張仁鋒，魏瑤，雷洋

(西北電力設(shè)計院，陜西西安 710075)

火電廠煙塔合一和煙囪排放大氣環(huán)境影響比較
——以寶雞第二發(fā)電廠為例

張仁鋒，魏瑤，雷洋

(西北電力設(shè)計院，陜西西安 710075)

以寶雞第二發(fā)電廠間接空冷機組為例，分別采用德國AUSTAL2000大氣預(yù)測模式與美國AERMOD大氣預(yù)測模式，對煙塔合一和煙囪兩種排放方式的大氣環(huán)境影響進行分析預(yù)測，并分析了地形因素對預(yù)測結(jié)果的影響。通過對比分析得知，煙塔合一排放的地面濃度分布較分散，而煙囪排放造成的地面濃度分布較集中?？紤]地形影響時采用AUSTAL2000計算的煙塔合一地面濃度比AERMOD計算的煙囪小，不考慮地形時則反之。

煙塔合一;煙囪;AUSTAL2000模式;AERMOD模式;大氣環(huán)境影響

0 引言

火力發(fā)電廠煙塔合一技術(shù)，即將煙囪和冷卻塔合并在一起，既能夠節(jié)約占地、減少投資，又能夠做到后期運行費用相對于獨立的煙囪有一定程度的降低，在占地和經(jīng)濟方面都有很大優(yōu)勢。但是國內(nèi)外對于采用煙塔合一排放方式對大氣環(huán)境的影響程度是否優(yōu)于煙囪一直沒有定論。從國內(nèi)外研究來看，針對火電廠間接空冷煙塔合一技術(shù)的研究比較少，到目前為止國內(nèi)還沒有采用間接空冷煙塔合一的火電機組正式投運，只有秦嶺電廠上大壓小7號機組工程(1×600MW)和寶雞第二發(fā)電廠擴建工程(2×600MW)進入了施工圖設(shè)計和施工建設(shè)階段。

德國根據(jù)國內(nèi)氣象條件，結(jié)合本國的工程經(jīng)驗制定了煙塔合一技術(shù)的相關(guān)技術(shù)標準和導(dǎo)則，并形成了一套完整的模式體系［1－3］。國內(nèi)截至2009年6月，環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心共評估了14個煙塔合一燃煤電廠項目［4］(其中11個采用濕冷塔，3個采用干冷塔)。環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心、中國環(huán)境科學(xué)研究院、國電環(huán)境保護研究院及部分高校雖開展了一些煙塔合一技術(shù)的研究［5－8］，但針對煙塔合一電廠的大氣環(huán)境影響預(yù)測，國內(nèi)尚未制定適合我國國情的技術(shù)標準和導(dǎo)則，《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》(HJ 2.2－2008)中也沒有包含此部分內(nèi)容?？傮w來說，煙塔合一技術(shù)在我國的研究不系統(tǒng)，亦不成熟。

寶雞第二發(fā)電廠擴建工程(2×600MW)位于寶雞市鳳翔縣西部的長青鎮(zhèn)，地處黃土高原溝壑區(qū)，處于千河左岸II級階地上，為狹長帶狀地形，5km范圍內(nèi)地形高差最大約為300m。設(shè)計采用海勒式間接空冷，煙塔合一，干冷塔高170m，出口口徑為84m。脫硫吸收塔為內(nèi)置式，布置于干冷塔內(nèi)，煙氣通過冷卻塔排放。

1 模式簡介

德國AUSTAL2000模型是基于德國的空氣清潔法標準的煙團擴散模型，適用于水冷塔和干冷塔的預(yù)測計算，是計算煙塔合一大氣擴散比較理想的模式。美國的AERMOD模型是一個穩(wěn)態(tài)煙羽擴散模式，現(xiàn)已替代ISC 3作為美國的新一代法規(guī)模型，同時它也是目前我國大氣導(dǎo)則推薦的煙囪大氣擴散計算模式。

2 不同排放方式環(huán)境影響對比

2.1 預(yù)測情景

工程設(shè)計單位在設(shè)計中針對寶雞第二發(fā)電廠煙氣排放方式提出了煙塔合一和單獨設(shè)煙囪+冷卻塔兩套方案。為比較兩種不同排放方式對環(huán)境空氣的影響，本文針對這兩種設(shè)計方案提出了兩種不同的預(yù)測情景(以SO2為例)，情景對比見表1?！董h(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB 3095－1996)中SO2小時濃度二級標準限值為0.5mg/m3。

根據(jù)德國VDI 3784 Part 2，在進行干冷塔煙氣抬升計算時，煙氣的水汽含量認為是零。

對于同樣機組，由于干冷塔空氣量約為濕冷塔的3倍，而煙氣量只占塔內(nèi)空氣量的1/40～1/50，因此，近似認為煙氣與塔內(nèi)空氣是完全混合的，塔出口的流速用空氣量計算。

2.2 預(yù)測計算結(jié)果對比

利用全年逐時氣象資料，分別采用德國AUSTAL2000模式和美國AERMOD模式對煙塔合一和煙囪兩種排放方式進行預(yù)測，對預(yù)測區(qū)域各網(wǎng)格點的小時地面濃度進行預(yù)測分析。分別選取兩種預(yù)測情景的預(yù)測結(jié)果前10位最大值進行比較。

在考慮地形因素影響時兩種情景的預(yù)測結(jié)果對比見表2，不考慮地形因素影響時兩種情景的預(yù)測結(jié)果見表3。

表1 兩種預(yù)測情景對比

表2 考慮地形情況下兩種情景的小時濃度比較

表3 不考慮地形情況下兩種情景的小時濃度比較

從表2可知，在考慮地形因素影響時，煙塔合一排放的預(yù)測結(jié)果要遠低于煙囪排放的預(yù)測結(jié)果，煙塔合一的預(yù)測結(jié)果僅為煙囪排放的28%～40%左右。煙塔合一的最大地面濃度點位相對煙囪要稍遠一些。煙塔合一排放造成的地面小時濃度分布較分散，而煙囪排放造成的地面小時濃度分布較集中。

從表3可知，在不考慮地形因素影響時，煙塔合一排放方式的預(yù)測結(jié)果要高于煙囪排放的預(yù)測結(jié)果，煙塔合一的預(yù)測結(jié)果一般是煙囪排放的2倍左右。煙塔合一的最大地面濃度點位相對煙囪要遠的多，一般較煙囪的最大地面濃度點要遠2～4km。煙塔合一排放造成的地面小時濃度分布要比煙囪排放造成的地面小時濃度分布分散一些。

由上述分析可知，考慮地形因素時的預(yù)測結(jié)果均比不考慮地形時要大。考慮地形因素時，AUSTAL2000模式的煙塔合一預(yù)測結(jié)果是不考慮地形因素的1.1倍左右;而AERMOD模式的煙囪排放預(yù)測結(jié)果是不考慮地形因素的5～8倍，變化較大。

3 結(jié)語

(1)煙塔合一排放的地面濃度分布較分散，而煙囪排放造成的地面濃度分布較集中。煙塔合一的最大地面濃度點位相對煙囪要遠得多，一般較煙囪的最大地面濃度點要遠2～4km。

(2)考慮地形因素比不考慮地形因素的地面濃度大?？紤]地形因素情況下，煙塔合一的地面濃度比煙囪的地面濃度小很多;不考慮地形因素情況下，煙塔合一的地面濃度比煙囪的地面濃度大;相比較而言，考慮地形時采用AUSTAL2000計算的煙塔合一地面濃度比AERMOD計算的煙囪的地面濃度小，不考慮地形時則反之。原因可能是兩個模式對于煙氣的抬升計算及地形的處理方式存在差異。

［1］Martin D O.Comment on ＇the change of concentration standard deviations with Distance［J］.Air Pollute Control Assoc，1976，(26):145－147.

［2］Schatzmann M，Policastro A J.An advanced integral model for cooling tower plume dispersion［J］.Atmos Environment，1984，(18):663 －674.

［3］Schatymann M.Entwicklung und Anwendung Eines Kuhlturm Schwadenmodells［M］.Berlin:E SchVerlag，1984.

［4］莫華，劉思湄.燃煤電廠“煙塔合一”技術(shù)在環(huán)評技術(shù)評估中存在的問題與建議［J］.電力環(huán)境保護，2009，25(3):48 －50.

［5］翟 明，董 芃，王麗.利用冷卻塔排放脫硫濕煙氣技術(shù)的應(yīng)用.電站系統(tǒng)工程［J］.2005，21(4):27－29.

［6］林 勇.煙塔合一技術(shù)特點和工程數(shù)據(jù)［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2005，18(1):35－39.

［7］崔克強，柴發(fā)合.燃煤發(fā)電廠煙塔合一環(huán)境影響之二:華能北京熱電廠煙塔合一設(shè)計環(huán)境影響估算［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2005，(1):31－34.

［8］王佩璋.煙塔合一技術(shù)在間接空冷發(fā)電機組中的應(yīng)用［J］.發(fā)電設(shè)備，2008，22(5):424－426.

Environmental impact comparison of stack－in－tower configuration and a stand－alone chimney in coal－fired power plant——Taking Baoji No.2 Power Plant for example

It analyzed the differences between the behavior of flue gases emitted in stack－in－tower configuration and by a stand － alone chimney，which takes the indirect air－ cooled unit of Baoji No.2 power plant for example.In order to indicate environmental impact on ambient air of different way of flue gas emission，the results of the study and impact of terrain factor are summarized by using the mode of AUSTAL2000 and AERMOD.The conclusion that can be drawn is the surface concentration of stack－in－tower configuration distributes dispersedly，and the surface concentration came from a stand － alone chimney has concentrative distribution.Taking terrain into account，the conclusion that can be drawn is that the ground level concentrations of air pollutants emitted in stack－in －tower configuration is less compared with a stand－alone chimney.Whereas，the ground level concentrations emitted from a stand－alone chimney is less without terrain.

stack－in－tower configuration;a stand－alone chimney;the mode of AUSTAL2000;the mode of AERMOD;environmental impact on ambient air

X591

B

1674－8069(2012)02－001－03

2011-11-29;

2012-03-10

張仁鋒(1977-)，男，甘肅正寧人，工程師，從事環(huán)境影響評價工作。E－mail:zhangrenfeng@nwepdi.com