廢氣排放因素對污染物的擴散影響分析——以某擬建熱電聯產項目為例

單敏杰

廢氣排放因素對污染物的擴散影響分析——以某擬建熱電聯產項目為例

單敏杰

（福建省環境保護設計院有限公司，福建 福州 350011）

利用CALPUFF大氣預測模型模擬不同排放因素（煙囪高度、煙囪直徑和排氣溫度）情景下大氣污染物的擴散影響，以此分析得出最佳的廢氣排放參數，為項目設計、建設提供最佳排放方式，有利于項目實際建成投產后大氣污染物排放的有效擴散，從而最大限度地減小項目生產對環境空氣的影響，實現環境效益與經濟效益相協調。

大氣預測模型 廢氣排放 污染物擴散

1 概述

工業發展是提高經濟能力的重要途徑，近年來我國工業項目建設與發展數量逐年上升。工業生產必然會導致大量工業污染物的排放，其中未經達標處理的大氣污染物一旦排放擴散，將會引起環境空氣質量的惡化[1]。污染物從污染源排放至大氣環境中，隨后在大氣中經歷遷移、擴散等一系列的復雜過程，將對周邊甚至更廣區域的環境空氣產生污染影響?？梢姡袑嵱行У貙嵤┪廴疚镌搭^控制至關重要。

環境影響評價是優化環境和適應時代發展需要的高效舉措。在環境影響評價中，大氣預測是一項十分重要的內容，只有強化大氣預測工作，才能更好地提高環境影響評價成效。依靠大氣預測能及時掌握大氣環境所處的狀態，并由此得出各項指標，將其與標準指標作比較，從而得出其是否符合環境保護工作的需要，利用大氣預測成果對環境進行科學合理的評價，有針對性地加強現有問題和所評價項目的優化與完善，在促進大氣環境優化的同時提高自然環境的保護成效，促進人與自然和諧發展[2]。

本文通過選取合適的大氣影響預測模型模擬研究某擬建工業企業廢氣排放過程中的影響因素，得出最佳的廢氣排放參數，從源頭進行污染控制，從而最大限度地降低大氣污染物排放對環境空氣的影響。

2 大氣預測模型

某擬建熱電聯產項目建設于福建東南沿海，項目區域屬二類環境空氣質量功能區，執行《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)中的二級標準。項目主要污染物排放源強為SO2164.79kg/h、NOX315.18kg/h、PM1033.25kg/h、PM2.522.16 kg/h。因熱電聯產項目位于大型海域岸邊3km范圍內，首先利用AERSCREEN估算模型的模擬結果，判斷項目排放污染物擴散存在較明顯的岸邊熏煙現象，所以采用CALPUFF模型進行進一步模擬最為合理。

CALPUFF模型為非定常三維拉格朗日煙團輸送模式，采用煙團函數分割方法，可以處理連續排放源、間斷排放情況，追蹤質點在空間與時間上隨流場的變化規律。并考慮了復雜地形動力學影響、斜坡流、FROUND數影響及發散最小化處理，最終準確模擬預測大氣污染物排放的影響。

表1 環境空氣質量標準 單位：μg·m-3

3 影響廢氣排放的因素分析

影響污染物擴散的主要因素有污染源的位置（地形地貌）、污染源的排放參數以及地面氣象和探空氣象條件等。文章重點模擬研究大氣污染源排放影響因素，包括煙囪高度、煙囪直徑以及排氣溫度。通過CALPUFF模型模擬預測不同排放因素下的環境影響結果，可以在設計、建設階段確定最佳的排放方式，以利于項目實際建設投產后大氣污染物的有效擴散。

3.1 不同煙囪高度的影響

預測情景為：項目排放源位置、地形地貌、地面氣象與探空氣象條件、污染源強、煙囪直徑和廢氣排放溫度等相同，分別預測120m、150m、180m和210m的煙囪高度下，大氣污染物擴散的環境影響情況。

由圖1和圖2模擬預測結果可知，在項目特定地形地貌、地面氣象和探空氣象條件下，相對于120m、150m煙囪的預測情景，當煙囪高度為180m和210m時，預測范圍內網格點處SO2、NOx、PM10和PM2.5的日均與年均最大貢獻濃度相對最小，且煙囪高度為180m時各污染物的最大貢獻濃度最低；可說明大氣污染物擴散效果最佳，對環境空氣的影響相對較小。這是因為煙囪越高，氣載流出物的彌散程度就越大，其對周邊環境的影響也就越小[3-4]。但煙囪造價一般與高度的平方成正比，過高的煙囪不僅會加重企業的經濟負擔，還會對周邊景觀環境造成不利影響[5-6]，并會將峰值區域向外擴展，增加污染物對距離廠址較遠公眾的輻射影響。因此，結合上述關鍵因素，確定擬建項目煙囪最合理建設高度為180m。

圖1 日均最大貢獻濃度隨煙囪高度變化

圖2 年均最大貢獻濃度隨煙囪高度變化

3.2 不同煙囪直徑的影響

預測情景為：項目排放源位置、地形地貌、地面氣象與探空氣象條件、污染源強、煙囪高度和廢氣排放溫度等相同，分別預測煙囪直徑分別為4.5m、6.5m和8.5m時，大氣污染物擴散的環境影響情況。

表2 不同煙囪直徑大氣污染物擴散環境影響 單位：μg·m-3

由表2可見，煙囪直徑越小，擬建項目排放的各大氣污染物日均與年均最大貢獻濃度和占標率越小的趨勢，但濃度差別較小。這是因為當廢氣排放量一定時，煙囪直徑越小，排放氣速越大，越有利于污染物的動力抬升和降低落地濃度。

從大氣污染物排放和擴散角度分析，在保證滿足排氣筒設計要求的前提下，適當加大出口氣速有利于各污染物的擴散；但是，出口氣速過高則易導致送風、排煙系統壓力過大，增加建設投資，且廢氣在煙囪出口處會出現急劇夾卷效應；而出口氣速過低則易造成廢氣在煙囪出口處出現下洗，導致排煙不暢，不利于廢氣排放和迅速擴散，既影響相關排氣設備正常運行和經濟技術設計最優化，同時也會出現漫煙等擴散造成局部重污染。

廢氣出口流速涉及“經濟流速”的工程設計理念和煙囪高度合理性問題；擬建項目遵照《大氣污染治理工程技術導則》（HJ2000-2010）要求：“排氣筒直徑應根據出口流速確定，流速宜取15 m/s左右；當采用鋼管煙囪且高度較高時或煙氣量較大時，可適當提高出口流速至20～25m/s”。綜合上述各項因素，在滿足設計技術規范、污染物擴散，并結合經濟最優化等要求，設計、建設直徑為6.5m的煙囪最合理。

3.3 不同排氣溫度的影響

預測情景為：項目排放源位置、地形地貌、地面氣象與探空氣象條件、污染源強、煙囪高度和煙囪直徑等相同，分別預測排氣溫度分別為30℃和50℃、70℃和90℃情景下，大氣污染物擴散的環境影響情況。

由圖3和圖4可知，擬建項目日均和年均最大貢獻濃度隨著廢氣排放溫度的提高呈現相應降低的趨勢，說明排氣溫度越高，越有利大氣污染物的擴散。當排氣溫度由30℃上升至50℃時，最大貢獻濃度急劇下降；這是因為當廢氣排放溫度與外環境溫度接近時，煙氣的自拔力不足，抬升高度有限，污染物擴散效果不佳；隨著廢氣排放溫度逐漸升高，廢氣和環境的溫差增大，廢氣的自拔力增加，煙氣抬升高度相應增加，隨著廢氣溫度提高至50℃后，污染物擴散效果明顯，最大貢獻濃度下降顯著。由圖3和圖4后段曲線分析，排氣溫度達50℃后，隨著溫度持續上升，對應的最大貢獻濃度下降幅度變小。

常規燃煤鍋爐尾氣通過引風機到達煙囪出口溫度約為50℃，若需繼續提升排氣溫度就要采取升溫措施，其能耗與溫度的升高程度成正比關系；結合大氣預測結果，以及工程建設投資和設備運行成本等因素，擬建項目最佳排氣溫度為70℃。

圖3 日均最大貢獻濃度隨溫度變化

圖4 年均最大貢獻濃度隨溫度變化

4 結論

擬建項目環境影響評價階段，根據項目所在區位地形地貌，地面氣象與探空氣象等特征條件，選擇科學合理的CALPUFF大氣預測模型，在滿足相關技術標準和規范規定的要求下，通過模擬預測得出了符合擬建項目特征的最佳煙囪高度、煙囪直徑和排氣溫度，為擬建項目設計、建設提供有效的廢氣排放參數。大氣預測結果為：設計、建設高度180m、直徑6.5m的煙囪，排氣溫度保持于70℃的排放參數下，擬建項目建成投產后排放大氣污染物的擴散效果最佳，對周邊環境空氣的影響最小。

根據環評階段大氣模擬預測，可在擬建項目可研和設計等前期階段，從環境保護方面為項目建設提供更佳科學合理的建議與意見，實現環境效益與經濟效益相協調。

[1] 李瑞雪，孫改，蔡小雨，等.大氣污染中污染物擴散規律研究[J].硅谷, 2014(23): 187-188.

[2] 宋敏,周春燕. 復雜地形大氣擴散模式在環境影響評價中的應用[J]. 裝飾裝修天地,2017(5): 92.

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