大型熱電廠遷建對蘭州市局地大氣環境質量的影響分析

關 勖 莫欣岳 杜 超 張玉麟 劉 明 潘 峰 仝紀龍

(蘭州大學大氣科學學院，蘭州 730000)

大型熱電廠遷建對蘭州市局地大氣環境質量的影響分析

關 勖 莫欣岳 杜 超 張玉麟 劉 明 潘 峰 仝紀龍

(蘭州大學大氣科學學院，蘭州 730000)

本文以蘭州市主城區內大型熱電廠的外遷為例，在分析蘭州市氣象特征與大氣環境質量現狀的基礎上，利用Aermod模式進行熱電廠遷建前后對應的兩個不同污染源對于蘭州市主城區內NO2與PM10兩種污染物濃度貢獻的預測。

大型熱電廠；遷建；局地大氣環境質量；預測評價；環境效益

熱電廠是造成區域性大氣復合污染的重要排放源，對于大氣擴散條件不利的城市，減少主城區內的大型熱電廠污染源就更為重要[1]。蘭州市地形為典型的河谷盆地，氣象條件為靜風頻率大，冬季逆溫出現頻率高[2]。地形特點與氣象特點二者的綜合作用使得蘭州市大氣擴散條件較為不利，大氣污染也成為了多年來蘭州市所面臨的重要問題。為響應國家《大氣污染行動計劃》，蘭州市政府對現役熱電廠污染源開展綜合治理和管控，進一步改善區域環境空氣質量。在熱電廠搬遷后，其對局地大氣環境中污染物濃度貢獻的減小程度以及這種削減對于環境空氣質量現狀來說是否明顯，目前尚未給出定量的研究結果。

本文以蘭州市主城區內大型熱電廠的外遷為例，在分析蘭州市氣象特征與大氣環境質量現狀的基礎上，利用Aermod System V3.0大氣預測模式進行熱電廠遷建前后對應的兩個不同污染源對于蘭州市主城區內NO2與PM10兩種污染物濃度貢獻的預測，并將熱電廠遷建前后在關心點上的預測結果結合局地環境空氣質量現狀進行對比分析，最終定量地證明遷建工程為蘭州市局地大氣環境帶來的環境正效益，說明熱電廠遷建的合理性與必要性，這對改善蘭州市局地大氣環境質量、實現綠色經濟發展有著重要意義。

1 研究區及項目概況

1.1 研究區概況

蘭州具備特有的高原河谷盆地小氣候，其特點是：日照輻射強且云量少、風速小且靜風多、逆溫層發育且厚度大，持續時間長，尤其在冬季逆溫出現的頻率高達99%。河谷盆地的特殊地形、靜風與逆溫出現次數多的不利氣候條件加之以石油化工為主體的產業結構等多方面因素的綜合導致蘭州市區空氣污染嚴重，尤其在冬季供暖后蘭州市的大氣污染問題更為凸顯[3-4]。

1.2 項目概介紹

1.2.1 項目概況

蘭州某大型熱電廠現廠址位于蘭州市主城區南部，是一座2×110MW熱電聯產企業。為響應國家“上大壓小”的政策，同時結合蘭州市大氣污染防治規劃，現決定將其東遷17km至蘭州市榆中縣，即由盆地內遷至盆地外，搬遷后的熱電廠規模擴為2×350MW。在遷建工程建成后，將關停現有工程的2×110MW機組。

1.2.2 項目大氣環保措施

現有工程采用SNCR法進行脫硝以及雙室四電場靜電除塵器進行除塵；遷建工程采用SCR法進行脫硝以及五電場靜電除塵器和濕式電除塵器進行除塵。

2 數據來源及參數設置

2.1 數據來源

本次預測中采用2015年蘭州市氣象數據。地面常規氣象數據來源為蘭州市氣象局氣象觀測站，高空氣象數據來源為蘭州市榆中縣氣象觀測站，二者均符合HJ2.2-2008中氣象數據的使用規定。

2.2 污染源參數

熱電廠排放的大氣污染物主要為SO2、NO2與PM10。根據距熱電廠最近兩個蘭州市例行監測點2015年的監測數據，SO2日均濃度全年基本未超標，而NO2與PM10的日均濃度存在較高頻次的超標現象且冬季超標嚴重，故本次文選取NO2與PM10作為預測因子，具體污染源參數見表1。

表1 項目污染源參數

2.3 評價標準的選擇

評價標準采用GB3095-2012《環境空氣質量標準》中的日均濃度及年均濃度限值，具體標準值見表2。

表2 環境空氣質量標準

3 環境空氣質量現狀及預測結果分析

3.1 蘭州市空氣質量現狀

本文使用鐵路設計院例行監測點以及蘭州生物制品研究所例行監測點2015年例行監測的資料進行分析，兩監測點均在現有工程西北側，鐵路設計院距離現有工程3.0km，生物制品所距離現有工程5.4km，具體位置如圖1所示，將2015年兩監測點NO2與PM10每個月中最大日均濃度變化統計如圖2及圖3。

圖1 熱電廠工程及監測點位地理位置

圖2 2015年兩監測點各月NO2日均最大濃度變化曲線

圖3 2015年兩監測點各月PM10日均最大濃度變化曲線

由圖2與圖3可知，NO2與PM10兩種污染物濃度有明顯的季節變化特征。蘭州市供暖期為每天11月至次年三月初，對于NO2，其較大日均濃度值主要出現在1月、2月、11月與12月，這表明冬季是蘭州市NO2污染最嚴重的季節，且污染日主要集中在供暖期。對于PM10，其最大日均濃度值出現在4～5月，這主要是由于春季沙塵天氣多發引起的本底值增大，故本文在討論PM10現狀濃度時將春季濃度數據剔除，剔除后PM10較大日均濃度也出現在1月、2月、11月與12月。

蘭州市冬季污染物濃度值高的原因主要是冬季供暖時燃煤量增加，導致各污染物排放量加大，加之冬季出現逆溫與小風的頻率高[5-7]，造成了不利于污染物擴散的氣象條件。將監測數據與表2對比可知，2015年供暖期蘭州市NO2與PM10日均最大值超標現象嚴重[8]。

3.2 預測中代表性關心點的選取

將蘭州市2015年氣象數據、現有工程污染源參數以及地形數據輸入AREMOD模式中進行運算，得出以現有工程污染源為原點的兩種污染物日均最大落地濃度點與年均最大落地濃度點。由于蘭州市主導風向為偏東風，這里以兩處最大落地濃度為原點，以3km為半徑分別做兩個圓，則兩圓在現有工程西側相交的部分即為受現有工程污染源影響大的區域，故在這片區域中選取大部分關心點，以保證在考察熱電廠外遷后對蘭州市局地大氣環境中兩種污染物濃度貢獻的變化時具有典型性與代表性。本文預測范圍內無一類功能區，故補充選取二類功能區中所關注的公園、學校、以及人口密集區作為預測關心點。關心點坐標詳見表3。

3.3 預測結果與分析

將蘭州市2015年氣象數據、現有工程及遷建工程污染源參數、地形數據以及9個關心點參數的相關數據導入Aermod模式中進行計算，得出結果如表4、表5。

表3 各預測關心點分布坐標

表4 熱電廠遷建前后對蘭州市城區9個關心點的最大日均貢獻濃度值影響對比(μg/m3)

表5 工程遷建前后對蘭州市城區9個關心點的年均貢獻濃度值影響對比(μg/m3)

由表3與表4可知，熱電廠廠址與相應環保措施變更后對蘭州市城區9個關心點兩種污染物的最大日均值與年均值的影響均大幅降低。最大日均值方面，熱電廠遷建后對蘭州市城區9個關心點的NO2濃度貢獻值降幅為92.3%～99.2%，PM10濃度貢獻值降幅為98.9%～99.8%；年均值方面，熱電廠遷建后對蘭州市城區9個關心點的NO2濃度貢獻值降幅為60.0%～98.4%，PM10濃度貢獻值降幅為95.2%～99.7%。故從減少熱電廠對蘭州市局地大氣環境中污染物濃度貢獻的角度來看，遷建工程環境正效益明顯。

3.4熱電廠遷建后對蘭州市局地大氣環境質量現狀的影響

監測數據表明熱電廠未遷建時NO2、PM10在15年1～2月及11～12月日均濃度最大值超標情況較為嚴重，這與熱電廠冬季供暖燃煤量加大進而污染物濃度排放加大有著密切的聯系。鐵路設計院與生物制品廠兩關心點處設有蘭州市例行監測點，可得知這兩地的環境空氣質量現狀，故可以分析熱電廠遷建后對這兩個關心點的環境空氣質量改善情況，具體情況統計如表6與表7(由于春季蘭州市頻發沙塵暴導致PM10濃度激增，故表6與表7中PM10濃度均采用供暖期的數據)。

表6 兩監測點NO2與PM10在熱電廠遷建后最大日均濃度削減情況統計

表7 兩監測點NO2與PM10在熱電廠遷建后年均濃度削減情況統計

以距離熱電廠現有工程較近的關心點鐵路設計院為例，在熱電廠遷建后，對鐵路設計院處大氣環境中NO2與PM10最大日均濃度的影響分別減小了18.64%與4.70%，年均濃度的影響分別減小了8.51%與1.43%。針對單個污染源的影響來說，不論是最大日均值還是年均值，熱電廠遷建后鐵路設計院環境空氣中的NO2濃度值削減均明顯，PM10濃度削減均相對較小，其原因主要是熱電廠排放PM10的濃度比NO2小，再加上城區中有其他多種污染源且沙塵天氣多發，環境本底值中PM10濃度高，所以導致PM10濃度削減相對于現狀來說沒有NO2明顯，但由3.3節可知遷建后污染源排放的PM10在每個關心點上的濃度貢獻值都有顯著削減。

4 結 論

本文利用Aermod模式進行遷建前后相應的兩個不同污染源對蘭州市城區內9個關心點兩種污染物濃度貢獻的預測結果表明，在廠址與相應環保措施變更后，熱電廠對蘭州市城區9個關心點最大日均值與年均值的貢獻濃度均大幅降低。最大日均值方面，熱電廠遷建后對蘭州市城區9個關心點的NO2濃度貢獻值降幅為92.3%～99.2%，PM10濃度貢獻值降幅為98.9%～99.8%；年均值方面，熱電廠遷建后對蘭州市城區9個關心點的NO2濃度貢獻值降幅為60.0%～98.4%，PM10濃度貢獻值降幅為95.2%～99.7%。從熱電廠遷建后對局地環境空氣質量現狀影響的方面來看，以距離熱電廠現有工程3km的鐵路設計院為例，熱電廠遷建后對該地大氣環境中NO2與PM10最大日均濃度的影響分別減小了18.64%與4.70%，對年均濃度的影響分別減小了8.51%與1.43%。

綜上所述，從減少市區內大型污染源、降低局地大氣環境中NO2與PM10濃度值進而提升蘭州市局地大氣環境質量的角度來看，蘭州城區內大型熱電廠外遷至榆中縣的工程建設是合理與必要的，這對落實大氣污染防治措施、改善區域環境空氣質量、實現經濟綠色發展有著重要意義。

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[8]中華人民共和國環境保護部，GB 3095-2012.環境空氣質量標準[S].北京，1982.

AnalysisandResearchontheInfluenceoftheTransplantationofLarge-scaleHeatPowerPlantsonAtmosphericQualityinLanzhouCityRegion

GUAN Xu MO Xinyue DU Chao ZHAN Yulin LIU Ming PAN Feng TONG Jilong

(College of Atmospheric Sciences, Lanzhou University，Lanzhou Gansu 730000，China)

This paper sets the relocation of a large thermal power plant in Lanzhou as an example，on the basis of analyzing meteorological characteristics and present situation of the atmospheric environment quality，then，determine the parameters of pollution sources of the existing engineering and relocation project，using Aermodmodel to predict the concentration of pollutants from different pollution sources in our concerned place corresponding before and after the relocation.

Large-scale thermal power plant；Relocation；Local atmospheric environment quality；Predict and evaluate；Environmental benefits

X51

A

1673-288X(2017)05-0139-04

項目資助：國家杰出青年科學基金項目(41225018)資助

關勖，碩士研究生，研究方向為應用氣象類環境影響評價

仝紀龍，副教授，主要從事大氣污染防治及環境風險研究

文獻格式：關 勖 等.大型熱電廠遷建對蘭州市局地大氣環境質量的影響分析[J].環境與可持續發展，2017，42(5)：139-142.