火电厂烟塔合一和烟囱排放大气环境影响比较——以宝鸡第二发电厂为例

张仁锋，魏瑶，雷洋

(西北电力设计院，陕西西安 710075)

火电厂烟塔合一和烟囱排放大气环境影响比较
——以宝鸡第二发电厂为例

张仁锋，魏瑶，雷洋

(西北电力设计院，陕西西安 710075)

以宝鸡第二发电厂间接空冷机组为例，分别采用德国AUSTAL2000大气预测模式与美国AERMOD大气预测模式，对烟塔合一和烟囱两种排放方式的大气环境影响进行分析预测，并分析了地形因素对预测结果的影响。通过对比分析得知，烟塔合一排放的地面浓度分布较分散，而烟囱排放造成的地面浓度分布较集中。考虑地形影响时采用AUSTAL2000计算的烟塔合一地面浓度比AERMOD计算的烟囱小，不考虑地形时则反之。

烟塔合一;烟囱;AUSTAL2000模式;AERMOD模式;大气环境影响

0 引言

火力发电厂烟塔合一技术，即将烟囱和冷却塔合并在一起，既能够节约占地、减少投资，又能够做到后期运行费用相对于独立的烟囱有一定程度的降低，在占地和经济方面都有很大优势。但是国内外对于采用烟塔合一排放方式对大气环境的影响程度是否优于烟囱一直没有定论。从国内外研究来看，针对火电厂间接空冷烟塔合一技术的研究比较少，到目前为止国内还没有采用间接空冷烟塔合一的火电机组正式投运，只有秦岭电厂上大压小7号机组工程(1×600MW)和宝鸡第二发电厂扩建工程(2×600MW)进入了施工图设计和施工建设阶段。

德国根据国内气象条件，结合本国的工程经验制定了烟塔合一技术的相关技术标准和导则，并形成了一套完整的模式体系［1－3］。国内截至2009年6月，环境保护部环境工程评估中心共评估了14个烟塔合一燃煤电厂项目［4］(其中11个采用湿冷塔，3个采用干冷塔)。环境保护部环境工程评估中心、中国环境科学研究院、国电环境保护研究院及部分高校虽开展了一些烟塔合一技术的研究［5－8］，但针对烟塔合一电厂的大气环境影响预测，国内尚未制定适合我国国情的技术标准和导则，《环境影响评价技术导则 大气环境》(HJ 2.2－2008)中也没有包含此部分内容。总体来说，烟塔合一技术在我国的研究不系统，亦不成熟。

宝鸡第二发电厂扩建工程(2×600MW)位于宝鸡市凤翔县西部的长青镇，地处黄土高原沟壑区，处于千河左岸II级阶地上，为狭长带状地形，5km范围内地形高差最大约为300m。设计采用海勒式间接空冷，烟塔合一，干冷塔高170m，出口口径为84m。脱硫吸收塔为内置式，布置于干冷塔内，烟气通过冷却塔排放。

1 模式简介

德国AUSTAL2000模型是基于德国的空气清洁法标准的烟团扩散模型，适用于水冷塔和干冷塔的预测计算，是计算烟塔合一大气扩散比较理想的模式。美国的AERMOD模型是一个稳态烟羽扩散模式，现已替代ISC 3作为美国的新一代法规模型，同时它也是目前我国大气导则推荐的烟囱大气扩散计算模式。

2 不同排放方式环境影响对比

2.1 预测情景

工程设计单位在设计中针对宝鸡第二发电厂烟气排放方式提出了烟塔合一和单独设烟囱+冷却塔两套方案。为比较两种不同排放方式对环境空气的影响，本文针对这两种设计方案提出了两种不同的预测情景(以SO2为例)，情景对比见表1。《环境空气质量标准》(GB 3095－1996)中SO2小时浓度二级标准限值为0.5mg/m3。

根据德国VDI 3784 Part 2，在进行干冷塔烟气抬升计算时，烟气的水汽含量认为是零。

对于同样机组，由于干冷塔空气量约为湿冷塔的3倍，而烟气量只占塔内空气量的1/40～1/50，因此，近似认为烟气与塔内空气是完全混合的，塔出口的流速用空气量计算。

2.2 预测计算结果对比

利用全年逐时气象资料，分别采用德国AUSTAL2000模式和美国AERMOD模式对烟塔合一和烟囱两种排放方式进行预测，对预测区域各网格点的小时地面浓度进行预测分析。分别选取两种预测情景的预测结果前10位最大值进行比较。

在考虑地形因素影响时两种情景的预测结果对比见表2，不考虑地形因素影响时两种情景的预测结果见表3。

表1 两种预测情景对比

表2 考虑地形情况下两种情景的小时浓度比较

表3 不考虑地形情况下两种情景的小时浓度比较

从表2可知，在考虑地形因素影响时，烟塔合一排放的预测结果要远低于烟囱排放的预测结果，烟塔合一的预测结果仅为烟囱排放的28%～40%左右。烟塔合一的最大地面浓度点位相对烟囱要稍远一些。烟塔合一排放造成的地面小时浓度分布较分散，而烟囱排放造成的地面小时浓度分布较集中。

从表3可知，在不考虑地形因素影响时，烟塔合一排放方式的预测结果要高于烟囱排放的预测结果，烟塔合一的预测结果一般是烟囱排放的2倍左右。烟塔合一的最大地面浓度点位相对烟囱要远的多，一般较烟囱的最大地面浓度点要远2～4km。烟塔合一排放造成的地面小时浓度分布要比烟囱排放造成的地面小时浓度分布分散一些。

由上述分析可知，考虑地形因素时的预测结果均比不考虑地形时要大。考虑地形因素时，AUSTAL2000模式的烟塔合一预测结果是不考虑地形因素的1.1倍左右;而AERMOD模式的烟囱排放预测结果是不考虑地形因素的5～8倍，变化较大。

3 结语

(1)烟塔合一排放的地面浓度分布较分散，而烟囱排放造成的地面浓度分布较集中。烟塔合一的最大地面浓度点位相对烟囱要远得多，一般较烟囱的最大地面浓度点要远2～4km。

(2)考虑地形因素比不考虑地形因素的地面浓度大。考虑地形因素情况下，烟塔合一的地面浓度比烟囱的地面浓度小很多;不考虑地形因素情况下，烟塔合一的地面浓度比烟囱的地面浓度大;相比较而言，考虑地形时采用AUSTAL2000计算的烟塔合一地面浓度比AERMOD计算的烟囱的地面浓度小，不考虑地形时则反之。原因可能是两个模式对于烟气的抬升计算及地形的处理方式存在差异。

［1］Martin D O.Comment on ＇the change of concentration standard deviations with Distance［J］.Air Pollute Control Assoc，1976，(26):145－147.

［2］Schatzmann M，Policastro A J.An advanced integral model for cooling tower plume dispersion［J］.Atmos Environment，1984，(18):663 －674.

［3］Schatymann M.Entwicklung und Anwendung Eines Kuhlturm Schwadenmodells［M］.Berlin:E SchVerlag，1984.

［4］莫华，刘思湄.燃煤电厂“烟塔合一”技术在环评技术评估中存在的问题与建议［J］.电力环境保护，2009，25(3):48 －50.

［5］翟 明，董 芃，王丽.利用冷却塔排放脱硫湿烟气技术的应用.电站系统工程［J］.2005，21(4):27－29.

［6］林 勇.烟塔合一技术特点和工程数据［J］.环境科学研究，2005，18(1):35－39.

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［8］王佩璋.烟塔合一技术在间接空冷发电机组中的应用［J］.发电设备，2008，22(5):424－426.

Environmental impact comparison of stack－in－tower configuration and a stand－alone chimney in coal－fired power plant——Taking Baoji No.2 Power Plant for example

It analyzed the differences between the behavior of flue gases emitted in stack－in－tower configuration and by a stand － alone chimney，which takes the indirect air－ cooled unit of Baoji No.2 power plant for example.In order to indicate environmental impact on ambient air of different way of flue gas emission，the results of the study and impact of terrain factor are summarized by using the mode of AUSTAL2000 and AERMOD.The conclusion that can be drawn is the surface concentration of stack－in－tower configuration distributes dispersedly，and the surface concentration came from a stand － alone chimney has concentrative distribution.Taking terrain into account，the conclusion that can be drawn is that the ground level concentrations of air pollutants emitted in stack－in －tower configuration is less compared with a stand－alone chimney.Whereas，the ground level concentrations emitted from a stand－alone chimney is less without terrain.

stack－in－tower configuration;a stand－alone chimney;the mode of AUSTAL2000;the mode of AERMOD;environmental impact on ambient air

X591

B

1674－8069(2012)02－001－03

2011-11-29;

2012-03-10

张仁锋(1977-)，男，甘肃正宁人，工程师，从事环境影响评价工作。E－mail:zhangrenfeng@nwepdi.com