基于SCREEN3的燃煤電廠海岸線熏煙問題研究

韓宇超，聶峰

(1.中國電力工程顧問集團公司，北京 100011;2.華東電力設計院，上海 200001)

基于SCREEN3的燃煤電廠海岸線熏煙問題研究

韓宇超1，聶峰2

(1.中國電力工程顧問集團公司，北京 100011;2.華東電力設計院，上海 200001)

以2×300MW、2×600MW、2×1000MW海邊燃煤電廠為例，采用SCREEN3模式利用正交試驗法研究了海岸線熏煙和常規氣象條件下，不同煙囪高度、不同排煙溫度、不同離岸距離時最大落地濃度及其發生距離。結果表明:對于海邊大型燃煤電廠，海岸線熏煙的發生與離岸距離、煙囪高度、排煙溫度等因素有關;海岸線熏煙最大落地濃度(Smax)是常規氣象條件下最大落地濃度(Cmax)的2倍以上，有時甚至達到4倍以上。Smax和Cmax均隨排煙溫度的升高而降低，Smax隨煙囪離岸距離的增加而升高;熏煙最大落地濃度的發生距離(SL)遠大于常規氣象條件下最大落地濃度的發生距離(CL)，兩者均隨煙囪高度和排煙溫度的升高而增加，SL隨離岸距離的增加而縮短;對于離岸距離在3km以內的海邊大型燃煤電廠，在環境影響評價時對廠址周邊1.3～7.7km范圍內有環境敏感點的區域要特別關注海岸線熏煙問題。

燃煤電廠;海岸線熏煙;SCREEN3

0 引言

海岸地區熱力內邊界層(TIBL)對該地區大氣污染物擴散具有重要的影響［1］。我國的海邊燃煤電廠大氣污染物多采用高煙囪排放方式，當煙羽高度高于當地TIBL時，初始階段煙羽在穩定大氣中沿下風向平流擴散，隨著TIBL逐漸增厚，煙羽將與TIBL上邊界相交，并進行強烈的向下混合，即出現海岸線熏煙現象［2－4］。海岸線熏煙發生時，最大地面濃度有可能比常規氣象條件下的最大地面濃度高2～3倍，因而對大氣污染物擴散而言，它是一種極為不利的氣象條件［5－8］。

本文采用SCREEN3中的熏煙模式，計算海岸線熏煙條件下海邊燃煤電廠NO2的最大落地濃度及發生距離，探討煙囪高度、污染源離岸距離、煙氣溫度等因素與發生海岸線熏煙之間的關系，并將熏煙計算結果與不考慮熏煙條件的預測結果進行對比研究，以期對海邊大型燃煤電廠選址和環境影響評價工作提供參考。

1 預測情景和預測方法

SCREEN3是一個單源高斯煙羽估算模式，可用于計算點源排放的最大地面濃度以及海岸熏煙等特殊條件下的最大地面濃度［9］。估算模式中嵌入了54種預設的常規氣象組合條件，包括一些最不利的氣象條件。SCREEN3模式中大氣穩定度A、B、C、 D、E、F與不同風速(1.0～20.0m/s)的組合氣象條件見表1。表中*為一組組合氣象條件。

表1 SCREEN3模式中的風速和穩定度組合氣象條件

我國裝機容量300MW及以上大型燃煤電廠現普遍采用兩爐合用一座煙囪的方案，2×300MW、2 ×600MW、2×1000MW 機組煙囪高度分別為180m、210m和240m。各典型條件下的燃煤電廠大氣污染源主要排放參數見表2，其中大氣污染物考慮NO2，其排放濃度80mg/m3，環境溫度293K。

表2 污染源排放點源參數

沿海地區燃煤電廠常用的脫硫方案為石灰石—石膏濕法脫硫和海水脫硫。當采用石灰石—石膏濕法脫硫方案時，煙囪出口處溫度約為319K(無GGH)或350K(有GGH);當采用海水脫硫方案時，煙囪出口處溫度較低，約為305K(無GGH)或335K (有GGH)。由于海岸線熏煙通常發生在離岸3km以內的高架點源［9－12］，因而本文中海岸線熏煙的煙囪離岸距離分別取500、1000、1500、2000、2500、3000m。由上述4種排煙溫度、6個離岸距離組合成24種預測情景見表3。

采用SCREEN3模式研究180m、210m和240m煙囪排放時上述24種情景下海岸線熏煙是否發生以及在發生熏煙條件下的最大落地濃度(Smax)及其發生距離(SL)，并與54種常規氣象組合條件下的最大落地濃度(Cmax)和及其發生距離(CL)進行對比分析。

表3 大氣污染源排煙溫度和離岸距離情景組合

2 結果與討論

表4給出了各種情景的熏煙預測結果。從表4中可以看出，180m(2×300MW機組)、210m(2× 600MW機組)和240m(2×1000MW機組)煙囪均屬于高架源，均有可能發生海岸線熏煙，但180m煙囪在情景4、5、6、11、12、17、18和24時不會發生海岸線熏煙，210m煙囪在情景6時不會發生海岸線熏煙。這表明，海岸線熏煙的發生不僅與煙囪高度有關，而且與排煙溫度有關，因為這兩者都直接影響到污染物排放的有效高度。當煙囪離海岸線一定距離后，如煙羽有效高度低于TIBL時，煙羽全部落在不穩定的TIBL內，此時便不會發生海岸線熏煙。

表4 各種情景下海岸線熏煙最大落地濃度與落地距離

圖1、2給出了240m煙囪不同情景下的海岸線熏煙最大落地濃度及發生距離，從圖中可知:排煙溫度相同時，海岸線熏煙最大落地濃度(Smax)隨煙囪離岸距離的增加而升高，而熏煙最大落地濃度的發生距離(SL)隨煙囪離岸距離的增加而縮短;離岸距離相同時，Smax隨排放溫度的升高而降低，而SL隨排放溫度的升高而增加。從表4中可知180m和210m煙囪排放時具有同樣的規律。

從180m、210m、240m煙囪計算結果(表4)比較可知:當排煙溫度相同時，三者的Smax均隨著離岸距離的增加而升高，但180m煙囪排放時Smax升高的最快，210m次之;當排煙溫度和離岸距離均相同時，SL隨煙囪高度的增加而變大，這主要是因為當發生海岸線熏煙時，熱力內邊界層自岸邊向內陸在鉛垂方向上逐漸增厚，當排煙溫度和離岸距離相同時，排煙有效高度越高，煙氣與熱力內邊界層的交點離岸就越遠。

表5給出了常規氣象條件下各煙囪不同排煙溫度時的最大落地濃度(Cmax)及其發生距離(CL)。當煙囪高度相同時，排煙溫度越高，Cmax越小，CL越大。將表4與表5的計算結果進行比較可以看出:當煙囪高度、排煙溫度相同時，Smax是Cmax的2倍以上，有時甚至達到4倍以上。SL要遠大于CL，對于240m煙囪，因污染源離岸距離和排煙溫度不同，SL介于2.0～7.7km之間，而CL介于1.2～1.3km之間;對于210m煙囪，SL介于1.3～5.9km之間，而CL介于1.1～1.2km之間;對于180m煙囪，SL介于1.3～4.0km之間，而CL介于1.0～1.1km之間。

圖1 240m煙囪不同情景下的海岸線熏煙最大落地濃度

圖2 240m煙囪各情景海岸線熏煙最大落地濃度發生距離

表5 54種常規氣象條件下各煙囪排放時Cmax及CL

3 結語

海岸線熏煙的發生與離岸距離、煙囪高度、排煙溫度等因素有關;發生海岸線熏煙時，最大落地濃度(Smax)隨煙囪離岸距離的增加而升高，隨排煙溫度的升高而降低。熏煙最大落地濃度的發生距離(SL)隨離岸距離的增加而縮短，隨煙囪高度和排煙溫度的升高而增加。Smax是常規氣象條件下最大落地濃度(Cmax)的2倍以上，有時甚至達到4倍以上。SL遠大于常規氣象條件下最大落地濃度的發生距離(CL)。因此，需要在岸邊3km內設立高架源的大型海邊燃煤電廠，在環境影響評價時對燃煤電廠周邊1.3～7.7km范圍內有環境敏感點的區域要特別關注海岸線熏煙問題。

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Research on shoreline fumigation of coal－fired power plant based on SCREEN3

Taking 2×300MW，2×600MW and 2×1000MW units coastal coal－fired power plants as examples，based on SCREEN3 software，using the Orthogonal Experimental Method，the maximum ground－level concentration and its position are studied for different stack heights，different flue gas temperatures，and different offshore distances of stacks under shoreline fumigation and general meteorological conditions.The results show that shoreline fumigation is influenced by stack height，flue gas temperature and offshore distance of stack for large coal－fired power plant;the maximum ground－level concentrations in shoreline fumigation(Smax)are more than twice as high as that in general meteorological conditions(Cmax)，even some are over 4 times higher;both Smaxand Cmaxdecrease with increasing the flue gas temperature，and Smaxincrease with increasing the offshore distance of stack;the distance from stack to the position where the Smaxoccur(SL)is more than that from stack to the position where the Cmaxoccur(CL);both SLand CLincrease with increasing the stack height and the flue gas temperature;SLdecreases with increasing the offshore distance of stack;the shoreline fumigation should be paid particular attention for the large coal－fired power plants within 3km from the shore，especially when there are some environmentally sensitive areas within 1.3～7.7km radius around the plants.

coal－fired power plant;shoreline fumigation;SCREEN3

X820.3

B

1674－8069(2012)01－001－04

2011-09-03;

2011-12-20

韓宇超(1981-)，男，河北邢臺人，工程師，從事電廠項目環境保護工作。E－mail:hyc2006@gmail.com