大型热电厂迁建对兰州市局地大气环境质量的影响分析

关 勖 莫欣岳 杜 超 张玉麟 刘 明 潘 峰 仝纪龙

(兰州大学大气科学学院，兰州 730000)

大型热电厂迁建对兰州市局地大气环境质量的影响分析

关 勖 莫欣岳 杜 超 张玉麟 刘 明 潘 峰 仝纪龙

(兰州大学大气科学学院，兰州 730000)

本文以兰州市主城区内大型热电厂的外迁为例，在分析兰州市气象特征与大气环境质量现状的基础上，利用Aermod模式进行热电厂迁建前后对应的两个不同污染源对于兰州市主城区内NO2与PM10两种污染物浓度贡献的预测。

大型热电厂；迁建；局地大气环境质量；预测评价；环境效益

热电厂是造成区域性大气复合污染的重要排放源，对于大气扩散条件不利的城市，减少主城区内的大型热电厂污染源就更为重要[1]。兰州市地形为典型的河谷盆地，气象条件为静风频率大，冬季逆温出现频率高[2]。地形特点与气象特点二者的综合作用使得兰州市大气扩散条件较为不利，大气污染也成为了多年来兰州市所面临的重要问题。为响应国家《大气污染行动计划》，兰州市政府对现役热电厂污染源开展综合治理和管控，进一步改善区域环境空气质量。在热电厂搬迁后，其对局地大气环境中污染物浓度贡献的减小程度以及这种削减对于环境空气质量现状来说是否明显，目前尚未给出定量的研究结果。

本文以兰州市主城区内大型热电厂的外迁为例，在分析兰州市气象特征与大气环境质量现状的基础上，利用Aermod System V3.0大气预测模式进行热电厂迁建前后对应的两个不同污染源对于兰州市主城区内NO2与PM10两种污染物浓度贡献的预测，并将热电厂迁建前后在关心点上的预测结果结合局地环境空气质量现状进行对比分析，最终定量地证明迁建工程为兰州市局地大气环境带来的环境正效益，说明热电厂迁建的合理性与必要性，这对改善兰州市局地大气环境质量、实现绿色经济发展有着重要意义。

1 研究区及项目概况

1.1 研究区概况

兰州具备特有的高原河谷盆地小气候，其特点是：日照辐射强且云量少、风速小且静风多、逆温层发育且厚度大，持续时间长，尤其在冬季逆温出现的频率高达99%。河谷盆地的特殊地形、静风与逆温出现次数多的不利气候条件加之以石油化工为主体的产业结构等多方面因素的综合导致兰州市区空气污染严重，尤其在冬季供暖后兰州市的大气污染问题更为凸显[3-4]。

1.2 项目概介绍

1.2.1 项目概况

兰州某大型热电厂现厂址位于兰州市主城区南部，是一座2×110MW热电联产企业。为响应国家“上大压小”的政策，同时结合兰州市大气污染防治规划，现决定将其东迁17km至兰州市榆中县，即由盆地内迁至盆地外，搬迁后的热电厂规模扩为2×350MW。在迁建工程建成后，将关停现有工程的2×110MW机组。

1.2.2 项目大气环保措施

现有工程采用SNCR法进行脱硝以及双室四电场静电除尘器进行除尘；迁建工程采用SCR法进行脱硝以及五电场静电除尘器和湿式电除尘器进行除尘。

2 数据来源及参数设置

2.1 数据来源

本次预测中采用2015年兰州市气象数据。地面常规气象数据来源为兰州市气象局气象观测站，高空气象数据来源为兰州市榆中县气象观测站，二者均符合HJ2.2-2008中气象数据的使用规定。

2.2 污染源参数

热电厂排放的大气污染物主要为SO2、NO2与PM10。根据距热电厂最近两个兰州市例行监测点2015年的监测数据，SO2日均浓度全年基本未超标，而NO2与PM10的日均浓度存在较高频次的超标现象且冬季超标严重，故本次文选取NO2与PM10作为预测因子，具体污染源参数见表1。

表1 项目污染源参数

2.3 评价标准的选择

评价标准采用GB3095-2012《环境空气质量标准》中的日均浓度及年均浓度限值，具体标准值见表2。

表2 环境空气质量标准

3 环境空气质量现状及预测结果分析

3.1 兰州市空气质量现状

本文使用铁路设计院例行监测点以及兰州生物制品研究所例行监测点2015年例行监测的资料进行分析，两监测点均在现有工程西北侧，铁路设计院距离现有工程3.0km，生物制品所距离现有工程5.4km，具体位置如图1所示，将2015年两监测点NO2与PM10每个月中最大日均浓度变化统计如图2及图3。

图1 热电厂工程及监测点位地理位置

图2 2015年两监测点各月NO2日均最大浓度变化曲线

图3 2015年两监测点各月PM10日均最大浓度变化曲线

由图2与图3可知，NO2与PM10两种污染物浓度有明显的季节变化特征。兰州市供暖期为每天11月至次年三月初，对于NO2，其较大日均浓度值主要出现在1月、2月、11月与12月，这表明冬季是兰州市NO2污染最严重的季节，且污染日主要集中在供暖期。对于PM10，其最大日均浓度值出现在4～5月，这主要是由于春季沙尘天气多发引起的本底值增大，故本文在讨论PM10现状浓度时将春季浓度数据剔除，剔除后PM10较大日均浓度也出现在1月、2月、11月与12月。

兰州市冬季污染物浓度值高的原因主要是冬季供暖时燃煤量增加，导致各污染物排放量加大，加之冬季出现逆温与小风的频率高[5-7]，造成了不利于污染物扩散的气象条件。将监测数据与表2对比可知，2015年供暖期兰州市NO2与PM10日均最大值超标现象严重[8]。

3.2 预测中代表性关心点的选取

将兰州市2015年气象数据、现有工程污染源参数以及地形数据输入AREMOD模式中进行运算，得出以现有工程污染源为原点的两种污染物日均最大落地浓度点与年均最大落地浓度点。由于兰州市主导风向为偏东风，这里以两处最大落地浓度为原点，以3km为半径分别做两个圆，则两圆在现有工程西侧相交的部分即为受现有工程污染源影响大的区域，故在这片区域中选取大部分关心点，以保证在考察热电厂外迁后对兰州市局地大气环境中两种污染物浓度贡献的变化时具有典型性与代表性。本文预测范围内无一类功能区，故补充选取二类功能区中所关注的公园、学校、以及人口密集区作为预测关心点。关心点坐标详见表3。

3.3 预测结果与分析

将兰州市2015年气象数据、现有工程及迁建工程污染源参数、地形数据以及9个关心点参数的相关数据导入Aermod模式中进行计算，得出结果如表4、表5。

表3 各预测关心点分布坐标

表4 热电厂迁建前后对兰州市城区9个关心点的最大日均贡献浓度值影响对比(μg/m3)

表5 工程迁建前后对兰州市城区9个关心点的年均贡献浓度值影响对比(μg/m3)

由表3与表4可知，热电厂厂址与相应环保措施变更后对兰州市城区9个关心点两种污染物的最大日均值与年均值的影响均大幅降低。最大日均值方面，热电厂迁建后对兰州市城区9个关心点的NO2浓度贡献值降幅为92.3%～99.2%，PM10浓度贡献值降幅为98.9%～99.8%；年均值方面，热电厂迁建后对兰州市城区9个关心点的NO2浓度贡献值降幅为60.0%～98.4%，PM10浓度贡献值降幅为95.2%～99.7%。故从减少热电厂对兰州市局地大气环境中污染物浓度贡献的角度来看，迁建工程环境正效益明显。

3.4热电厂迁建后对兰州市局地大气环境质量现状的影响

监测数据表明热电厂未迁建时NO2、PM10在15年1～2月及11～12月日均浓度最大值超标情况较为严重，这与热电厂冬季供暖燃煤量加大进而污染物浓度排放加大有着密切的联系。铁路设计院与生物制品厂两关心点处设有兰州市例行监测点，可得知这两地的环境空气质量现状，故可以分析热电厂迁建后对这两个关心点的环境空气质量改善情况，具体情况统计如表6与表7(由于春季兰州市频发沙尘暴导致PM10浓度激增，故表6与表7中PM10浓度均采用供暖期的数据)。

表6 两监测点NO2与PM10在热电厂迁建后最大日均浓度削减情况统计

表7 两监测点NO2与PM10在热电厂迁建后年均浓度削减情况统计

以距离热电厂现有工程较近的关心点铁路设计院为例，在热电厂迁建后，对铁路设计院处大气环境中NO2与PM10最大日均浓度的影响分别减小了18.64%与4.70%，年均浓度的影响分别减小了8.51%与1.43%。针对单个污染源的影响来说，不论是最大日均值还是年均值，热电厂迁建后铁路设计院环境空气中的NO2浓度值削减均明显，PM10浓度削减均相对较小，其原因主要是热电厂排放PM10的浓度比NO2小，再加上城区中有其他多种污染源且沙尘天气多发，环境本底值中PM10浓度高，所以导致PM10浓度削减相对于现状来说没有NO2明显，但由3.3节可知迁建后污染源排放的PM10在每个关心点上的浓度贡献值都有显著削减。

4 结 论

本文利用Aermod模式进行迁建前后相应的两个不同污染源对兰州市城区内9个关心点两种污染物浓度贡献的预测结果表明，在厂址与相应环保措施变更后，热电厂对兰州市城区9个关心点最大日均值与年均值的贡献浓度均大幅降低。最大日均值方面，热电厂迁建后对兰州市城区9个关心点的NO2浓度贡献值降幅为92.3%～99.2%，PM10浓度贡献值降幅为98.9%～99.8%；年均值方面，热电厂迁建后对兰州市城区9个关心点的NO2浓度贡献值降幅为60.0%～98.4%，PM10浓度贡献值降幅为95.2%～99.7%。从热电厂迁建后对局地环境空气质量现状影响的方面来看，以距离热电厂现有工程3km的铁路设计院为例，热电厂迁建后对该地大气环境中NO2与PM10最大日均浓度的影响分别减小了18.64%与4.70%，对年均浓度的影响分别减小了8.51%与1.43%。

综上所述，从减少市区内大型污染源、降低局地大气环境中NO2与PM10浓度值进而提升兰州市局地大气环境质量的角度来看，兰州城区内大型热电厂外迁至榆中县的工程建设是合理与必要的，这对落实大气污染防治措施、改善区域环境空气质量、实现经济绿色发展有着重要意义。

[1]王占山.燃煤火电厂和工业锅炉及机动车大气污染物排放标准实施效果的数值模拟研究[D].中国环境科学研究院，2013.

[2]郭勇涛，佘峰，王式功，刘炳杰，李江萍，王金燕.兰州市空气质量状况及常规气象条件的关系[J].干旱区资源与环境，2011，25(11)：100-105.

[3]田裘学，周伶芝，王瑞，田竹梅.兰州市空气污染物的变化规律与特征[J].中国环境监测，2011，17(7)：14-17.

[4]祝合勇，杨太保，金庆森.兰州市城区大气污染现状及防治对策分析[J].环境科学导刊，2011，(02)：48-52.

[5]赵敬国，王式功，王嘉媛，闭建荣，史晋森，王天河，张天宇.兰州市空气污染与气象条件关系分析[J].兰州大学学报(自然科学版)，2013，49(4)：491-496.

[6]朱新胜，王学远，叶海，薛峰，欧阳琰.火电厂排放源对张家港市冬季空气质量的影响[J].解放军理工大学学报(自然科学版)，2016，(04)：371-378.

[7]王丽霞.冬季静稳天气下西固区SO2、NO2排放对兰州市主城区影响的初步研究[D].兰州大学，2016.

[8]中华人民共和国环境保护部，GB 3095-2012.环境空气质量标准[S].北京，1982.

AnalysisandResearchontheInfluenceoftheTransplantationofLarge-scaleHeatPowerPlantsonAtmosphericQualityinLanzhouCityRegion

GUAN Xu MO Xinyue DU Chao ZHAN Yulin LIU Ming PAN Feng TONG Jilong

(College of Atmospheric Sciences, Lanzhou University，Lanzhou Gansu 730000，China)

This paper sets the relocation of a large thermal power plant in Lanzhou as an example，on the basis of analyzing meteorological characteristics and present situation of the atmospheric environment quality，then，determine the parameters of pollution sources of the existing engineering and relocation project，using Aermodmodel to predict the concentration of pollutants from different pollution sources in our concerned place corresponding before and after the relocation.

Large-scale thermal power plant；Relocation；Local atmospheric environment quality；Predict and evaluate；Environmental benefits

X51

A

1673-288X(2017)05-0139-04

项目资助：国家杰出青年科学基金项目(41225018)资助

关勖，硕士研究生，研究方向为应用气象类环境影响评价

仝纪龙，副教授，主要从事大气污染防治及环境风险研究

文献格式：关 勖 等.大型热电厂迁建对兰州市局地大气环境质量的影响分析[J].环境与可持续发展，2017，42(5)：139-142.