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(qū)目前正在修建的華電喀什熱電二期在滿足城區(qū)熱電需要的同時(shí)，不可避免的成為了當(dāng)?shù)鼐用耜P(guān)注的排污熱點(diǎn)。該研究通過高斯擴(kuò)散模型和鍋爐燃燒經(jīng)驗(yàn)方程以及煙囪設(shè)計(jì)高度來模擬評估二期2×350MW超臨界機(jī)組建成后對周邊環(huán)境的污染影響，結(jié)果表明，煙囪設(shè)計(jì)210m高度對周邊污染質(zhì)量濃度接近0，因此煙囪設(shè)計(jì)高度科學(xué)合理，高斯擴(kuò)散模型在模擬計(jì)算大氣污染影響區(qū)域范圍方面可以廣泛運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組；煙囪；污染；評價(jià)

中圖分類號 TU761.2 文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)程的加快，全國不同城市空氣質(zhì)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(shí)期內(nèi)其仍將是研究的熱點(diǎn)問題[1]。以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，使得燃煤產(chǎn)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(jié)構(gòu)中仍然以火力發(fā)電為主，燃煤產(chǎn)生的大氣污染如果處理不當(dāng)，將會對城市大氣質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。為此，中國于2004年頒布并實(shí)施了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2003[3]?；鹆Πl(fā)電形成的大氣污染物是以大氣擴(kuò)散的形式對城市環(huán)境產(chǎn)生影響，目前國內(nèi)外關(guān)于大氣擴(kuò)散模式研究很多，高斯模式是目前應(yīng)用較廣，適合單個(gè)連續(xù)點(diǎn)源的小尺度擴(kuò)散模式?？κ矡犭姸诘腻仩t相距較近，可認(rèn)為為單點(diǎn)模式?？κ彩袇^(qū)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(shè)之中，附近有315國道從勘測區(qū)北側(cè)400m處通過，交通便利，廠址高程約1 295m?，F(xiàn)有2×350MW超臨界機(jī)組HG-1200/25.4-YM1鍋爐，2臺350MW鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開發(fā)設(shè)計(jì)、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(shù)變壓運(yùn)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(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，采用不帶再循環(huán)泵的大氣擴(kuò)容式啟動系統(tǒng)。設(shè)計(jì)煤種為煙煤。本文通過已有理論對二期建成后產(chǎn)生的大氣排放進(jìn)行研究，主要研究污染排放的影響區(qū)域、影響半徑以及對城區(qū)的影響面積，為污染防治和電廠設(shè)計(jì)提供參考。

1 自然條件

1.1 氣象條件 喀什地區(qū)盛行東北風(fēng)，平均風(fēng)速2.7m/s，最大風(fēng)速方向平均15.69°（以正北為0°，順時(shí)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(qū)地層主要由第四紀(jì)全新統(tǒng)（Q4）沖、洪積粉土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂等組成，工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，地基巖土工程性質(zhì)一般，土層厚度大。

1.3 廠址工程地質(zhì) 地震動參數(shù)為50年超越概率為10%的地震動峰值加速度為0.358g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.65S。

2 鍋爐排放污染物擴(kuò)散模式

考慮地面對污染擴(kuò)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(fēng)向空間點(diǎn)C（x，y，z）處造成的濃度，單位mg/m3；Q為源強(qiáng)，單位mg/m3；v為源高處平均風(fēng)速，單位m/s；σy、σx為橫向擴(kuò)散系數(shù)。大氣擴(kuò)散參數(shù)根據(jù)我國《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》（GB/T 13201-9），對喀什熱電二期按照城市遠(yuǎn)郊區(qū)選取擴(kuò)散參數(shù)，喀什市區(qū)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(fēng)速為1.83m/s，確定大氣穩(wěn)定度為B級。

2.1 參數(shù)的獲取方式和數(shù)值來源

2.1.1 排放煙氣量的估算 根據(jù)根據(jù)鍋爐出廠參數(shù)理論模擬源強(qiáng)，源強(qiáng)計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)公式：

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

按照BMCR符合情況，機(jī)器燃煤量為151.74t/h，計(jì)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(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 13201-91）“制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法”中推薦的抬升公式，當(dāng)煙氣排放率Qh≥2100kJ/s，且△T≥35K時(shí)：

式中：Qh為煙氣釋放率，單位kJ/s；Qv為實(shí)際排煙率，單位m3/s；Ts為煙氣出口溫度，單位K；Ta為環(huán)境大氣平均溫度，取當(dāng)?shù)亟?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(shù)，按表5查詢。假定煙囪出口溫度77℃（350K），為實(shí)際排煙率和源強(qiáng)一致，計(jì)算值為2.4060×106m3/s。大氣穩(wěn)定度選擇為城市C級，選取參數(shù)m值計(jì)算風(fēng)速，煙囪出口處平均風(fēng)速為，m=0.2，10m高風(fēng)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(jié)果與分析

通過模擬不同的煙囪高度對周圍環(huán)境的影響，分析煙囪的適合高度。

3.1 不設(shè)煙囪或煙囪故障時(shí)下風(fēng)向污染分布 模擬計(jì)算結(jié)果顯示：不設(shè)煙囪或煙囪故障時(shí)的下風(fēng)向污染較為嚴(yán)重，污染物整個(gè)覆蓋50～75°N、30～39°E（圖1）。圖2為污染物濃度隨經(jīng)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(jīng)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(shè)計(jì)高度210m（有效源高290m時(shí)）下風(fēng)向污染分布 當(dāng)煙囪設(shè)計(jì)高度為210m時(shí)，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(jīng)緯度位置變化的數(shù)值變化，驗(yàn)算結(jié)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(jīng)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?？梢姛焽柙O(shè)計(jì)高度210m（有效源高290m時(shí)）對下風(fēng)向不會產(chǎn)生污染。

4 結(jié)論

喀什熱電二期的鍋爐相距較近，可以用單點(diǎn)模式模擬計(jì)算。地形平坦條件的大氣污染擴(kuò)散可以采用有界條件的高斯模式?？κ彩袇^(qū)平坦的地形也較為適合該擴(kuò)散模式。當(dāng)不設(shè)煙囪或煙囪故障時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的污染影響范圍較大，污染物濃度高，將會對市區(qū)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響。通過模擬證實(shí)煙囪設(shè)計(jì)高度210m時(shí)地面下風(fēng)向地區(qū)污染物質(zhì)量濃度接近于0，說明210m的煙囪設(shè)計(jì)高度為科學(xué)合理高度，鍋爐排放的廢棄物不會對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。

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（責(zé)編：張宏民）