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大气环境治理问题是社会重点关注的问题,火电厂作为污染源的重要排放源,是空气污染的重点管控对象[1]。随着工业生产和居民生活用电需求的增加,化石燃料燃烧产生的污染物急剧增加,特别是SO2和NOx,其中SO2的过度排放是造成我国大气污染及酸雨的主要原因[2]。自2012年以来开始实施火电厂大气污染排放新标准,重点地区设立了更加严格的排放标准,有效地控制了火电行业大气污染物的排放[3],仍未达到世界卫生组织(WHO)规定的排放限值(SO2日均浓度20 μg/m3)。国内外火电厂主要应用的传统脱硫工艺有干法脱硫、湿法脱硫和半干法脱硫,三者之间的主要区别在于脱硫剂及所处状态的不同[4]。干法脱硫是固态吸收剂在干态下与SO2进行反应,但反应速度慢,脱硫效率与脱硫剂利用率低;湿法脱硫是吸收剂在液态下与SO2进行反应,是目前脱硫效率最高且较为成熟的工艺技术,但基础建设用地及投资费用高,脱硫副产物及脱硫废水难以处理;半干法脱硫兼有湿法脱硫和干法脱硫的特点,但副产物商用价值较少,发展不够成熟[4-5]。我国烟气脱硫技术仍然停留在传统工艺上,常用的脱硫工艺主要有石灰石-石膏法、喷雾干燥法、炉内喷钙后增湿活化法、烟气循环流化床法和其他通用技术。这些工艺技术绝大多数从国外引进,后经过优化、改进得以应用。但这些技术都存在许多问题,如建设、运行费用高,脱硫副产物及废水无法处理、产生二次污染、脱硫效率低等。因此寻求高效、绿色、经济、多元且适合我国国情的脱硫工艺变得尤为重要[2-6]。
兰州市是我国西北地区重工业城市,形成以石油化工、有色金属、机械制造等为主体的工业体系。刘慧等[7]研究表明,兰州市环境空气质量强潜在污染源来自兰州市本地及周边地区。张惠娥等[8]采用模糊综合评价法,对15年间兰州市环境空气质量进行分析,认为兰州市空气污染具有明显的季节变化,冬季最为严重,夏季较好。本文模拟了不同脱硫工艺下火电厂排放SO2的数值模拟试验,旨在为兰州城区火电厂大气污染、改善城市空气质量状况提供参考。
CALPUFF模型作为《环境影响评价技术导则-大气环境:(HJ 2.2—2018)》推荐模型,能够较好的模拟大气边界内的各种复杂的物理化学过程[7],在模拟城市尺度环境空气质量方面较为成熟[9]。
兰州市主城区火电厂脱硫工艺对环境空气质量的影响
Influence of desulfurization process of thermal power plant on ambient air quality in main urban area of Lanzhou
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摘要: 以兰州市主城区火电厂为例,运用CALPUFF模式对不同脱硫工艺下的火电厂排放情景进行模拟研究,预测主城区内各火电厂大气污染扩散对周边环境空气质量的影响。结果表明:SO2浓度高值区出现在兰州市西侧的西固区和安宁区,小时浓度分布围绕电厂呈发散状,年均分布形势则更为集中,主要集中在狭长河谷地形中;时间尺度越大、扩散范围越广、影响区域越大、影响程度越低,受主导风向偏东风的影响,SO2浓度高值区较产生位置出现不同程度的偏移,浓度贡献的差异性与脱硫效率之间存在显著的负相关,说明CALPUFF模型完全适用于此次试验探究,污染源排放特征不是唯一决定污染物到达地面的浓度,湿法脱硫更适用于兰州市火电厂。Abstract: Taking the thermal power plant in the main urban area of Lanzhou as an example, the CALPUFF model was used to simulate the emissions of thermal power plants under the different desulfurization processes, and to predict the influence of the pollutant diffusion on the air quality of the surrounding environment. The results showed that high SO2 concentration areas appeared in Xigu District and Anning District on the west of Lanzhou. The hourly concentration distribution around the power plant was divergent, while the average annuale distribution was more concentrated, mainly in the narrow valley terrain. The lower impact appeared with the larger time scale, the wider diffusion range and the larger impact range. Due to the influence of the east wind, areas with high SO2 concentration shifted to varying degrees. There was a significant negative correlation between the difference in the concentration contribution and the desulfurization efficiency, thus indicating that the CALPUFF model was fully applicable to this experimental study. The emission characteristics of pollution sources were not the only ones that determined the concentration of pollutants reaching the ground. The wet desulfurization was more suitable for Lanzhou thermal power plants.
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表 1 本次研究模拟污染源属性
污染源
监测点X坐标(UTM
坐标)/kmY坐标(UTM
坐标)/km海拔/m 烟囱高度/m 烟囱内径/m 烟气出口
温度/K烟气出口
速度/m·s−1西固1# 376.3826 3 998.404 1 556 205 6.8 313.15 5.156 西固2# 376.5071 3 998.373 1 557 210 6.8 313.15 5.079 大唐1# 376.7302 3 998.437 1 555 195 6.5 323.15 8.560 大唐2# 376.8750 3 998.401 1 549 210 6.5 323.15 8.420 范坪电厂 380.9963 3 993.157 1 606 200 7.0 318.15 5.698 国电兰州 396.6275 3 988.907 1 538 205 7.5 313.15 5.816 注:X坐标为向东方向,Y坐标为向北方向。 表 2 本次研究模拟污染源源强参数
g·s−1 污染源监测点 SO2 方案一 方案二 方案三 方案四 西固1# 1.5535 0.259 0.518 1.553 0.777 西固2# 1.2895 0.215 0.430 1.289 0.645 大唐1# 1.9020 0.317 0.634 1.902 0.951 大唐2# 1.1360 0.189 0.379 1.136 0.568 范坪电厂 1.2845 0.214 0.428 1.285 0.642 国电兰州 1.7665 0.294 0.589 1.766 0.883 -
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