关于天燃气锅炉燃烧废气评价等级判定规律的研究

徐殿木

（安徽省环协环境规划设计研究院有限公司，安徽合肥 230088）

目前，采用AERScreen模型进行天然气锅炉燃烧废气估算时，天然气锅炉的废气源强和排气筒所在地的地形是评价等级判定的两个主要因素，因此，估算模型参数设定时，需要以天然气锅炉的吨位、排放标准和排气筒所在地的地形为依据进行确定。

1 AERScreen模型的应用

1.1 模型简介

根据《环境影响评价技术导则大气环境（HJ 2.2-2018）》中的规定，建设项目的排气筒所排放的污染物均需采用AERScreen模型进行估算，并根据估算的结果进行大气环境影响评价等级和评价范围的判定。

目前，除了手工版DOS命令模式的AERScreen估算模型之外，界面友好、功能齐全的AERScreen 模型估算软件主要有杭州三捷公司的AERScreen模型估算软件、环安科技在线模型计算平台的AERScreen 模型模块以及六五软件工作室的EIAProA2018软件内置AERScreen功能模块。

1.2 评价等级判定

根据《环境影响评价技术导则大气环境（HJ 2.2-2018）》的规定，AERScreen模型估算的最大浓度占标率是判定大气评价等级的主要依据。当最大浓度占标率P≥10%时为一级评价，最大浓度占标率P＜1%时为三级评价，其他则为二级评价。

2 AERScreen模型的实施

为了获得天然气锅炉燃烧废气的源强、排气筒所在地地形与最大浓度占标率P之间的规律，本次估算首先设置相关的模型估算参数，确保估算模型参数等保持不变，然后将废气排放源强和排气筒所在地的地形分别进行调整，从而生成多个排气筒，分别对不同地形的不同废气排放源强进行估算，从而获得估算结果。

本次AERScreen模型的实施，其估算因子为NO；锅炉分为4种，吨位分为10种；地形为3类，共计5种；故共设计了200根模拟排气筒，建立了200个估算模型，模型运算时间约为120 h。

采用杭州三捷公司的三捷AERScreen 模型进行估算，三捷AERScreen 的版本为 2.1.0.33。

3 AERScreen模型的估算

3.1 估算参数确定

3.1.1 估算因子和质量标准

天然气是清洁能源，其在燃烧过程中，会产生极少量的二氧化硫、氮氧化物和烟尘（颗粒物）。由于燃烧过程中，氮氧化物的产生量远大于烟尘、二氧化硫，估算模型系采用大气污染物的小时质量浓度作为占标率估算质量标准，而颗粒物、二氧化硫的小时质量浓度标准限值均远大于氮氧化物，故天然气锅炉燃烧废气排放时，评价等级判定是由氮氧化物决定的。因此，根据燃烧废气产生特点和估算模型运行要求，本次估算模型仅以氮氧化物作为估算因子，其估算的质量标准如表1。

表1 估算因子和质量标准表

3.1.2 估算模型参数

估算模型进行估算时，涉及的模型参数较多，为了降低不同模型参数设置对估算结果的影响，200个排气筒采用完全相同的估算模型参数，具体的估算模型计算参数如表2。

表2 估算模型参数表

3.1.3 估算点源参数

为了区分200 个排气筒的废气污染源强及所在地的地形对估算结果的影响，故按排气筒的废气污染源强和排气筒所在的地形不同进行估算点源参数设置；其中排气筒的废气污染源强以锅炉的吨位和排放标准区分，排气筒所在的地形以锅炉排气筒中心点坐标区分。

本次AERScreen模型估算时，将地形划分成三类地形：一类是不考虑地形，视作无地形；一类是简单地形，选取了两个地方：安徽省亳州市，属淮北平原；安徽省合肥市长丰县，属江淮低地丘陵。另外一类是复杂地形，选取了两个地方：安徽省合肥市庐江县，属江淮低地山地；安徽省安庆市岳西县，属大别山系山地。

本次AERScreen估算模型200个模拟排气筒的底部中心坐标及所对应的地形信息如表3所示。

目前，针对于锅炉废气的排放标准，主要有国家、省和市三个层面的要求，如《安徽省2020年大气污染防治重点工作任务》（皖大气办[2020]2 号）文中对于天然气锅炉的NO排放限值定为50 mg/m，《合肥市燃气锅炉（设施）低氮改造工作方案》（合大办[2019]13号）文中对于天然气锅炉的NO排放限值定为30 mg/m。

根据《第一次全国污染源普查工业污染产排污系数手册》（第十分册）中的“44 电力、热力的生产和供应业”中的“4430 热力生产和供应行业（包括工业锅炉）”的表“4430 工业锅炉（热力生产和供应行业）产排污系数表-燃气工业锅炉”可知，每万立方米天然气完全燃烧产生的废气量为136 259.17m。根据《排污许可证申请与核发技术规范 锅炉（HJ 953-2018）》可知，每万立方米天然气燃烧时，颗粒物的产生量为2.0 kg，二氧化硫的产生量为2.86 kg，无低氮燃烧时氮氧化物的产生量为18.71 kg，有低氮燃烧时氮氧化物的产生量为9.36 kg。

本次估算将天然气锅炉燃烧废气的产生源分成4种，分别为：天然气直接燃烧和排放的锅炉，称为标准锅炉；安装了低氮燃烧器的锅炉，称为低氮燃烧锅炉；执行了NO排放标准为50 mg/m的锅炉，称为超低排放锅炉；执行了NO排放标准为30 mg/m的锅炉，称为极低排放锅炉。另外，1吨锅炉每小时的天然气消耗量约为83 m。

根据估算的要求，本次估算模型共设计了4 种类型、10个吨位级别的锅炉；锅炉燃烧废气排气筒位于不同经纬度，对应5 种不同的地形，排气筒底部中心坐标详见表3；另外，排气筒的其他设置参数基本一致，其中排气筒的高度为15 m，排放口的烟气温度为120℃；各个排气筒的燃烧废气量与NO的排放量详见表4。

表3 估算模型参数表

表4 天燃气锅炉NOx排放情况一览表 单位:kg/h

3.1.4 地面特征参数

杭州三捷公司的AERScreen模型软件进行估算时，其内置了默认筛选气象，厂区中心点的坐标采用的是UTM坐标，地形数据为NED地形数据，需手工导入的地形文件为排气筒所在地的经纬度坐标所对应的TIF文件。

3.2 估算结果分析

本次共按估算模型的参数设置创建200 个排气筒的估算模型进行估算，然后按排气筒所在地形的不同，将估算的结果进行整理提取后得到各个排气筒的最大浓度占标率P与锅炉类型、吨位关系一览表及关系图，并对其进行分析。

3.2.1 无地形估算结果分析

不考虑排气筒所在地的地形时，锅炉排气筒排放的NO估算结果如表5和图1。

图1 排气筒不考虑地形时最大浓度占标率与锅炉吨位关系图

由表5和图1可知，在不考虑地形影响时，锅炉废气NO执行极低排放50 mg/m和超低排放30 mg/m标准排放时，其最大浓度占标率P均小于10%，均不属于大气环境影响评价一级；低氮燃烧锅炉在吨位为30 吨以内时，其最大浓度占标率P也小于10%，也不属于大气环境影响评价一级，而当其吨位为30吨及以上时，其最大浓度占标率P大于10%，则其属于大气环境影响评价一级；标准锅炉在吨位为10吨以内时，其最大浓度占标率P也小于10%，也不属于大气环境影响评价一级，而当其吨位为10吨及以上时，其最大浓度占标率P大于10%，则其属于大气环境影响评价一级。

表5 锅炉排气筒不考虑地形时NOx最大浓度占标率Pmax与锅炉吨位关系一览表

再者，由表5 和图1 可知：一是同一个排气筒，锅炉燃烧废气的最大浓度占标率P与废气排放速率成正比关系，即排放速率增加越多，其最大浓度占标率P增量越大；二是因锅炉废气排放标准不同，相同吨位的锅炉废气排放速率不同，最大浓度占标率P的结果也不同，P的数值大小顺序为标准锅炉＞低氮燃烧锅炉＞超低排放锅炉＞极低排放锅炉。

3.2.2 简单地形估算结果分析

当排气筒所在地为简单地形时，锅炉排气筒排放的NO估算结果如表6、表7和图2、图3。

表6 锅炉排气筒位于淮北平原时NOx最大浓度占标率Pmax与锅炉吨位关系一览表

表7 锅炉排气筒位于江淮低地丘陵时NOx最大浓度占标率Pmax与锅炉吨位关系一览表

由表6、表7 和图2、图3 可知，在考虑地形影响时，当锅炉排气筒位于淮北平原和江淮低地丘陵时，锅炉废气NO执行超低排放50 mg/m和极低排放30 mg/m标准排放时，其最大浓度占标率P均小于10%，均不属于大气环境影响评价一级；低氮燃烧锅炉在吨位为30 吨以内时，其最大浓度占标率P也小于10%，也不属于大气环境影响评价一级，而当其吨位为30吨及以上时，其最大浓度占标率P大于10%，则其属于大气环境影响评价一级；标准锅炉在吨位为10吨以内时，其最大浓度占标率P也小于10%，也不属于大气环境影响评价一级，而当其吨位为10 吨及以上时，其最大浓度占标率P大于10%，则其属于大气环境影响评价一级。

图2 排气筒位于淮北平原时最大浓度占标率与锅炉吨位关系图

图3 排气筒位于江淮低地丘陵时最大浓度占标率与锅炉吨位关系图

再者，由表6、表7 和图 2、图3 可知：一是同一个排气筒，锅炉燃烧废气的最大浓度占标率P与废气排放速率成正比关系，其排放速率增加越多，则最大浓度占标率P增量越大；二是因锅炉废气排放标准不同，相同吨位的锅炉废气排放速率不同，最大浓度占标率P的结果也不同，P的数值大小顺序为标准锅炉＞低氮燃烧锅炉＞超低排放锅炉＞极低排放锅炉。

3.2.3 复杂地形估算结果分析

当排气筒所在地为复杂地形时，锅炉排气筒排放的NO估算结果如表8、表9和图4、图5。

表8 锅炉排气筒位于江淮低地山地时NOx最大浓度占标率Pmax与锅炉吨位关系一览表

表9 锅炉排气筒位于大别山系山地时NOx最大浓度占标率Pmax与锅炉吨位关系一览表

图4 排气筒位于江淮低地山地时最大浓度占标率与锅炉吨位关系图

图5 排气筒位于大别山系山地时最大浓度占标率与锅炉吨位关系图

由表8、表9 和图4、图5 可知，在考虑地形影响时，当锅炉排气筒位于江淮低地山地和大别山系山地时，锅炉废气NO执行极低排放标准（30 mg/m）时，仅锅炉吨位为1吨时，其最大浓度占标率P均小于10%，其不属于大气环境影响评价一级；除了此种状况，其他锅炉排气筒的最大浓度占标率P均大于10%，均属于大气环境影响评价一级。

再者，由表8、表 9 和图4、图5 可知：一是同一个排气筒，锅炉燃烧废气的最大浓度占标率P与废气排放速率成正比关系，其排放速率增加越多，则最大浓度占标率P增量越大；二是因锅炉废气排放标准不同，相同吨位的锅炉废气排放速率不同，最大浓度占标率P的结果也不同，P的数值大小顺序为标准锅炉＞低氮燃烧锅炉＞超低排放锅炉＞极低排放锅炉。

3.3 评价等级判定规律

根据估算结果分析可知，天然气锅炉燃烧废气评价等级判定具有以下规律：

（1）当排气筒位于简单地形区域时，且锅炉为低氮燃烧、超低排放与极低排放锅炉时，在锅炉吨位为25吨及以下时，其最大浓度占标率P均小于10%，均不属于大气一级评价；而当排气筒位于复杂地形区域时，则无论锅炉是何种类型，吨位多少，其最大浓度占标率P均大于10%，均属于大气一级评价。

（2）当燃烧废气排气筒所在地的地形为平原、丘陵等简单地形区域时，其最大浓度占标率P与不考虑地形时基本一致，最大浓度占标率P仅与锅炉吨位、排放标准、排气筒污染物排放速率成正相关。

（3）当排气筒所在地的地形为山地等复杂地形区域时，最大浓度占标率P远大于不考虑地形或简单地形时的值；燃烧废气的最大浓度占标率P与排气筒所在地的地形复杂程度成正相关，即排气筒所在地的地形越复杂，则最大浓度占标率P越大。

4 结束语

综上，按天然气锅炉吨位、燃烧废气排放标准和排气筒所在地的地形不同分别进行估算，并对估算的结果进行分析可知：燃烧废气排气筒排放污染物的最大浓度占标率P与锅炉吨位、燃烧废气排放标准和排气筒所在地的地形复杂程度成正相关，锅炉吨位越大，燃烧废气排放标准越低，排气筒所在地的地形越复杂，则最大浓度占标率P值越大；并且排气筒所在地的地形复杂程度是决定性因素，也是大气评价等级的决定性因素。因此，天然气锅炉燃烧废气进行大气评价等级判定时，应首先明确排气筒所在地的地形，其次再核实锅炉废气的排放标准与排放量。