基于CALPUFF模型对垃圾焚烧发电项目PM2.5的模拟与研究

南少杰

(煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 030001)



基于CALPUFF模型对垃圾焚烧发电项目PM2.5的模拟与研究

南少杰

(煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 030001)

与大气导则推荐的AEMROD、ADMS 相比，CALPUFF 具有较为复杂的化学反应模块，利用CALPUFF 高斯烟团大气扩散模型，在建立垃圾焚烧发电项目PM2.5的排放清单的同时，模拟一次PM2.5和二次PM2.5的浓度贡献及区域浓度分布，为垃圾焚烧及其他排放PM2.5建设项目的环境影响评价方法提供参考。

垃圾焚烧发电；PM2.5；CALPUFF模型

1 案例概况

本文以山西省永济市生活垃圾焚烧发电项目一期工程为例，该项目位于永济市东北(110°29′E，34°57′N)，距离永济市城区约7km，设2台250t/d的机械炉排焚烧炉，生活垃圾日处理规模500t/d，采用国际成熟的“SNCR炉内脱硝+半干法脱酸+活性炭吸附+布袋除尘器”焚烧烟气净化工艺，设80m高双管集束烟囱，单筒内径1.3m，2台焚烧炉独立排放。选择该项目周边15个村庄为敏感点，分别模拟一次及二次PM2.5对村庄的大气污染影响及空间浓度分布。

2 PM2.5排放清单

垃圾焚烧发电项目PM2.5的来源分为两类，一为垃圾焚烧产生的烟气中的一次粒子，二为焚烧烟气中的SO2及NOX在特定气候条件下转化成(NH4)2SO4和NH4NO3。王庆国[1]等进行了垃圾焚烧发电厂厂区PM2.5的影响因素研究。何品晶[2]等以上海某城市生活垃圾焚烧发电项目为例研究我国生活垃圾焚烧发电过程中温室气体排放及影响因素。

参考环保部环办函2014年1月发布的《大气细颗粒物(PM2.5)源排放清单编制技术指南(试行)》(征求意见稿)[3]及PM2.5排放量核算技术规范(火电厂、水泥工业企业)(征求意见稿)[4]，类比如东天楹赛特垃圾电厂在线监测数据(烟尘排放浓度10～25mg/Nm3，SO2排放浓度19～53mg/Nm3，NOX排放浓度100～186mg/Nm3)，汾阳市生活垃圾焚烧发电项目环保竣工验收监测数据(烟尘排放浓度14.8～22.3mg/Nm3，SO2排放浓度63～71mg/Nm3，NOX排放浓度206～244mg/Nm3)，最终引用美国AP—42推荐使用数据(6%)作为一次PM2.5的质量百分比，并按烟气净化工艺PM2.5的除尘效率为99%来计算一次PM2.5的排放速率，污染物排放速率见表1。

表1 污染物排放清单

3 模拟过程

3.1 模式选择

CALPUFF模型作为《环境影响评价技术导则———大气环境》HJ 2.2-2008推荐的法规化模型之一，能够同时完成近距离和远距离的预测计算，且模型采用参数化化学机制方案，考虑污染物在大气中的二次生成、化学转化，适于完成相对复杂的污染物扩散预测，且具备处理多种复杂情况的功能，因此，在同时模拟一次、二次PM2.5污染影响方面比AERMOD模型和ADMS模型更具优势。本次预测采用calpuff里slug模式，更适合于模拟近场扩散。

3.2 模拟范围与时段

模拟区域以110°24′56.52″ E，34°50′08.69″N 为左下角，东西14km，南北18km，总面积252km2，网格间距为0.5km，垂直方向分为10层，模拟时段为2014年1月1日至2014年12月31日。

3. 3 地理数据

CALMET 模块需要地形数据和土地利用数据，包括土地类型、海拔高度、地表参数和人为热导系数. 其中，地形数据利用子软件TERREL 处理SRTM3文件得到TERREL. DAT 数据文件；土地利用数据利用系统子软件CTGPROC 处理USGSGlobal-Lambert Azimuthal 的ASIA 数据(分辨率1km)，可得LU.DAT 数据文件。

3. 4 气象资料

气象模块CALMET 所需的气象数据包括地面和探空数据。地面数据采用永济市气象站(东经110.45°、北纬34.88°，海拔高度350m)2014年全年逐时的常规气象要素，包括风向、风速、总云、低云和干球温度。探空数据采用中尺度气象模式MM5模拟生成，分辨率为27km×27km。探空数据为2014年全年每日8时、20时数据，要素包括气压(hpa)、高度(m)、风向(°)、风速(m/s)、干球温度(℃)、露点温度(℃)，模拟数据网格点坐标为(110.46300E，34.96230N)，距离厂址约3.1km。

3. 5 计算点

预测因子为PM2.5，预测计算点包括模拟范围内所有的网格点和周围15个环境空气敏感保护目标，为减少模拟时边界效应的影响，将预测范围在覆盖评价范围基础上适当扩大。模拟范围及各敏感点分布情况见地形图1。

图1 各敏感点分布情况

3. 6 预测内容

考虑PM2.5是一次排放源贡献和二次排放源贡献的混合体，本案例中一次PM2.5指垃圾焚烧直接排放的一次源贡献，二次PM2.5由二次生成的硝酸盐和硫酸盐贡献。预测内容主要包括：①全年逐时气象条件下，正常排放时，环境空气保护目标、网格点处的PM2.5最大地面小时浓度及其分布；②全年逐日气象条件下，正常排放时，环境空气保护目标、网格点处的PM2.5最大地面日平均浓度及其分布；(3)长期气象条件下，正常排放时，环境空气保护目标、网格点处的PM2.5地面年平均浓度及其分布。

3. 7 预测结果

采用CALPOST模块对CALPUFF计算的各网格点和敏感点小时、日均、年均地面落地浓度最大值进行提取分析，最终结果中各网格点和敏感点的PM2.5浓度由一次PM2.5浓度、二次浓度(二次硫酸铵粒子浓度、二次硝酸铵粒子浓度)合计而成。

4 模拟结果分析

根据预测结果分析，该垃圾焚烧项目产生的PM2.5影响主要集中在污染源周边5km范围内，而高浓度区集中在2km范围内，对15个大气敏感点及预测网格点的影响均达标，敏感点中对C、D敏感点的影响相对较大，小时浓度分别为8.01μg/m3、7.07μg/m3，占标率达到3.54%、3.14%，日均浓度为0.90μg/m3、0.94μg/m3，占标率达到1.20%、1.25%，年均浓度为0.0458μg/m3、0.0380μg/m3，占标率达到0.13%、0.11%。作为单一点源且未考虑降雨数据的情况下，影响尚可接受。

从敏感点三类污染物的占比分析，二次硝酸铵粒子浓度占比最大，一次PM2.5占比次之，二次硫酸铵粒子浓度影响最小。且二次颗粒物总和占总浓度的比例小时浓度在56%～78%，日均在53%～77%，年均在48%～70%，对于距离污染源大于2km以上的敏感点，占比均达到60%以上，甚至70%，可见企业在后续的环保措施上在保证脱硫运行效果的基础上，加大脱硝力度将对降低周边特别是远距离敏感点PM2.5的污染影响效果明显。

[1]王庆国，胡威，韩颖，等.垃圾焚烧发电厂厂区PM2.5的影响因素研究[J].环境科技，2014，27(4)：27-30.

[2]何品晶，陈淼，杨娜，等.我国生活垃圾焚烧发电过程中温室气体排放及影响因素—以上海某城市生活垃圾焚烧发电厂为例[J].中国环境科学2011，31(3)：402-407.

[3]《大气细颗粒物(PM2.5)源排放清单编制技术指南(试行)》(征求意见稿).

[4]《PM2.5排放量核算技术规范(火电厂、水泥工业企业)》(征求意见稿).

Research and Simulation of PM2.5Originated From Waste Incineration Power Station Based on CALPUFF MODEL

NAN Shaojie

(Taiyuan Design Research Institute for Coal Industry，Taiyuan 030001，China )

Compared with AEMROD and ADMS recommended by Atmospheric Guidelines，CALPUFF has a more complex chemical reaction module.Using the CALPUFF Gaussian Smoke Atmosphere Dispersion Model，based on the PM2.5emission list，simulating the original PM2.5and secondary PM2.5concentration and regional concentration distribution，to provide reference for the environmental impact assessment of construction projects for MSW incineration and other ones that generating PM2.5.

Waste Incineration Power Station；PM2.5；CALPUFF MODEL

南少杰，硕士，工程师，主要研究方向为大气污染预测及污染防控

X21

A

1673-288X(2016)06-0193-02

引用文献格式：南少杰.基于CALPUFF模型对垃圾焚烧发电项目PM2.5的模拟与研究[J].环境与可持续发展，2016，41(6)：193-194.