華電喀什熱電二期超臨界機組煙囪設計高度對環境的影響評價

許善洋 薛治國 劉偉

摘 要：電廠一直被群眾視為排污大戶，喀什城區目前正在修建的華電喀什熱電二期在滿足城區熱電需要的同時，不可避免的成為了當地居民關注的排污熱點。該研究通過高斯擴散模型和鍋爐燃燒經驗方程以及煙囪設計高度來模擬評估二期2×350MW超臨界機組建成后對周邊環境的污染影響，結果表明，煙囪設計210m高度對周邊污染質量濃度接近0，因此煙囪設計高度科學合理，高斯擴散模型在模擬計算大氣污染影響區域范圍方面可以廣泛運用。

關鍵詞：超臨界機組；煙囪；污染；評價

中圖分類號 TU761.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）19-0069-04

Abstract：Power plant has been the masses as the large sewage，under construction of the Huadian Kashi thermoelectric second period to meet the needs of urban heat and power，Kashi City inevitably has become sewage focus of the attention of the local residents.By Gaussian diffusion model and boiler combustion empirical equation，and the boiler design to simulate the assessment phase 2·350MW supercritical units after the completion on the surrounding environment pollution. Results show that，210m chimney design height of pollution of the surrounding mass concentration is close to 0，therefore the chimney design show highly scientific and reasonable.

Key words：Supercritical unit； Chimney； Pollution； Evaluation

隨著城市化進程的加快，全國不同城市空氣質量都受到了一定程度的影響，雖然我國對城市大氣污染的控制和治理取得了巨大的成果，但未來一段時期內其仍將是研究的熱點問題[1]。以煤炭為主的能源結構，使得燃煤產生的顆粒物成為我國大部分城市大氣污染的重要來源[2]。目前，我國電力結構中仍然以火力發電為主，燃煤產生的大氣污染如果處理不當，將會對城市大氣質量產生嚴重的影響。為此，中國于2004年頒布并實施了《火電廠大氣污染物排放標準》GB13223-2003[3]。火力發電形成的大氣污染物是以大氣擴散的形式對城市環境產生影響，目前國內外關于大氣擴散模式研究很多，高斯模式是目前應用較廣，適合單個連續點源的小尺度擴散模式。喀什熱電二期的鍋爐相距較近，可認為為單點模式。喀什市區平坦的地形也較為適合有界條件的高斯模式[4-5]。

華電喀什熱電二期（后簡稱二期）位于喀什市東面，距市中心5km。目前正在建設之中，附近有315國道從勘測區北側400m處通過，交通便利，廠址高程約1 295m。現有2×350MW超臨界機組HG-1200/25.4-YM1鍋爐，2臺350MW鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責任公司自主開發設計、制造的超臨界350MW鍋爐。鍋爐爐型是HG-1200/25.4-YM1型，為超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次再熱、采用前后墻對沖燃燒方式、平衡通風、緊身封閉、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐，采用不帶再循環泵的大氣擴容式啟動系統。設計煤種為煙煤。本文通過已有理論對二期建成后產生的大氣排放進行研究，主要研究污染排放的影響區域、影響半徑以及對城區的影響面積，為污染防治和電廠設計提供參考。

1 自然條件

1.1 氣象條件 喀什地區盛行東北風，平均風速2.7m/s，最大風速方向平均15.69°（以正北為0°，順時針度量），年均溫度24.8℃。

1.2 廠址地形 廠址地形平坦開闊，廠區地層主要由第四紀全新統（Q4）沖、洪積粉土、粉質粘土、細砂等組成，工程地質條件較為復雜，地基巖土工程性質一般，土層厚度大。

1.3 廠址工程地質 地震動參數為50年超越概率為10%的地震動峰值加速度為0.358g，相應的地震基本烈度為Ⅷ度，設計地震分組為第二組，地震動反應譜特征周期為0.65S。

2 鍋爐排放污染物擴散模式

考慮地面對污染擴散的影響，本研究選擇有界條件的高斯模式，分式如下：

式中：C（x，y，z，H）為有效源高H的源在下風向空間點C（x，y，z）處造成的濃度，單位mg/m3；Q為源強，單位mg/m3；v為源高處平均風速，單位m/s；σy、σx為橫向擴散系數。大氣擴散參數根據我國《制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》（GB/T 13201-9），對喀什熱電二期按照城市遠郊區選取擴散參數，喀什市區太陽高度選擇全年均值約50°，總云量和低云量均小于40%，確定太陽輻射等級為+1，地面10m風速為1.83m/s，確定大氣穩定度為B級。

2.1 參數的獲取方式和數值來源

2.1.1 排放煙氣量的估算 根據根據鍋爐出廠參數理論模擬源強，源強計算采用經驗公式：

式中：Q1為燃料的單位發熱量，單位kJ/m3；為空氣過剩系數；為燃料燃燒所需理論空氣量，單位m3/kg。

按照BMCR符合情況，機器燃煤量為151.74t/h，計算可知鍋爐煙氣量為2.4060×106m3/s。

2.1.1 煙氣抬升高度估算 根據國家標準（GB/T 13201-91）“制定地方大氣污染物排放標準的技術方法”中推薦的抬升公式，當煙氣排放率Qh≥2100kJ/s，且△T≥35K時：

式中：Qh為煙氣釋放率，單位kJ/s；Qv為實際排煙率，單位m3/s；Ts為煙氣出口溫度，單位K；Ta為環境大氣平均溫度，取當地近5年平均值，單位K；H為煙囪距離地面的幾何高度，單位m；Pa為大氣壓力，單位hPa，可取臨近氣象臺的季或年的平均值；即ΔT=Ts-Ta，單位K；n0，n1，n2為系數，按表5查詢。假定煙囪出口溫度77℃（350K），為實際排煙率和源強一致，計算值為2.4060×106m3/s。大氣穩定度選擇為城市C級，選取參數m值計算風速，煙囪出口處平均風速為，m=0.2，10m高風速均值1.837m/s。

煙氣抬升高度H=79.200 8m，因此有效源高約290m，煙囪高度210m。

3 結果與分析

通過模擬不同的煙囪高度對周圍環境的影響，分析煙囪的適合高度。

3.1 不設煙囪或煙囪故障時下風向污染分布 模擬計算結果顯示：不設煙囪或煙囪故障時的下風向污染較為嚴重，污染物整個覆蓋50～75°N、30～39°E（圖1）。圖2為污染物濃度隨經緯度位置變化的變化情況，緯度39.4°N左右的污染物濃度為4×10-16～10×10-16mg/m3，緯度39.2～39.4°N污染物濃度主要集中在0.5×10-15～1.5×10-15mg/m3，緯度35～40°N污染物的濃度為0～1×10-7mg/m3。污染物濃度隨經度的變化情況為75.5～76°E污染物的濃度在4×10-16～10×10-16mg/m3，75～75.5°E污染物的濃度在0.5×10-15～1.5×10-15mg/m3。

3.2 設計高度210m（有效源高290m時）下風向污染分布 當煙囪設計高度為210m時，在50～75°N、30～39°E污染物的濃度為0（圖3）。圖4為污染物濃度隨經緯度位置變化的數值變化，驗算結果也表明緯度39.2～39.4°N污染物濃度為0，緯度30～40°N污染物的濃度為0。污染物濃度隨經度的變化情況為75.5～76.5°E污染物的濃度為0，75～76°E污染物的濃度也為0。可見煙囪設計高度210m（有效源高290m時）對下風向不會產生污染。

4 結論

喀什熱電二期的鍋爐相距較近，可以用單點模式模擬計算。地形平坦條件的大氣污染擴散可以采用有界條件的高斯模式。喀什市區平坦的地形也較為適合該擴散模式。當不設煙囪或煙囪故障時，鍋爐產生的污染影響范圍較大，污染物濃度高，將會對市區環境產生嚴重影響。通過模擬證實煙囪設計高度210m時地面下風向地區污染物質量濃度接近于0，說明210m的煙囪設計高度為科學合理高度，鍋爐排放的廢棄物不會對周邊環境產生影響。

參考文獻

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（責編：張宏民）