CN107767081B - 一种燃煤电厂大气环境影响评价方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃煤电厂大气环境影响评价方法及装置，方法包括：根据燃煤电厂的参数数据确定污染物排放清单数据；根据模拟时间段的气象历史数据确定HYSPILT模型的气象数据；根据污染物排放清单数据和确定气象数据的HYSPILT模型生成燃煤电厂大气环境影响评价结果。通过确定污染物排放清单数据利用HYSPILT空气质量模式系统能够建立局地小尺度扩散模型，保证计算迅速，能同化观测数据，并能较好地与局地地形匹配。

Description

一种燃煤电厂大气环境影响评价方法及装置

技术领域

本发明涉及环境影响评价技术，具体的讲是一种燃煤电厂大气环境影响评价方法及装置。

背景技术

随着国内对大气污染问题的日益重视，如何对新建电厂的大气污染影响进行定量准确的评价就变得尤为重要。目前对燃煤电厂的环境影响评价主要侧重于计算电厂的污染物排放总量，但这些污染物在不同的地理和气象条件下，对电厂周边的环境造成何种影响，还缺乏定量的评价手段。

目前对大型点污染源进行大气污染的评价的空气质量模式系统，其中，单个电厂排放具有发生的空间尺度较小特点，且人类活动集中在边界层内，而边界层对污染物的水平输送和扩散有重要的影响。而且目前现有的空气质量模式系统操作复杂、尺度大，不适用于小尺度电厂模拟。且大多系统缺乏对事发地实时气象条件的同化能力，所以该系统无法有效的支持小尺度的典型电厂排放对周边影响评估。

发明内容

为对燃煤电厂的环境影响进行评价，本发明实施例提供了一种燃煤电厂大气环境影响评价方法，包括：

根据燃煤电厂的参数数据确定污染物排放清单数据；

根据模拟时间段的气象历史数据确定HYSPILT模型的气象数据；

根据所述的污染物排放清单数据和确定气象数据的HYSPILT模型生成燃煤电厂大气环境影响评价结果。

本发明实施例中，污染物排放清单包括：燃煤电厂各类污染物的排放浓度和排放量，其中，所述的各类污染物包括：SO₂、NO_X、总颗粒物、PM₁₀、PM_2.5、CO、VOCs。

本发明实施例中，根据燃煤电厂的参数数据确定污染物排放清单数据包括：

根据燃煤电厂的参数数据确定单位时间内燃煤电厂各类污染物的排放浓度和排放量。

本发明实施例中，燃煤电厂的参数数据包括：

单位时间段内的煤炭消耗量、单位时间段内燃煤的平均含硫量、单位时间段内二氧化硫的转化率、污控设施的脱硫率、煤锅炉燃烧时氮氧化物的产生因子、脱硝设施效率、煤锅炉燃烧时总颗粒物的产生因子、除尘装置对总颗粒物脱除效率、湿法脱硫工艺对总颗粒物的脱除效率、湿式电除尘器对总颗粒物的脱除效率、煤中灰分、灰分进入底灰的比例、PM₁₀或PM_2.5等细颗粒物的排放量、产生颗粒物中PM₁₀或者PM_2.5所占比例、煤锅炉燃烧时CO的产生因子、煤锅炉燃烧时VOCs的产生因子。

同时，本发明还公开一种燃煤电厂大气环境影响评价装置，装置包括：

排放清单生成模块，用于根据燃煤电厂的参数数据确定污染物排放清单数据；

模型气象数据确定模块，根据模拟时间段的气象历史数据确定HYSPILT模型的气象数据；

评价模块，用于根据所述的污染物排放清单数据和确定气象数据的HYSPILT模型生成燃煤电厂大气环境影响评价结果。

通过确定污染物排放清单数据利用HYSPILT空气质量模式系统能够建立局地小尺度扩散模型，保证计算迅速，能同化观测数据，并能较好地与局地地形匹配。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种燃煤电厂大气环境影响评价方法的流程图；

图2为本发明一种燃煤电厂大气环境影响评价装置的框图；

图3为本发明实施方式中的示意图；

图4为本发明实施方式中的示意图；

图5为本发明实施方式中的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种燃煤电厂大气环境影响评价方法，如图1所示，包括：

步骤S101，根据燃煤电厂的参数数据确定污染物排放清单数据；

步骤S102，根据模拟时间段的气象历史数据确定HYSPILT模型的气象数据；

步骤S103，根据所述的污染物排放清单数据和确定气象数据的HYSPILT模型生成燃煤电厂大气环境影响评价结果。

本发明实施例中，污染物排放清单包括：燃煤电厂各类污染物的排放浓度和排放量，其中，所述的各类污染物包括：SO₂、NO_X、总颗粒物、PM₁₀、PM_2.5、CO、VOCs。

本发明实施例中，根据燃煤电厂的参数数据确定污染物排放清单数据包括：

根据燃煤电厂的参数数据确定单位时间内燃煤电厂各类污染物的排放浓度和排放量，其中，燃煤电厂的参数数据包括：

单位时间段内的煤炭消耗量、单位时间段内燃煤的平均含硫量、单位时间段内二氧化硫的转化率、污控设施的脱硫率、煤锅炉燃烧时氮氧化物的产生因子、脱硝设施效率、煤锅炉燃烧时总颗粒物的产生因子、除尘装置对总颗粒物脱除效率、湿法脱硫工艺对总颗粒物的脱除效率、湿式电除尘器对总颗粒物的脱除效率、煤中灰分、灰分进入底灰的比例、PM₁₀或PM_2.5等细颗粒物的排放量、产生颗粒物中PM₁₀或者PM_2.5所占比例、煤锅炉燃烧时CO的产生因子、煤锅炉燃烧时VOCs的产生因子。

同时，本发明还公开一种燃煤电厂大气环境影响评价装置，如图2所示，包括：

排放清单生成模块201，用于根据燃煤电厂的参数数据确定污染物排放清单数据；

模型气象数据确定模块202，根据模拟时间段的气象历史数据确定HYSPILT模型的气象数据；

评价模块203，根据所述的污染物排放清单数据和确定气象数据的HYSPILT模型生成燃煤电厂大气环境影响评价结果。

本发明实施例中具体包括以下步骤和系统：

a.排放清单计算系统：

本发明实施例中的污染评价系统对污染进行评价，首先需要确定燃煤电厂各类污染物排放浓度和排放量；其中排放浓度包括小时均值浓度和日均值浓度，排放量包括日排放量、月排放量、年排放量；污染物种类包括SO₂、NO_X、烟尘、PM₁₀、PM_2.5、CO、VOCs等。

本发明实施例中各污染物的计算方法如下：

(1)SO₂排放计算方法：

Ⅰ排放量的计算，公式如(1)：

其中，代表单位时间段内SO₂的排放量，i代表年、月或日，kg；2表示SO₂与S的摩尔质量比；/>为单位时间段内燃煤中的平均含硫量，％；Q_i为单位时间段内的煤炭消耗量，t；C_i为单位时间段内燃烧过程中SO₂的转化率，％；/>表示污控设施的脱硫率，％。

Ⅱ排放浓度的计算，公式如(2)：

代表单位时间内SO₂的排放浓度，在本研究中计算SO₂排放浓度时分别以小时和日为单位进行计算，mg/m³。式中其他物理量与上文中相同，下标i代表小时或者日均值，V_i，y为单位时间烟气体积；m³。

(2)NO_X计算方法:

Ⅰ排放量的计算，公式见(3)：

式中：代表单位时间段内NO_X的排放量，i代表年、月或日，kg；Q_i为单位时间内的煤炭消耗量，在本申请中分别以年、月和日为单位进行计算，t；/>为煤锅炉燃烧时氮氧化物的产生因子，kg/t；/>表示脱销设施效率，％。

Ⅱ排放浓度的计算，见公式(4)：

式中：代表单位时间内NOx的排放浓度，在本发明实施例中计算NOx排放浓度时分别以小时和日为单位进行计算，mg/m³。式中其他物理量与上述中相同，下标i代表小时或者日均值。

(3)总颗粒物(TSP)的计算方法：

Ⅰ排放量的计算，见公式(5)与(6)：

E_i,TSP＝Q_i×EF_TSP×(1-η_TSP)(1-η′_TSP)(1-η″_TSP) (5)

EF_TSP＝AC×(1-ar) (6)

式中，E_i,TSP代表单位时间段内TSP的排放量，i代表年、月或日，kg；Q_i为单位时间内的煤炭消耗量，在本文中分别以年、月和日为单位进行计算，t；EF_TSP为煤锅炉燃烧时总颗粒物的产生因子kg/t；η_TSP、η′_TSP和η″_TSP分别代表除尘装置、湿法脱硫工艺以及湿式电除尘器对总颗粒物脱除效率，％。AC为煤中灰分，ar为灰分进入底灰的比例。

Ⅱ排放浓度的计算，见公式(7)：

式中：C_i,TSP代表单位时间内TSP排放浓度，在本实施例中计算TSP排放浓度时分别以小时均值和日均值为单位进行计算，mg/m³。式中其他物理量与上文中相同，下标i代表小时或者日均值。

(4)PM₁₀、PM_2.5排放量计算方法：

Ⅰ排放量的计算，见公式(8)与(9)：

E_i,PM＝Q_i×EF_PM×(1-η_PM)(1-η′_PM)(1-η″_PM) (8)

EF_PM＝AC×(1-ar)×f_PM (9)

式中，E_i,PM代表单位时间段内PM₁₀或PM_2.5等细颗粒物的排放量，i代表年、月或日，kg；Q_i为单位时间内的煤炭消耗量，在本文中分别以年、月和日为单位进行计算，t；EF_PM为煤锅炉燃烧时颗粒物的产生因子，在本研究中分别对应PM10和PM2.5两个粒径范围的颗粒物，kg/t；η_PM、η′_PM和η″_PM分别代表除尘装置、湿法脱硫工艺以及湿式电除尘器对PM₁₀或者PM2.5的脱除效率，％。AC为煤中灰分，ar为灰分进入底灰的比例，f_pm代表产生颗粒物中PM₁₀或者PM_2.5所占比例，％。

Ⅱ排放浓度的计算，见公式(10)：

式中：C_i,PM代表单位时间内PM₁₀或者PM_2.5的排放浓度，在本研究中计算分别以小时和日为单位进行计算，mg/m³。式中其他物理量与上文中相同，下标i代表小时或者日均值。

(5)CO计算：

Ⅰ排放量的计算，见公式(11)：

E_i,CO＝Q_i×EF_CO (11)

式中：E_i,CO代表单位时间段内CO的排放量，i代表年、月或日，kg；Q_i为单位时间内的煤炭消耗量，在本文中分别以年、月和日为单位进行计算，t；EF_CO为煤锅炉燃烧时CO的产生因子，kg/t；

Ⅱ排放浓度的计算，见公式(12)：

式中：C_i,CO代表单位时间内CO的排放浓度，在本研究中计算CO排放浓度时分别以小时和日为单位进行计算，mg/m³。式中其他物理量与上文中相同，下标i代表小时或者日均值。

(6)VOCs计算

Ⅰ排放量的计算，见公式(13)：

E_i,VOCs＝Q_i×EF_VOCs (13)

式中：E_i,VOCs代表单位时间段内VOCs的排放量，i代表年、月或日，kg；Q_i为单位时间内的煤炭消耗量，在本文中分别以年、月和日为单位进行计算，t；EF_VOCs为煤锅炉燃烧时VOCs的产生因子，kg/t；

Ⅱ排放浓度的计算，见公式(14)：

式中：C_i,VOCs代表单位时间内VOCs的排放浓度，在本研究中计算VOCs排放浓度时分别以小时和日为单位进行计算，mg/m³。式中其他物理量与上文中相同，下标i代表小时或者日均值。

本发明实施例中，公式(1)-(14)中，所有参数取值可通过燃煤电厂运行数据或设计数据获取。

b.气象结果处理系统：

通过编译气象结果处理系统，将模拟的气象背景场输入到空气质量模式中。气象模式为美国国家大气研究中心(NCAR)的MM5模式基础上发展的ARW版本。气象数据接入包括中期数值预报数据接入、中尺度区域数值预报数据接入、观测资料接入，对接入的资料经过GRIB1/2格式数据解码、NETCDF格式数据解码、GRADS数据解码、BUFR格式资料解码、TAC格式资料解码、ASCII格式资料解析、其它格式资料解码、缺测检查、气候界限值检查、台站极值检查、内部一致性检查、垂直一致性检查、ARL格式资料编码、其它格式资料编码等处理后，由气象接入数据存储模块进行存储。

本发明实施例中，气象数据NETCDF格式信息资源如下：

NETCDF格式信息：

按照存储参数文件对NETCDF存储数据的描述进行解析，解析为二进制数据以及参数文件的描述。编写程序将气象背景场数据导入模型。

c.空气质量扩散模型：

空气质量扩散系统是模型的核心。

模型扩散模式基于NOAA(ARL)的Draxler等开发的HYSPLIT(混合单粒子拉格朗日积分)传输扩散模式。HYSPLIT是一种拉格朗日—欧拉混合计算模式。其平流和扩散计算采用拉格朗日方法，而浓度计算则采用欧拉方法，即采用拉格朗日方法以可变网格定义污染源，分别进行平流和扩散计算；采用欧拉方法在固定网格点上计算污染物的浓度。模式采用地形sigma坐标，模式的水平网格与输入的气象场相同，垂直方向分为28层。模式将气象要素线性内到各sigma层上。

大气扩散处理模式包括模式运算启动、中尺度大气扩散模式运算、小尺度大气扩散模式运算、模式运算结果输出、模式运算结果转ASCII格式、模式运算结果转BIN格式、模式运算结果转XML格式。模式运算启动监听从指令综合处理平台发送的指令，按照指令的内容制作启动脚本后，按照指令中所需的模式的确定使用大气扩散模式，启动模式进行运算。完成运算后将模式输出结果转化为ASCII/BIN/XML格式。

首先需要输入，燃煤电厂的地理信息，污染物排放类型，排放量和排放浓度信息。再输入模拟区域设置依次为中心经纬，分辨率，计算范围，输出位置，输出文件名称，高度层，开始时间，结束时间，输出时间分辨率。

d.模拟结果后处理系统

通过收集区域GIS地理信息数据，自主建立的GIS数据处理系统，将结果进行展示。

以北京某燃煤电厂对周边大气环境的影响为例对本发明说明如下：

(1)排放清单计算：

通过查阅该燃煤电厂的设计资料，得到公式(1)-(14)中各参数，计算得到各污染物的排放清单如下：

表1北京A电厂污染物排放量(t/a)

企业名称	SO2	NOx	TSP	PM10	PM2.5	CO	VOCs
								北京某电厂	127.85	357.48	137.06	92.55	81.12	1102.5	29.77

(2)气象结果处理：

选择需要模拟的时间段。历史气象资料分析，北京市在12月份的重污染天气较多，污染过程主要是由于天气静稳，冷空气减弱，湿度增大，温度回升逆温增强造成。因此选择过去一年的12月份作为典型月份进行模拟。将过去一年里12月份北京市历史气象数据，作为驱动HYSPLIT模型运行的气象资料。

(3)空气质量扩散模型计算

输入HYSPILT模型的各项参数，计算得到北京A燃煤电厂对周围大气环境影响的评价结果。

如图3所示为本发明实施方式中，某燃煤电厂对周围PM_2.5日均、月均浓度的影响；图4所示为本发明实施例中，某燃煤电厂不同高度处对周围环境PM_2.5浓度的影响范围，其中的(a)为距离地面0～10m处；(b)为距离地面10～150m处；(c)为距离地面150～250m处；(d)为距离地面大于250m处。图5为本发明实施例中，燃煤电厂对周围不同高度处其他污染物日均浓度变化的影响。

与现有技术相比，本申请通过确定污染物排放清单数据利用HYSPILT空气质量模式系统能够建立局地小尺度扩散模型，保证计算迅速，能同化观测数据，并能较好地与局地地形匹配。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种燃煤电厂大气环境影响评价方法，其特征在于，所述的方法包括：

根据燃煤电厂的参数数据确定污染物排放清单数据；

根据模拟时间段的气象历史数据确定HYSPILT模型的气象数据；

根据所述的污染物排放清单数据和确定气象数据的HYSPILT模型生成燃煤电厂大气环境影响评价结果；

其中，所述的污染物排放清单包括：燃煤电厂各类污染物的排放浓度和排放量，其中，所述的各类污染物包括：SO₂、NO_X、PM₁₀、PM_2.5、CO和VOCs中的至少一类；

其中，所述SO₂的排放量基于下列公式计算：

式中，代表单位时间段内SO₂的排放量，i代表年、月或日，kg；2表示SO₂与S的摩尔质量比；/>为单位时间段内燃煤中的平均含硫量，％；Q_i为单位时间段内的煤炭消耗量，t；C_i为单位时间段内燃烧过程中SO₂的转化率，％；/>表示污控设施的脱硫率，％；

其中，所述SO₂的排放浓度基于下列公式计算：

式中，代表单位时间内SO₂的排放浓度，计算SO₂的排放浓度时分别以小时和日为单位进行计算，mg/m³；下标i代表小时或者日均值；V_i，y为单位时间烟气体积，m³。

2.如权利要求1所述的燃煤电厂大气环境影响评价方法，其特征在于，所述的根据燃煤电厂的参数数据确定污染物排放清单数据包括：

根据燃煤电厂的参数数据确定单位时间内燃煤电厂各类污染物的排放浓度和排放量。

3.如权利要求1或2所述的燃煤电厂大气环境影响评价方法，其特征在于，燃煤电厂的参数数据包括：

单位时间段内的煤炭消耗量、单位时间段内燃煤的平均含硫量、单位时间段内二氧化硫的转化率、污控设施的脱硫率、煤锅炉燃烧时氮氧化物的产生因子、脱硝设施效率、煤锅炉燃烧时总颗粒物的产生因子、除尘装置对总颗粒物脱除效率、湿法脱硫工艺对总颗粒物的脱除效率、湿式电除尘器对总颗粒物的脱除效率、煤中灰分、灰分进入底灰的比例、PM₁₀或PM_2.5的排放量、产生颗粒物中PM₁₀或者PM_2.5所占比例、煤锅炉燃烧时CO的产生因子和煤锅炉燃烧时VOCs的产生因子中的至少一个。

4.一种燃煤电厂大气环境影响评价装置，其特征在于，所述的装置包括：

排放清单生成模块，用于根据燃煤电厂的参数数据确定污染物排放清单数据；

模型气象数据确定模块，用于根据模拟时间段的气象历史数据确定HYSPILT模型的气象数据；

评价模块，用于根据所述的污染物排放清单数据和确定气象数据的HYSPILT模型生成燃煤电厂大气环境影响评价结果；

其中，所述的污染物排放清单包括：燃煤电厂各类污染物的排放浓度和排放量，其中，所述的各类污染物包括：SO₂、NO_X、PM₁₀、PM_2.5、CO和VOCs中的至少一类；

其中，所述SO₂的排放量基于下列公式计算：

式中，代表单位时间段内SO₂的排放量，i代表年、月或日，kg；2表示SO₂与S的摩尔质量比；/>为单位时间段内燃煤中的平均含硫量，％；Q_i为单位时间段内的煤炭消耗量，t；C_i为单位时间段内燃烧过程中SO₂的转化率，％；/>表示污控设施的脱硫率，％；

其中，所述SO₂的排放浓度基于下列公式计算：

式中，代表单位时间内SO₂的排放浓度，计算SO₂的排放浓度时分别以小时和日为单位进行计算，mg/m³；下标i代表小时或者日均值；V_i，y为单位时间烟气体积，m³。

5.如权利要求4所述的燃煤电厂大气环境影响评价装置，其特征在于，所述的根据燃煤电厂的参数数据确定污染物排放清单数据包括：

根据燃煤电厂的参数数据确定单位时间内燃煤电厂各类污染物的排放浓度和排放量。

6.如权利要求4或5所述的燃煤电厂大气环境影响评价装置，其特征在于，燃煤电厂的参数数据包括：

单位时间段内的煤炭消耗量、单位时间段内燃煤的平均含硫量、单位时间段内二氧化硫的转化率、污控设施的脱硫率、煤锅炉燃烧时氮氧化物的产生因子、脱硝设施效率、煤锅炉燃烧时总颗粒物的产生因子、除尘装置对总颗粒物脱除效率、湿法脱硫工艺对总颗粒物的脱除效率、湿式电除尘器对总颗粒物的脱除效率、煤中灰分、灰分进入底灰的比例、PM₁₀或PM_2.5的排放量、产生颗粒物中PM₁₀或者PM_2.5所占比例、煤锅炉燃烧时CO的产生因子和煤锅炉燃烧时VOCs的产生因子中的至少一个。