浅谈脱硫改造降低烟囱高度对环境质量的影响

马红友，史学峰，向 怡

(中国辐射防护研究院，太原 030006)

·治理技术·

浅谈脱硫改造降低烟囱高度对环境质量的影响

马红友，史学峰，向 怡

(中国辐射防护研究院，太原 030006)

以某2×135MW电厂实施脱硫改造为例，分别对其改造后采用原高烟囱、采用脱硫塔塔顶低烟囱两种排烟方案同改造前电厂对环境的影响进行了计算对比分析。结果表明，采用脱硫塔顶低烟囱排放方案时，脱硫改造虽然实现了达标排放和总量削减，却并未达到改善区域环境空气质量的实际目的，不符合我国环保管理从达标排放、总量控制向以改善区域环境质量为目标的政策思路。

脱硫改造；烟囱高度；污染物减排；环境质量

1 前 言

近年来我国火电、钢铁等行业一系列新排放标准的实施对企业现有锅炉、烧结机等设备的烟尘、SO2、NOx等大气污染物排放提出了严格的限制。新排放标准促使企业必须进行相应除尘、脱硫、脱硝改造才能实现达标排放。但在实践中发现，实施湿法脱硫改造后，出于原有烟囱防腐资金投入较高等因素，部分企业将烟气直接经脱硫塔塔顶烟囱排放。由于脱硫塔顶烟囱离地高度一般只有35m～70m，远低于原烟囱排放高度，再加上湿法脱硫后烟气温度降低，不利于烟气抬升，造成改造后排污扩散条件明显变差，不能有效的改善环境质量。

为了弄清改造项目排烟高度变化后对区域环境空气质量的贡献变化情况，本次研究以某2×135MW煤矸石综合利用电厂超低排放改造数据为基础，建立改造前后不同排烟高度方案，采用AERMOD空气质量模式对改造前后不同排烟方案下电厂主要污染物贡献进行计算，对比分析环境质量的影响变化情况。

2 改造项目基本情况

某2×135MW煤矸石综合利用电厂建有2台480t/h循环流化床锅炉，采用煤矸石+中煤为燃料发电。原建有2套脉冲式袋式除尘器，采用炉内喷钙脱硫，CFB锅炉分级配风低氮燃烧方式控制NOx，净化后烟气经210m高、内径5.4m钢筋混凝土烟囱排放。由于部分污染物排放无法稳定达到《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)现有CFB锅炉排放限值[1](烟尘30mg/m3，SO2200mg/m3，NOx 200mg/m3)，电厂从长远考虑决定按燃煤发电机组烟气超低排放要求[2](烟尘10mg/m3，SO235mg/m3，NOx 50mg/m3)实施环保改造，以实现稳定达标排放和排污总量削减。改造方案为：在2台锅炉炉后增加2套石灰石-石膏湿法脱硫系统，同现有炉内喷钙系统串级脱硫；采用高效除雾器减少脱硫烟气中带出的石灰石浆液颗粒物及烟尘；并在现有低氮燃烧基础上建设两套SNCR脱硝设施。

实施上述超低排放改造后，电厂SO2排放总量降低了82.5%；NO2排放总量降低了75.0%；烟尘排放总量降低了66.7%，电厂主要污染物均实现了达标排放。但为节省投资，烟气排放方式未采用原210m高烟囱排放，而是分别经2座湿法脱硫塔塔顶70m高、内径4m烟囱排放。

3 计算方法及源强确定

3.1 计算方法

本次研究设定了3种污染源排放情景，分别是：实施改造前电厂锅炉原高烟囱排放方案(方案1)，改造后采用原高烟囱排放方案(方案2)，以及改造后采用脱硫塔塔顶低烟囱排放方案(方案3)。

环境空气质量计算模式采用我国导则法规模式AERMOD[3]。采用该模式计算全年逐时气象条件下三种方案源强下风向不同距离处的主要污染物(烟尘、SO2、NOx)轴线浓度，对比分析改造方案环境质量变化情况。

3.2 污染物排放源强

污染源源强按电厂进行超低排放改造前、后执行排放标准和排放烟气量进行核算。3种排放方案污染源源强参数汇总于表1。

表1 各排放方案污染源源强参数一览表Tab.1 Parameters of pollution sources in different emission situation

3.3 AERMOD模式参数设定

地面气象数据采用当地气象站2015年逐时观测资料，高空气象采用中尺度数值模式WRF模拟得到。据此在AERMOD中生成全年8760个不同小时的预测气象资料，可较全面地代表当地实际气象条件的年变化情况。

为便于3种方案的浓度贡献变化对比，预测中不考虑地形影响，地表参数依当地实际情况采用模型地表类型推荐值。预测时不考虑SO2及NO2的化学转化。

4 计算结果及对比分析

4.1 计算结果

表2给出各方案电厂下风向不同轴线距离处的烟尘(以PM10作为评价因子)、SO2、NO2地面浓度贡献最大值，图1～图3分别是各污染物在3种不同排烟方案情景下对应的下风向轴线最大浓度图。

表2 各污染物在不同排放方案的下风向轴线浓度值对比Tab.2 Concentration of different pollutants down the wind axis from different emission situations (μg/m3 )

图1 SO2下风向轴线小时最大浓度Fig.1 Maximum hourly concentration of SO2 down the wind axis

图2 NO2下风向轴线小时最大浓度Fig.2 Maximum hourly concentration of NO2 down the wind axis

图3 PM10下风向轴线小时最大浓度Fig.3 Maximum hourly concentration of PM10 down the wind axis

4.2 对比分析

由上述图表对比可知：由于采取的污染治理措施对SO2、NO2、烟尘的减排程度不同，因此各污染物下风向的浓度变化趋势曲线关系也略有不同。

(1)电厂实施超低排放改造后仍采用原210m高烟囱排放时，则改造后各污染物下风向不同距离处的轴线浓度贡献较改造前均有显著降低。SO2、NO2和PM10小时落地浓度贡献平均降低17.3μg/m3、13.0μg/m3、1.70μg/m3，降幅占改造前最大值比例分别达到52.20%、43.44%、33.72%。可见电厂在实施超低排放改造后，若排烟高度不变，则改造项目明显有利于改善区域环境空气质量。

(2)改造后电厂排烟方式采用脱硫塔塔顶70m的低烟囱排放方案同改造前相比，低烟囱方案排放的SO2、NO2在下风向近场区域的最大浓度较改造前有明显增加，最大浓度分别增加了为14.82μg/m3、23.37μg/m3，同改造前相比增幅分别达到168.8%、116.7%，改造后低烟囱方案将导致电厂近场区域SO2、NO2环境污染呈加重趋势；对PM10而言，改造后不同下风向距离处最大PM10落地浓度较改造前高烟囱方案均增加，最大浓度增加了6.38μg/m3，相应增幅达157.5%，这表明改造后低烟囱方案未降低电厂PM10贡献，反而使区域环境质量变差。

5 结论及建议

(1)目前，我国环境管理思路正从“十二五”期间的污染源达标排放控制和排污总量控制向区域环境质量控制转变，要求“构建以环境质量改善为核心的目标责任考核体系”[4]。在2016年1月1日起施行的《大气污染防治法》中，进一步明确了大气污染防治的目标和主要手段“应当以改善大气环境质量为目标”，侧重点由原总量控制调整为“控制或者逐步削减大气污染物的排放量，使大气环境质量达到规定标准并逐步改善”为目标。

(2)通过本例分析，2×135MW电厂实施超低排放改造后，可实现电厂SO2、NOx、烟尘排放总量的大幅削减。当超低排放改造后仍采用原210m高烟囱排放方案时，电厂排污对整个区域环境质量贡献将显著降低，可实现区域环境空气质量改善；但当改造后采用2座脱硫塔塔顶70m高的低烟囱排放方案代替电厂原210m高烟囱排放后，其排烟高度、排烟温度的降低使电厂排放抬升扩散条件变差，导致电厂对近场区域内的SO2、NOx、PM10贡献增大，甚至会使区域环境质量恶化。

(3)脱硫改造中若确需降低烟囱排放高度，要结合改善区域环境质量为目标进行科学论证。

[1] 环境保护部.火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)[S].

[2] 环境保护部，国家发展和改革委员会，国家能源局. 关于印发全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案的通知[EB/OL].http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201512/t20151215_319170.htm.2015-12-11.

[3] 环境保护部.环境影响评价技术导则—大气环境(HJ2.2-2008)[S].

[4] 国务院.大气污染防治行动计划[EB/OL].http://www.gov.cn/zhengce/content/2013-09/13/content_4561.htm.2013-09-10.

Impact of Reducing Chimney Height on Environmental Quality in Reformation of Desulphurization

MA Hong-you， SHI Xue-feng， XIANG Yi

(ChinainstituteforRadiationProtection，Taiyuan030006,China)

This paper took a 2 × 135MW power plant in wet FGD modification as an example, and compared the environmental impact of original emission with the emission from high chimney and the emission from low chimney after modification. The results showed that after the modification of desulphurization, the smoke emitted from low chimney at the top of the desulfurization tower will deteriorate regional air quality, although it seems to achieve the emission standard and total quantity reduction target, it does not accord with the idea of environmental policy which changes from standard emission, control of total pollutant quantity to improve regional environmental quality.

Desulfurization modificaiton；height of chimney；emission reduction；environmental quality

2016-10-14

马红友(1966-)，男，山西万荣人，1988年毕业于兰州大学大气科学系气象专业，研究员，主要从事污染气象研究与环境影响评价工作。

X701.3

A

1001-3644(2017)01-0096-04