關于天燃氣鍋爐燃燒廢氣評價等級判定規律的研究

徐殿木

（安徽省環協環境規劃設計研究院有限公司，安徽合肥 230088）

目前，采用AERScreen模型進行天然氣鍋爐燃燒廢氣估算時，天然氣鍋爐的廢氣源強和排氣筒所在地的地形是評價等級判定的兩個主要因素，因此，估算模型參數設定時，需要以天然氣鍋爐的噸位、排放標準和排氣筒所在地的地形為依據進行確定。

1 AERScreen模型的應用

1.1 模型簡介

根據《環境影響評價技術導則大氣環境（HJ 2.2-2018）》中的規定，建設項目的排氣筒所排放的污染物均需采用AERScreen模型進行估算，并根據估算的結果進行大氣環境影響評價等級和評價范圍的判定。

目前，除了手工版DOS命令模式的AERScreen估算模型之外，界面友好、功能齊全的AERScreen 模型估算軟件主要有杭州三捷公司的AERScreen模型估算軟件、環安科技在線模型計算平臺的AERScreen 模型模塊以及六五軟件工作室的EIAProA2018軟件內置AERScreen功能模塊。

1.2 評價等級判定

根據《環境影響評價技術導則大氣環境（HJ 2.2-2018）》的規定，AERScreen模型估算的最大濃度占標率是判定大氣評價等級的主要依據。當最大濃度占標率P≥10%時為一級評價，最大濃度占標率P＜1%時為三級評價，其他則為二級評價。

2 AERScreen模型的實施

為了獲得天然氣鍋爐燃燒廢氣的源強、排氣筒所在地地形與最大濃度占標率P之間的規律，本次估算首先設置相關的模型估算參數，確保估算模型參數等保持不變，然后將廢氣排放源強和排氣筒所在地的地形分別進行調整，從而生成多個排氣筒，分別對不同地形的不同廢氣排放源強進行估算，從而獲得估算結果。

本次AERScreen模型的實施，其估算因子為NO；鍋爐分為4種，噸位分為10種；地形為3類，共計5種；故共設計了200根模擬排氣筒，建立了200個估算模型，模型運算時間約為120 h。

采用杭州三捷公司的三捷AERScreen 模型進行估算，三捷AERScreen 的版本為 2.1.0.33。

3 AERScreen模型的估算

3.1 估算參數確定

3.1.1 估算因子和質量標準

天然氣是清潔能源，其在燃燒過程中，會產生極少量的二氧化硫、氮氧化物和煙塵（顆粒物）。由于燃燒過程中，氮氧化物的產生量遠大于煙塵、二氧化硫，估算模型系采用大氣污染物的小時質量濃度作為占標率估算質量標準，而顆粒物、二氧化硫的小時質量濃度標準限值均遠大于氮氧化物，故天然氣鍋爐燃燒廢氣排放時，評價等級判定是由氮氧化物決定的。因此，根據燃燒廢氣產生特點和估算模型運行要求，本次估算模型僅以氮氧化物作為估算因子，其估算的質量標準如表1。

表1 估算因子和質量標準表

3.1.2 估算模型參數

估算模型進行估算時，涉及的模型參數較多，為了降低不同模型參數設置對估算結果的影響，200個排氣筒采用完全相同的估算模型參數，具體的估算模型計算參數如表2。

表2 估算模型參數表

3.1.3 估算點源參數

為了區分200 個排氣筒的廢氣污染源強及所在地的地形對估算結果的影響，故按排氣筒的廢氣污染源強和排氣筒所在的地形不同進行估算點源參數設置；其中排氣筒的廢氣污染源強以鍋爐的噸位和排放標準區分，排氣筒所在的地形以鍋爐排氣筒中心點坐標區分。

本次AERScreen模型估算時，將地形劃分成三類地形：一類是不考慮地形，視作無地形；一類是簡單地形，選取了兩個地方：安徽省亳州市，屬淮北平原；安徽省合肥市長豐縣，屬江淮低地丘陵。另外一類是復雜地形，選取了兩個地方：安徽省合肥市廬江縣，屬江淮低地山地；安徽省安慶市岳西縣，屬大別山系山地。

本次AERScreen估算模型200個模擬排氣筒的底部中心坐標及所對應的地形信息如表3所示。

目前，針對于鍋爐廢氣的排放標準，主要有國家、省和市三個層面的要求，如《安徽省2020年大氣污染防治重點工作任務》（皖大氣辦[2020]2 號）文中對于天然氣鍋爐的NO排放限值定為50 mg/m，《合肥市燃氣鍋爐（設施）低氮改造工作方案》（合大辦[2019]13號）文中對于天然氣鍋爐的NO排放限值定為30 mg/m。

根據《第一次全國污染源普查工業污染產排污系數手冊》（第十分冊）中的“44 電力、熱力的生產和供應業”中的“4430 熱力生產和供應行業（包括工業鍋爐）”的表“4430 工業鍋爐（熱力生產和供應行業）產排污系數表-燃氣工業鍋爐”可知，每萬立方米天然氣完全燃燒產生的廢氣量為136 259.17m。根據《排污許可證申請與核發技術規范 鍋爐（HJ 953-2018）》可知，每萬立方米天然氣燃燒時，顆粒物的產生量為2.0 kg，二氧化硫的產生量為2.86 kg，無低氮燃燒時氮氧化物的產生量為18.71 kg，有低氮燃燒時氮氧化物的產生量為9.36 kg。

本次估算將天然氣鍋爐燃燒廢氣的產生源分成4種，分別為：天然氣直接燃燒和排放的鍋爐，稱為標準鍋爐；安裝了低氮燃燒器的鍋爐，稱為低氮燃燒鍋爐；執行了NO排放標準為50 mg/m的鍋爐，稱為超低排放鍋爐；執行了NO排放標準為30 mg/m的鍋爐，稱為極低排放鍋爐。另外，1噸鍋爐每小時的天然氣消耗量約為83 m。

根據估算的要求，本次估算模型共設計了4 種類型、10個噸位級別的鍋爐；鍋爐燃燒廢氣排氣筒位于不同經緯度，對應5 種不同的地形，排氣筒底部中心坐標詳見表3；另外，排氣筒的其他設置參數基本一致，其中排氣筒的高度為15 m，排放口的煙氣溫度為120℃；各個排氣筒的燃燒廢氣量與NO的排放量詳見表4。

表3 估算模型參數表

表4 天燃氣鍋爐NOx排放情況一覽表 單位:kg/h

3.1.4 地面特征參數

杭州三捷公司的AERScreen模型軟件進行估算時，其內置了默認篩選氣象，廠區中心點的坐標采用的是UTM坐標，地形數據為NED地形數據，需手工導入的地形文件為排氣筒所在地的經緯度坐標所對應的TIF文件。

3.2 估算結果分析

本次共按估算模型的參數設置創建200 個排氣筒的估算模型進行估算，然后按排氣筒所在地形的不同，將估算的結果進行整理提取后得到各個排氣筒的最大濃度占標率P與鍋爐類型、噸位關系一覽表及關系圖，并對其進行分析。

3.2.1 無地形估算結果分析

不考慮排氣筒所在地的地形時，鍋爐排氣筒排放的NO估算結果如表5和圖1。

圖1 排氣筒不考慮地形時最大濃度占標率與鍋爐噸位關系圖

由表5和圖1可知，在不考慮地形影響時，鍋爐廢氣NO執行極低排放50 mg/m和超低排放30 mg/m標準排放時，其最大濃度占標率P均小于10%，均不屬于大氣環境影響評價一級；低氮燃燒鍋爐在噸位為30 噸以內時，其最大濃度占標率P也小于10%，也不屬于大氣環境影響評價一級，而當其噸位為30噸及以上時，其最大濃度占標率P大于10%，則其屬于大氣環境影響評價一級；標準鍋爐在噸位為10噸以內時，其最大濃度占標率P也小于10%，也不屬于大氣環境影響評價一級，而當其噸位為10噸及以上時，其最大濃度占標率P大于10%，則其屬于大氣環境影響評價一級。

表5 鍋爐排氣筒不考慮地形時NOx最大濃度占標率Pmax與鍋爐噸位關系一覽表

再者，由表5 和圖1 可知：一是同一個排氣筒，鍋爐燃燒廢氣的最大濃度占標率P與廢氣排放速率成正比關系，即排放速率增加越多，其最大濃度占標率P增量越大；二是因鍋爐廢氣排放標準不同，相同噸位的鍋爐廢氣排放速率不同，最大濃度占標率P的結果也不同，P的數值大小順序為標準鍋爐＞低氮燃燒鍋爐＞超低排放鍋爐＞極低排放鍋爐。

3.2.2 簡單地形估算結果分析

當排氣筒所在地為簡單地形時，鍋爐排氣筒排放的NO估算結果如表6、表7和圖2、圖3。

表6 鍋爐排氣筒位于淮北平原時NOx最大濃度占標率Pmax與鍋爐噸位關系一覽表

表7 鍋爐排氣筒位于江淮低地丘陵時NOx最大濃度占標率Pmax與鍋爐噸位關系一覽表

由表6、表7 和圖2、圖3 可知，在考慮地形影響時，當鍋爐排氣筒位于淮北平原和江淮低地丘陵時，鍋爐廢氣NO執行超低排放50 mg/m和極低排放30 mg/m標準排放時，其最大濃度占標率P均小于10%，均不屬于大氣環境影響評價一級；低氮燃燒鍋爐在噸位為30 噸以內時，其最大濃度占標率P也小于10%，也不屬于大氣環境影響評價一級，而當其噸位為30噸及以上時，其最大濃度占標率P大于10%，則其屬于大氣環境影響評價一級；標準鍋爐在噸位為10噸以內時，其最大濃度占標率P也小于10%，也不屬于大氣環境影響評價一級，而當其噸位為10 噸及以上時，其最大濃度占標率P大于10%，則其屬于大氣環境影響評價一級。

圖2 排氣筒位于淮北平原時最大濃度占標率與鍋爐噸位關系圖

圖3 排氣筒位于江淮低地丘陵時最大濃度占標率與鍋爐噸位關系圖

再者，由表6、表7 和圖 2、圖3 可知：一是同一個排氣筒，鍋爐燃燒廢氣的最大濃度占標率P與廢氣排放速率成正比關系，其排放速率增加越多，則最大濃度占標率P增量越大；二是因鍋爐廢氣排放標準不同，相同噸位的鍋爐廢氣排放速率不同，最大濃度占標率P的結果也不同，P的數值大小順序為標準鍋爐＞低氮燃燒鍋爐＞超低排放鍋爐＞極低排放鍋爐。

3.2.3 復雜地形估算結果分析

當排氣筒所在地為復雜地形時，鍋爐排氣筒排放的NO估算結果如表8、表9和圖4、圖5。

表8 鍋爐排氣筒位于江淮低地山地時NOx最大濃度占標率Pmax與鍋爐噸位關系一覽表

表9 鍋爐排氣筒位于大別山系山地時NOx最大濃度占標率Pmax與鍋爐噸位關系一覽表

圖4 排氣筒位于江淮低地山地時最大濃度占標率與鍋爐噸位關系圖

圖5 排氣筒位于大別山系山地時最大濃度占標率與鍋爐噸位關系圖

由表8、表9 和圖4、圖5 可知，在考慮地形影響時，當鍋爐排氣筒位于江淮低地山地和大別山系山地時，鍋爐廢氣NO執行極低排放標準（30 mg/m）時，僅鍋爐噸位為1噸時，其最大濃度占標率P均小于10%，其不屬于大氣環境影響評價一級；除了此種狀況，其他鍋爐排氣筒的最大濃度占標率P均大于10%，均屬于大氣環境影響評價一級。

再者，由表8、表 9 和圖4、圖5 可知：一是同一個排氣筒，鍋爐燃燒廢氣的最大濃度占標率P與廢氣排放速率成正比關系，其排放速率增加越多，則最大濃度占標率P增量越大；二是因鍋爐廢氣排放標準不同，相同噸位的鍋爐廢氣排放速率不同，最大濃度占標率P的結果也不同，P的數值大小順序為標準鍋爐＞低氮燃燒鍋爐＞超低排放鍋爐＞極低排放鍋爐。

3.3 評價等級判定規律

根據估算結果分析可知，天然氣鍋爐燃燒廢氣評價等級判定具有以下規律：

（1）當排氣筒位于簡單地形區域時，且鍋爐為低氮燃燒、超低排放與極低排放鍋爐時，在鍋爐噸位為25噸及以下時，其最大濃度占標率P均小于10%，均不屬于大氣一級評價；而當排氣筒位于復雜地形區域時，則無論鍋爐是何種類型，噸位多少，其最大濃度占標率P均大于10%，均屬于大氣一級評價。

（2）當燃燒廢氣排氣筒所在地的地形為平原、丘陵等簡單地形區域時，其最大濃度占標率P與不考慮地形時基本一致，最大濃度占標率P僅與鍋爐噸位、排放標準、排氣筒污染物排放速率成正相關。

（3）當排氣筒所在地的地形為山地等復雜地形區域時，最大濃度占標率P遠大于不考慮地形或簡單地形時的值；燃燒廢氣的最大濃度占標率P與排氣筒所在地的地形復雜程度成正相關，即排氣筒所在地的地形越復雜，則最大濃度占標率P越大。

4 結束語

綜上，按天然氣鍋爐噸位、燃燒廢氣排放標準和排氣筒所在地的地形不同分別進行估算，并對估算的結果進行分析可知：燃燒廢氣排氣筒排放污染物的最大濃度占標率P與鍋爐噸位、燃燒廢氣排放標準和排氣筒所在地的地形復雜程度成正相關，鍋爐噸位越大，燃燒廢氣排放標準越低，排氣筒所在地的地形越復雜，則最大濃度占標率P值越大；并且排氣筒所在地的地形復雜程度是決定性因素，也是大氣評價等級的決定性因素。因此，天然氣鍋爐燃燒廢氣進行大氣評價等級判定時，應首先明確排氣筒所在地的地形，其次再核實鍋爐廢氣的排放標準與排放量。