点和采取的技术路线和计算方法各不相同，致使燃煤热电厂点源高度论证结果差异较大。本文以安徽淮化集团有限公司热电厂能量系统优化技术改造工程为例，提出燃煤热电厂选址、污染源强、烟气脱硫与除尘措施既定条件下，高架点源——烟囱高度的论证原则方法。

1 预测方法

根据《环境影响评价技术导则·总纲》（HJ／T2.1—2011）［2］、《环境影响评价技术导则·大气环境》（HJ／T2.2—2008）［3］的基本精神，预测淮化集团热电厂能量系统优化技改工程对区域环境空气质量有显著影响的大气污染物。

1.1 点源高度预测

某高架点源——烟囱高度可行性研究，采用“迭代法”计算出Hs。计算式如下：

其中：

式中Hs——烟囱几何高度，m；

Q——大气污染物排放速率，mg／s；

ΔH——烟气抬升高度，m；

——烟囱高度处平均风速，m／s；

Co——环境空气质量标准限值，mg／m3；

Cb——大气污染物本底浓度，mg／m3；

a1——横向扩散参数中回归指数；

a2——垂直扩散参数中回归指数；

γ1——横向扩散参数中回归系数；

γ2——垂直扩散参数中回归系数；

P——点源最高允许排放控制系数；

Qh——烟气热释放率，kJ／s；

Qv——实际烟气排放速率，m3／s；

ΔT——烟气出口温度与环境温度差，K；

Ts——烟气出口温度，K；

μ10——地面10m高度处平均风速，m／s。

某高架点源——烟囱出口烟气温度，按5℃／100m温降计算。

1.2 最大地面浓度

某高架点源大气污染物最大地面浓度预测，如下式：

其中：

式中He——排气筒（烟囱）有效高度，m；

Pi——第i功能区某污染物点源排放控制系数，t／h·m2。

1.3 最大落地距离

某高架点源大气污染物最大落地距离预测可计算为：

1.4 长期平均浓度

某高架点源大气污染物长期平均浓度预测可计算为：

式中

Cijh——点源某大气污染物长期平均浓度，mg／

m3；n——风向方位数；μ——He高度处风速，m／

s；σz——垂直方向扩散参数，m；Zi——混合层高度，m；x——距排气筒（烟囱）轴线距离，m。

本预测模式组属隐形关系，即使热电厂燃煤锅炉及其脱硫与除尘措施相同，但因高架点源——烟囱几何高度不同，同类大气污染物最大落地距离亦相距甚远；大气污染物落地距离差异导致扩散参数不同，扩散参数不同又决定了烟囱几何高度，依次联系起来。

燃煤热电厂烟囱几何高度论证需采用“迭代法”计算，当其大气环境影响预测结果相对误差小于1／10，000时，烟囱几何高度预测误差小于5 cm。

2 应用实例

2.1 烟囱高度预测参数

安徽淮化集团有限公司热电厂实施能量系统优化技改工程，一期工程新建1×260t／h燃煤锅炉，取缔1×75t／h和2×35t／h燃煤锅炉，二期工程增建1×260t／h燃煤锅炉，1×60MW发电机组，共用1根100m烟囱，烟气脱硫效率90%，除尘效率99.5%。

根据预测模式1～4、大气污染源排放参数与区域环境特征，计算的大气污染源参数见表1和表2。

表1 烟囱几何高度预测参数 m／s3

表2 大气污染源排放速率 m／s

2.2 烟囱高度预测结果

燃煤热电厂高架点源——烟囱高度预测结果，见表3。

表3 烟囱几何高度预测结果 m

通过预测，淮化集团热电厂能量系统优化技改工程2×260t／h锅炉烟囱几何高度需不低于113m；若一二期工程共用1根烟囱，则烟囱几何高度需不低于153m，从而可保障区域环境空气质量不至下降。

3 问题讨论

3.1 达标排放要求

采用最大落地浓度作为预测公式组的条件之一，可确保淮化集团热电厂能量系统优化技改工程不低于153m烟囱排放的大气污染物对区域环境空气质量影响降至最低，基本达到《环境空气质量标准》（GB 3095—1996）二级标准要求，然而，热电厂环境工程投资较高。

3.2 降低标准可行性

若淮化集团热电厂能量系统优化技改工程烟囱几何高度小于153m，通过设定合理的大气污染物超标率，降低区域环境空气质量，可降低热电厂环境工程投资，但不符合大气环境功能区管理目标要求。

3.3 烟囱高度合理性

在环境影响评价工作中，因各敏感点环境空气质量本底存在差异，即使应用大气污染物最大落地浓度论证出的烟囱几何高度预测环境影响，仍有部分敏感点环境空气质量超标，需在具体分析区域环境空气中大气污染物时空变化规律的基础上，判定淮化集团热电厂能量系统优化技改工程烟囱几何高度是否合理。

3.4 长期环境影响

应用点源大气环境影响长期平均浓度预测模式，可使淮化集团热电厂能量系统优化技改工程不低于153m烟囱投资最小化，部分敏感点大气环境影响可能较大，居民难以接受，可对敏感点作定点大气环境影响预测。

4 结语

燃煤热电厂点源高度论证，提出了一种“迭代法”系统计算方法；当其大气环境影响预测结果相对误差小于1／10000时，烟囱几何高度预测误差小于5cm，预测精度较高，由此得到合理的热电厂烟囱几何高度。

［1］ 欧阳晓光.关于火电项目环境影响评价实施新大气环境影响评价技术导则的思考［M］.北京：中国环境科学出版社，2009.

［2］ 环境保护部环境工程评估中心.HJ／T2.1-2011，环境影响评价技术导则·总纲［S］.北京：中国环境科学出版社，2011.

［3］ 环境保护部环境工程评估中心.HJ／T2.2-2008，环境影响评价技术导则·大气环境［S］.北京：中国环境科学出版社，2008.