（环境工程专业论文）西安市集中供热燃煤污染物对大气环境的影响.pdf

摘要 能源的开发和利用所引发的环境污染，已越来越被世人所关注。我国对环境问题亟 予了高度重视，在党的十六届五中全会上，首次把建设环境友好型社会确定为国民经济 与社会发展中长期规划的一项战略任务。近些年来，西安市加大了对环境的治理，在供 热方面出台政策拆除小型燃煤炉，发展集中供热，环境污染和生态破坏的状况得到了一 定程度的控制。 本文致力于西安市采暖季供暖的主要污染源燃煤锅炉燃烧对大气环境所带来的影 响。完成的主要任务有：依据西安市三环内供热现状调查报告，用统计的方法，分析目 前西安市三环内的污染现状，并依据西安市2 0 0 4 年至2 0 2 0 年中远期供热发展规划，预 测各燃煤锅炉污染物排放量。根据点污染源扩散的机理，利用解析方法和c f d 方法， 分析燃煤污染源污染物排放的最大落地浓度点的下风向距离和最大落地浓度，为西安市 集中供热发展规划中热源位置的确定提供帮助。 通过现状燃煤锅炉及发展成大型锅炉后排放污染物大小的比较，说明发展集中供热 能极大地改善西安市的环境空气质量。通过对烟囱排放扩散的解析计算和数值计算可 知，环境气流的风速不同，会影响烟囱的有效源高和最大落地浓度点的下风向距离，但 对最大落地浓度点的影响不大。 关键词：烟气扩散，污染物，集中供热，燃煤锅炉 a b s t r a c t t h ep o l l u t i o no ft h ee n v i r o n m e n tc a u s e db ye x p l o i t i n ga n du s i n go fe n e r g yh a sb e e n c a r e db ym o r ea n dm o r ep e o p l e t h ee n v i r o n m e n tp r o b l e mh a sa l s ob e e nr a i s e dt oa ni m p o r - t a n tp o s i t i o ni no u rc o u n t r y t h ec o m m u n i s tp a r t yh a sd e c i d e dt ob u i l du paf r i e n d l ys o c i e t y w i t ha g o o de n v i r o n m e n ti na na c c e l e r a t i v es p e e d ，w h i c hh a sb e e nf i x e da so n e o ft h es t r a t e - g i e si nt h ed e v e l o p m e n to fc o m m e r c i a la n ds o c i e t y t h ee n v i r o n m e n to fx i a nh a sb e e ni m p r o v e d ，a n dm o s to ft h es m a l lc o a lb o i l e r sh a v eb e e nr e m o v e d ，s ot h ep o l l u t i o no ft h ee n v i r o n m e n ta n dt h ed e s t r u c t i o no ft h ee c o l o g yh a v eb e e nw e l lc o n t r o l l e d t h ei n f l u e n c eo ft h ea i r - e n v i r o n m e n ti nx i a nm a i n l yc a u s e db yt h ep o l l u t i o no fc o a lb o i l e ri sc o n c e r n e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h ep o l l u t i o nc o n d i t i o nw i t h i nt h et r i c y c l i co fx i a nw a s a n a l y z e db yt h em e t h o do fs t a t i s t i c sd u et ot h er e p o r to ft h eh e a t i n gc o n d i t i o nw i t h i nt h et r i c - y c l i co fx i a n t h ec o a lb o i l e rp o l l u t i o nw a sf o r e c a s t e dd u r i n gt ot h ed e v e l o p m e n tp l a nf r o m 2 0 0 4t o2 0 2 0o fx i a n t h ed o w n s t r e a md i s t a n c ea n dt h eh i g h e s tf a l l i n gc o n c e n t r a t i o no ft h e c o a lp o l l u t i o ni nt h eh i g h e s tf a l l i n gc o n c e n t r a t i o np o i n tw e r ea n a l y z e db yt h ea n a l y t i cm e t h o d a n dc f d m e t h o d ，t h e nt og u i d et h ea r r a n g e m e n to ft h eh e a t i n g c o m p a r e dt ot h ep r e s e n tc o a lb o i l e r , t h el a r g e rc o a lb o i l e rb yt h es i z eo ft h ep o l l u t a n t ，t h e c o n c e n t r a t e dh e a t i n gc a ne x t r e m e l yi m p r o v et h ea i rq u a l i t yi nx i a n u s ea n a l y t i cm e t h o da n d c a l c u l a t em e t h o df o ra n a l y s i s ，w ek n e wt h a tt h ee n v i r o n m e n tw i n dv e l o c i t yc a ne f f e c tt h e e f f e c t i v es o u r c eh e i g h ta n dt h ed o w n s t r e a mw i n dd i s t a n c eo ft h eh i g h e s tf a l l i n gc o n c e n t r a t i o n ， b u ti t sn o ts oh u g ef o rt h el a t e rf a c t o r k e y w o r d s ：s m o k ed i f f u s i o n ，p o l l u t i o n ，c o n c e n t r a t e dh e a t i n g ，c o a lb o i l e r 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 同玲 岬年1 5 r 月f 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 敝储虢同穆 引雅轹乍乡吟 词年月f 日 年0 其伊 长安大学硕 j 学位论文 1 1 研究的背景和意义 第一章绪论 随着我国工业、交通、建筑业和居民生活的蓬勃发展，以二氧化碳、氮氧化合物和 颗粒物为主的大气污染问题r 趋严重，己经成为我们面临的严峻问题。以首都北京为例， 1 9 9 3 年就曾因空气质量问题影响了主办奥运会的申请，1 9 9 7 年全年污染物严重超标高 达9 0 多天，而1 9 9 8 年的空气质量周报表明，北京市的大气环境还在进一步恶化。党中 央对此高度重视，颁布法令法规，下决心整治环境污染问题，并在党的十六届五中全会 提出，加快建设环境友好型社会，并首次把建设环境友好型社会确定为国民经济与社会 发展中长期规划的一项战略任务。这是以胡锦涛为总书记的党中央从我国国情出发，借鉴 国际先进发展理念，着力解决我国经济发展与资源环境矛盾的一项重大战略决策。 中国是燃煤大国，煤炭在能源消耗中占了7 0 左右，中国的大气污染仍以煤烟型为 主，主要污染物是s 0 2 和烟尘【1 1 。西安市集中供热率较低，近5 0 的供热来源于小型燃 煤锅炉。采暖季污染较严重，冬季小煤炉大量释放二氧化硫和粉尘微粒等污染物，西安 城内出现到处生火到处冒烟的景象。近年来，西安市坚持实施可持续发展战略，不断加 大环境整治工作力度，大力拆除小型燃煤炉，发展集中供热，环境污染和生态破坏的状 况得到一定程度的控制，个别环境质量指标有所好转。在最近公布的全国空气污染最严 重的十大城市和全球空气污染最严重的十大城市名单中，西安已悄悄退出。但目前西安 市采暖季总体环境形势仍较严峻，主要原因是集中供热率较低，小锅炉分散较多。因此， 发展集中供热，是节约能源、减少环境污染，坚持城市可持续发展的有效途径。2 0 0 5 年，西安市组织力量编制了2 0 2 0 年西安市供热发展规划。“规划”的合理性、科学性直 接关系到西安市能源的利用及环境治理，关系到西安市经济的健康发展。 本文就是在这样的背景下，提出研究西安市供热对环境的污染问题，这对西安地区 的环境保护和供热事业的可持续发展具有重要现实意义和历史意义。 1 2 本课题主要任务 本课题的主要任务是： ( 1 ) 依据西安市三环内供热发展现状和远期西安市集中供热规划，分析和预测燃煤热源 污染物排放情况。 第一章绪论 ( 2 ) 依据点污染源扩散的机理，利用解析计算和数值计算的方法，分析燃煤污染 源污染物排放的最大落地浓度点的下风向距离和最大落地浓度，为西安市供热规划 中热源位置的分布提供数据参考。 1 3 国内外点污染源扩散研究现状 1 9 3 2 年微气象学家s u t t o n 根据自己的研究成果，提出了描述大气扩散过程的高斯 方程，并通过有关野外试验参数推算了大气污染物的扩散状况。整个4 0 年代到5 0 年代 都在使用这些方程。多年来，国外进行过许多各种类型的扩散实验。1 9 4 4 年g i l l 和 h e w s o n 曾在d e a n 和s w a i n 两个大型冶炼厂对烟流的扩散进行了研究，他们第一次注意 到山脚附近的高烟囱会产生严重的“烟熏 现象和最大浓度【2 q 。 研究大气扩散模式，必然要涉及到烟流抬升问题。b o s a n q u e t 、c a r e y 和h a l t o n 等人 于1 9 5 0 年曾制定了一个烟流抬升指南，但因技术上十分复杂，不能投入日常使用； h o l l a n d 于1 9 5 3 年根据中、小尺度源资料推导出一个烟流抬升方程，被广泛采用； d a v i d s o n 于1 9 5 4 年根据b r y a n t 的风洞实验结果，也提出了一个方程式；s t u m k e 于1 9 6 3 年在归纳以上烟流抬升方程的基础上，为了使之适于可测资料的应用，又提出了一个修 正方程；b r i g g s 于1 9 6 9 年推导出一个新的烟流抬升方程【2 刊。 2 0 世纪7 0 年代以来，随着计算机的普及和计算能力的不断提高，加上近似计算方 法，如有限差分法，有限元法，有限体积法等的发展，基于数值计算的计算流体力学 ( c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ，c f o ) 方法形成并得到了蓬勃的发展。计算机的普及为大 气扩散模拟的研究提供了新的发展空间，使扩散模拟在气质评价中的作用越来越重要， 其精度得以大幅提高，操作更为便捷，应用也必将更为广泛1 2 引。 这里e n g l a n d 等( 1 9 7 8 年1 首先开始采用c f d 方法模拟重气扩散的三维非定常态湍流 流动过程 7 1 。这种数值方法是通过建立各种条件下的基本守恒方程( 包括质量、动量、能 量及组分等1 ，结合一些初始和边界条件，加上数值计算理论和方法，从而实现预报真 实过程各种场的分布，如流场、温度场、浓度场等，以达到对扩散过程的详细描述。用 这种方法就克服了箱及相似模型中辨识和模拟重气的下沉、空气的卷吸、气云的受热等 各种物理效应时所遇到的许多问题。另外，该方法有模拟除平坦均匀地形以外更复杂情 形的能力。这种基于n a v i e r - s t o k e s 方程的完全三维的流体力学模型的预测方法，至少在 原理上，具有内在的能力可以模拟所有重要的物理过程。 由于广大科学作者的共同努力，对大气扩散模拟的理论和应用作出了卓越的贡献， 2 长安人学硕一l 学位论文 各种类型的学术活动也无疑地对这一领域的迅速发展起了很大促进作用。我国对大气扩 散模拟研究起步较晚，是从借鉴国外的模拟经验开始，并结合我国的国情，而逐步发展 起来的。但我国己颁布的大气排放标准及大气环境影响评价导则中推荐的模式以及美国 e p a 所推荐的一系列关于大气扩散方面的模式都属于法规大气扩散模式。作为第一代的 现有法规大气扩散模式基本上都属于正态模式类型。 目前应用较广泛的污染物扩散模型是数学模型，而高斯模式是目前应用较广的数学 模式。高斯在大量实测资料分析的基础上，应用湍流统计理论得到了正态分布假设下的 扩散模式，即通常所说的高斯模式。我国对高斯模型的应用也较普遍。 另外，重庆大学的卢军等人用c f d 软件p h o e n i c s 模拟了重庆某地区大气污染物 s 0 2 和p m l o 的基本分布情况，并比较分析了集中供热与分散供热对该地区的大气污染 影响的差异f 8 j 。北京化工大学的肖建斌借助m a t l a b 软件创建大气扩散模式的计算机 模拟软件包1 9 j 。通过该软件，直接调用大气扩散模式软件包里的函数，实现实时计算， 快速求取预测点污染物浓度，并可将模拟结果可视化，直观形象的显示出预测点污染物 浓度的扩散分布图，及其下风向污染物的扩散稀释趋势图。 1 4 本课题研究方法 ( 1 ) 依据西安市三环内供热现状调查报告，用统计的方法，分析目前西安市三环内的污 染现状。 ( 2 ) 依据西安市2 0 0 4 年至2 0 2 0 年中远期供热发展规划，用统计的方法，预测各燃煤锅 炉污染物排放量。 ( 3 ) 依据西安市供热规划中某热电厂动力锅炉源强数据，分别用高斯方法和c f d 方法， 分析燃煤污染源污染物排放的最大落地浓度点的下风向距离和最大落地浓度。 1 5 本课题的特点 ( 1 ) 本人亲自参与并组织了对西安市的供热调查和数据统计工作。 ( 2 ) 第一次用c f d 软件f l u e n t 对西安市燃煤污染源多组分气流的三维扩散进行了较为 成功的模拟。本文从基本的传递方程出发，在对大气扩散过程进行流动、传热、传质分 析的基础上建立了污染物扩散的流动、传热、传质相互耦合的完整数值模拟模型。 3 第一二章两安市供热现状 第二章西安市供热现状 2 1 西安市自然环境概况 西安位于关中平原中部偏南。北临渭河，南依终南山，周围曲流环绕，有“八水绕 长安”之说。西安气候适宜，土地肥沃，物产丰富，风景秀丽，拥有“关中八景”之誉。 西安的地理坐标为东经1 0 8 。1 57 ，北纬3 4 。1 57 ，城区平均海拔高程在4 0 0 4 5 0 米之间。属暖温带半湿润的季风气候区，雨量适中，四季分明。然春季气候多变，夏季炎 热多雨，秋季凉爽、雨水较多，冬季则显干冷缺少雨雪。一般以1 、4 、7 、1 0 月作为冬、 春、夏、秋四季的代表月。西安市全年平均温度1 3 ，年降水量约6 0 0 毫米，年平均湿 度为6 9 6 ，无霜期平均为2 1 9 - - 2 3 3 天。最冷月1 月平均气温0 9 。c ，极端最冷温度2 6 6 ，采暖室外计算温度一5 ，年平均降雪日为1 3 8 天，初雪一般在1 1 月下旬，终雪日 一般在3 月中旬。由于受地形影响，西安全年多东北风，年平均风速1 8 - - - - 2 2 米秒。规 定每年1 1 月1 5r 到次年3 月1 5 日为采暖期。 西安市现管辖新城区、莲湖区、碑林区、雁塔区、灞桥区、未央区、阎良区、临潼 区、长安区九区和高陵县、户县、蓝田县、周至县四县，土地总面积9 9 8 3 平方公里， 人口7 2 5 万，是我国西北地区最大的城市。西安市三环以内区域，为我市的主要中心区 域，涉及新城区、莲湖区、碑林区、雁塔区、灞桥区( 部分) 、未央区( 部分) 和长安 区( 部分) ，土地总面积约5 2 7 4 7 平方公里。 2 2 西安市供热现状 对西安市三环内的供热现状进行摸底调查，通过对数据的整理统计，结合本论文内 容，从集中供热现状和分散供热现状两方面分析西安市供热现状。 这次供热现状调查是从2 0 0 6 年7 月中旬开始的，以西安市三环以内作为重点调查 区域。市三环以内区域为我市的主要中心区域，涉及新城区、莲湖区、碑林区、雁塔区、 灞桥区( 部分) 、未央区( 部分) 和长安区( 部分) 。 调查的主要任务是对我市三环以内区域的供热现状进行全面的摸底调查，通过对调 查数据的整理、归纳及分析，明确我市的供热现状和目前存在的主要问题。调查主要从 热源、输配管网和热用户这三个方面开展，并调查了各锅炉房的运行现状，特别是燃煤 锅炉的环保技术和设备。 4 k 安大学硕士学位论文 2 2 1 西安市供热热源基本情况 2 2 1 1 集中供热热源现状 西安市集中供热事业始于1 9 5 8 年，由灞桥热电厂供热。此后又陆续建设热电厂和 供热站。目前西安市集中供热的热源有1 0 座：大唐灞桥热电厂、西郊热电厂、南大街 供热站、解和供热站、城北热电厂、明德门供热站、经济技术开发区供热站、雁塔开发 区供热站、3 5 1 3 厂供热站、嘉晟热力有限公司供热站。目前，这些热源供应工业生产 用热4 1 5 5 t h ，供应采暖、生活用热1 0 8 0 3 7 m w 。供热量2 兆瓦及其以上的热力站数量 约1 5 0 个。 西安市三环内有住宅和公共建筑总建筑面积1 0 2 2 1 5 5 1 万平方米，集中供热面积为 2 1 9 8 8 8 万平方米，其中，热电厂集中供热面积1 3 4 9 0 1 万平方米，区域锅炉房集中供热 面积为8 4 9 8 8 万平方米。集中供热率仅为2 1 5 1 ，在国内尚属较低水平。城市三环内 住宅和公共建筑集中供热率汇总详见表2 1 。各热电厂和供热站锅炉基本信息详见表2 2 。 表2 1 城市三环内既有住宅和公共建筑集中供热率汇总 热电厂区域锅炉房 总建筑面积 类别集中供热面积 集中供热面积 ( 万m 2 ) ( 万m 2 )( 万m 2 ) 住宅建筑供热面积 6 3 6 6 8 8 3 7 65 6 0 2 住宅供热面积占总面积的比例1 0 01 3 2 8 8 住宅建筑集中供热率 2 2 公共建筑供热面积 3 8 5 4 85 1 1 42 8 9 7 公建供热面积占总面积的比例1 0 01 3 37 5 公共建筑集中供热率 2 0 8 5 第_ 二章两安市供热现状 表2 2 集中供热锅炉基本信息 采暖 实际供暖 工业燃烧的 总容量生活供热负荷 供热量 面积用热脱硫除尘 名称( i h )热量 率 ( t h )( 万m 2 )( t h )技术 ( t h ) 大唐灞桥热电厂 1 2 2 05 6 24 5 06 8 01 1 21 0 0 同硫剂 电除尘 两郊热电厂 1 1 0 05 6 0 6 0 04 0 4 94 9 12 5 0 51 0 0 l 古i 硫剂 电除尘 南大街供热站7 0 6 9 46 9 41 0 6o1 0 0 无 湿式 解和供热站 1 6 21 2 7 31 2 7 32 2 507 8 5 无 湿式 城北热电厂一期3 0 0 1 0 37 58 32 84 9 占i 硫剂电除尘 明德门供热站2 5 5 1 0 9 91 0 9 9册o4 3 1 无 湿式 经济技术开发区供热站8 08 05 55 0 2 51 0 0 无湿式 雁塔开发区供热站5 03 53 53 00 7 0 无湿式 朱雀热力公司 6 56 57 01 0 0 湿式 嘉晟热力公司供热站 4 02 0 42 0 42 2 5 1 湿式 2 2 1 2 分散供热热源现状 目前，三环内各类大小分散锅炉共计2 1 7 3 台，总供热面积达到4 2 4 7 万平方米，分 散供热率达到3 8 6 0 ( 建筑总面积1 1 0 0 1 5 5 1 万平方米，包括厂房) 。其中，燃煤锅炉 5 0 2 台，燃气锅炉1 5 2 5 台，燃油锅炉8 4 台，电锅炉6 2 台，直燃机5 3 台。锅炉容量分 布及供暖面积汇总详见表2 3 。 6 长安人学硕士学位论文 表2 3 城市三环内锅炉容量分布及供暖面积汇总 单台容量总容量供暖面积 地区锅炉房锅炉台数 ( t h )( t h )( 万m 2 ) 42 9 8 6 1 01 8 7 燃煤锅炉1 1 2 01 0 2 6 8 6 7 31 6 6 0 6 3 2 07 总计 5 0 2 21 0 1 6 2 1 0 4 9 3 燃气锅炉 1 0 2 01 5 2 01 4 3 8 8 32 4 6 5 1 1 总计 1 5 2 5 27 3 城市 2 1 01 0 三环内 燃油锅炉 1 0 2 01 1 3 4 5 46 4 9 2 2 0 0 总计 8 4 14 6 1 2 1 1 电锅炉 2 33 6 8 1 55 5 6 3 - - 42 总计 6 2 22 8 2 1 02 5 直燃机 1 4 6 6 81 3 8 4 1 3 总计5 3 总计 2 1 7 97 4 2 4 44 3 8 5 3 7 从总体情况看，各区都是以燃气锅炉为主，其次是燃煤锅炉，其他锅炉所占比例很 小。城墙内几乎没有燃煤锅炉。目前三环内4 伽及以下的燃煤锅炉仅有2 9 8 台，与西 安市环保局2 0 0 5 年统计的6 4 8 台相比，减少了3 5 0 台。 2 2 2 燃煤锅炉运行现状 锅炉的运行调查的内容主要有两个方面，一是环保处理技术，二是运行的节能技术。 环保处理技术主要调查了除尘设备，脱硫技术。 前面介绍的集中供热热源中城北供热站采用流化床燃烧和固硫剂，解决了脱硫和减 少氮的排放问题。热电厂均采用了固硫剂脱硫技术和电除尘。其他供热站均采用湿式除 尘技术来减少污染物的排放。 7 第二章两安市供热现状 从调查统计来看，对于1 0 t l l 以上的容量较大的锅炉，从环保处理到运行的节能技 术水平都较高；对于小型锅炉，这两方面的技术水平相对较差。多数中小型锅炉都是采 用了麻石水膜除尘器，即在除尘的同时，对烟气脱硫也起到了一定作用；还有一些单位， 通过使用兰炭、型煤，或使用优质煤来减少s 0 2 的排放量。这里仅对调查到的单位其数 据进行分析，燃煤锅炉的运行现状详见表2 4 。 表2 4 城市三环内燃煤锅炉的运行现状汇总 单台容量总容量被统计运行除尘 应用脱硫 地区总台数 ( t h a ) ( t h ) 锅炉数 设备个数 技术个数 42 9 88 7 9 2 31 8 11 4 13 6 6 1 01 8 71 3 9 0 51 1 98 92 9 三环内 1 1 2 01 01 8 2665 2 07 2 3 5 444 总计5 0 22 6 8 6 7 33 1 0 2 4 07 4 2 3 小结 本章通过西安市供热现状，分析了西安市供热燃煤锅炉的容量、分布及运行的基本 情况，得到以下结论： ( 1 ) 从集中供热热源现状来看，目前西安市三环集中供热率只有2 1 5 1 ，集中供热水 平较低。 ( 2 ) 数据表明，西安市对小型燃煤锅炉的治理已取得了显著成效，燃煤锅炉数量明显减 少。 ( 3 ) 对于大型锅炉，从环保处理到运行的节能技术水平都较中小型锅炉高。 8 长安人学硕：t 学位论文 第三章供热燃烧污染物排放现状分析及预测 3 1 确定主要污染源和主要污染物 通过对西安市空气质量报告和不同燃料燃烧对大气影响程度两方面分析，确定西安 市采暖季供暖主要污染源；通过等标污染负荷法的计算，确定燃煤锅炉主要污染物。 3 1 1 确定主要污染源 3 1 1 1 西安市空气质量现状 据西安市环保局报告【1 0 1 ，截至2 0 0 6 年1 1 月1 只，西安市环境空气质量二级以上天 数为2 5 5 天，二级以上天数占总天数的8 3 5 5 ，其中有4 天达到优级。距全年二级以 上天数达到2 9 0 天的目标任务还差3 5 天。 2 0 0 6 年1 至1 0 月，在西安市环境空气质量三项主要指标中，二氧化硫平均浓度为 0 0 3 5 毫克标立方米( 标准值为o 0 6 毫克标立方米) ，二氧化氮平均浓度为0 0 2 6 毫克 标立方米( 标准值为0 0 4 毫克标立方米) ，可吸入颗粒物平均浓度为0 1 4 6 毫克标立方 米( 标准值为0 1 0 毫克麻立方米) 。通过以上数据可以看到，西安市在前1 0 个月二氧 化硫和二氧化氮已达二级标准，而可吸入颗粒物超标。 根据市环保局监测数据统计，西安市2 0 0 4 年度、2 0 0 5 年度大气环境各项污染物指 标各季分布详见图3 1 、3 2 、3 3 。 毫克标立方米 o 0 7 0 0 0 6 0 0 0 5 0 0 0 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 o 0 0 0 一季度二季度三季度四季度年均值 图3 1 二氧化硫季均值分布 9 第三章供热燃烧污染物排放现状分析及颅测 毫克标立方米 0 0 5 0 0 0 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 0 r 。一一一一 一2 0 0 4 年i l + 2 0 0 5 年- j r l一l，【。，1、j一+_j 季度_ 季度三季度四季度年均值 图3 2 二氧化氮季均值分布 一季度二季度三季度四季度年均值 图3 3 可吸入颗粒值季均值分布 从图3 1 、3 2 、3 3 可以看出，在第一、四季节即采暖季节，空气污染较严重，第二、 三季空气环境相对好些。这表明西安市采暖季供暖煤的燃烧确实给城市环境带来了较大 的污染。 3 1 1 2 不同燃料燃烧的影响程度 从调查来看，煤、天然气、油作为燃料都有使用。天然气是一种高热值的清洁燃料， 燃烧时产生的污染物很少，基本上可视为洁净燃料；石油和重油燃烧不良时，会产生少 量黑烟污染环境，但除了钒等痕量金属元素外，没有其它粉尘排放到大气中；煤炭燃烧 过程中排放出多种污染物，如烟尘、s 0 2 、n o x 、c 0 2 、c o 、烃类、醛类、微量金属、 放射性物质，以及大量的灰渣。 一座1 0 0 0 m w 发电厂采用不同能源时的“三废”排放量如表3 1 所示。由表3 1 可 见，采用煤炭为燃料时，每年排放的烟尘、s o ：、废渣为最多，对环境污染危害为最大； 以石油油品为燃料时居中；而以天然气为燃料时污染物排放量最少，对环境污染危害最 小，近似清洁生产。 1 0 长安人学硕i j 学位论文 表3 1 采用不同燃料的1 0 0 0 m w 电厂的三废排放量 项目 废水中污 、 废气s 0 2 废渣微量元素 放射物质 物含量 能源m 3 y rt y rt l c | wt y r1 w t y r 种类 烧煤1 4 2 x 1 0 51 1 1 0 4 1 0 2 8 7 3 6 1 0 52 0 81 7 8 1 0 。3 烧油6 3 1 1 0 33 7 x 1 0 51 0 1 79 2 x 1 0 49 1 21 4 2 1 0 5 烧天然气2 0 8 1 0 32 01 0 5 10o1 4 2 x 1 0 5 附注1 ：包括砷、镉、铬、铅、锰、汞、镍、钒 因此，本文主要对污染较严重的燃煤锅炉进行污染物的排放分析。 3 1 2 确定燃煤排放物中主要污染物 依据工业污染源调查技术要求及其建档技术规定的要求，可采用等标污染负荷 法，评价燃煤锅炉几种主要污染物对西安市环境空气的影响的不同程度。等标污染负荷， 是指某污染物排放量与其排放标准之比。等标污染负荷法是确定众多污染物中主要污染 物的较常用的方法，计算出等标污染负荷后，按调查区域内各污染源等标污染负荷的大 小排列，分别计算污染符合百分比和累计百分比。 环境空气质量标准分为三级：一类区执行一级标准，二类区执行二级标准，三 类区执行三级标准。一类区为自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区。二 类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地 区。三类区为特定工业区1 1 1 j 。西安市三环内大气污染物执行环境空气质量标准( g b 3 0 9 5 9 6 ) 中二级标准，详见表3 2 。 表3 2 环境空气质量标准 标准浓度限值( m g m 3 ) 污染物 一级 二级 年平均0 0 2o 0 6 二氧化硫 日平均 o 0 5o 1 5 1 小时平均0 1 50 5 0 年平均0 0 4 0 0 8 二氧化氮 日平均o 0 8o 1 2 1 小时平均 0 1 20 2 4 第三章供热燃烧污染物排放现状分析及预测 表3 2 环境空气质量标准( 续) 可吸入年平均 0 0 40 1 0 颗粒物 日平均 o 0 5 0 1 5 总悬浮年平均 o 0 80 2 0 颗粒物 0 1 2 0 3 0 日平均 采用等标污染负荷法确定主要污染物，计算方法如下： 第i 个污染源第j 种污染物等标污染负荷的计算公式【1 2 l ： 既；婴1 0 9 ( 3 1 ) p 2 苟。 p j ) 式中：p 玎为第i 个污染源第j 种污染物的等标负荷，1 1 1 3 a ；鳞为第i 个污染源第j 种污染物的年排放量，t a ；c o ，为第j 种污染物的评价标准，m g m 3 。 第i 个污染源累计等标污染负荷： p t 2 善p f ( 3 2 ) 第j 类污染物累计等标污染负荷： p r 。著p ( 3 3 ) 式中：m 为各污染源之和；行为各类污染物之和。 总累计等标污染负荷： p 2 善善岛 ( 3 4 ) 第i 个污染源累计等标污染负荷比： p 2 著再既 k ；形 ( 3 5 ) ( 3 6 ) 第j 污染物累计等标污染负荷比： 硒= ( 3 7 ) 不同种类燃煤锅炉其污染物在评价区内的等标污染负荷及污染负荷比见表3 3 。其 中s 0 2 、n o x 、烟尘的年排放量的计算及数值见3 2 1 2 节表3 1 1 。 1 2 长安大学硕j j 学位论文 表3 3 各燃煤锅炉污染物评价结果 序 p i j ( 1 0 9 m 3 a ) p i 热源名称 ( ) 号 s 0 2 n o x烟尘 ( 1 0 9 m a a ) 1 热电厂采暖生活t j 热1 1 0 6 83 2 9 0 85 3 4 8 4 9 3 2 47 7 2 热电厂工业用热1 1 9 33 5 4 7 45 7 6 55 3 1 6 98 3 36 t h 以上燃煤锅炉1 3 3 2 1 81 1 8 8 3 66 5 6 53 1 7 7 0 44 9 8 4 各供热站丁业用热 4 0 8 63 6 4 52 6 71 0 4 0 11 6 54 帅燃煤锅炉1 0 7 7 0 74 8 0 3 85 2 0 4 72 0 7 7 9 23 2 5 p ji ( 1 0 9 m 3 a ) 2 6 8 0 0 92 3 8 9 0 11 3 1 4 86 3 8 3 9 k ji ( ) 4 23 7 42 0 61 0 0 名次123 表3 3 数据表明，三环内燃煤锅炉污染物污染程度排序，分别为s 0 2 n o x 烟尘。 因此，本文主要计算分析s 0 2 的排放和污染情况。 3 2 污染物排放现状分析及预测 依据调查数据统计出西安市三环内热电厂、6 t h 及其以上燃煤锅炉、小于或等于4 t h 燃煤锅炉三类锅炉的最大供热量，进而对各类锅炉的污染物排放量进行现状分析。若均 改为热电厂集中供热，在保证相同供热量下，预测各类燃煤锅炉的污染物排放量，作为 对比，分析采用热电厂集中供热所能带来的环境效应。 3 2 1 污染物排放现状分析 3 2 1 1 污染物排放量计算公式 ( 1 ) 燃料消耗量估算【1 3 l 根据锅炉的性能参数，将热源分为热电厂、6 t h 及其以上燃煤锅炉、小于或等于4 t h a 燃煤锅炉三类进行计算，根据调查数据统计出每类锅炉的最大供热量，再由各类燃煤锅 炉的运行热效率( 见表3 4 ) ，估算出锅炉的燃煤量。 表3 4 锅炉热效率( r h ) 选取 分类热效率 热电厂8 8 6 t h 及其以上燃煤锅炉7 2 小于或等丁4 咖燃煤锅炉6 2 1 3 第三章供热燃烧污染物排放现状分析及预测 在计算中，标煤的发热量为7 0 0 0k c a l k g ，每吨蒸汽产热量按6 0 力大卡估算，则产 生每吨蒸汽耗用的标煤量b7 为： b 7 = 6 0 1 0 4 7 0 0 0 r ，吲蒸t( 3 8 ) 再根据锅炉的出力，计算出锅炉的耗煤量b ，k g h 。1 吨原煤相当于0 7 1 4 吨标煤。 ( 2 ) 烟尘排放量计算【1 4 l 烟尘排放量用下式计算： m = b x a a , 口i l ( 1 一叩，) ( 1 一c i ，) k g h ( 3 9 ) 式中，m 为烟尘排放量统计，k g h ：b 为耗煤量，k g h ；4 ，为煤的接收基狄分，取 2 5 ；a h 为飞灰中的灰量占送入锅炉的煤的总灰量的质量份额。对层燃炉口加= o 2 ，对 流化床锅炉口加= 0 5 ( 城北供热站) ，对燃煤粉锅炉口加= o 9 ( 热电厂) ；仇为除尘器效率； c 加为烟尘中可燃物含量比值，取3 。 ( 3 ) 烟气排放量计算【1 3 】 每公斤燃煤烟气排放量按下式计算： = 0 2 4 8 x 1 6 x 0 峨州1 0 0 0 + o 7 7 n m 3 k g ( 3 1 0 ) 式中，匕为实际烟气量，n m 3 k g ；q 即，。为燃料接收基低位发热量，l 【j k g ，标准 煤的接收基低位发热量为2 9 3 0 8k j k g 。 每小时烟气排放量为 圪一b xv ,n m ( 3 1 1 ) ( 4 ) s 0 2 排放量计算【1 5 l s 0 2 排放量按下式计算： g 溉4 1 6 x b x s , ( 1 一s 0 2 ) k g h ( 3 1 2 ) 式中，g s o z 为二氧化硫排放量，k g h ；b 为燃料消耗量，k g h ；s 为燃料中的接收 基含硫量，；r ”：为二氧化硫脱除效率，。 ( 5 ) n o x 排放量计算1 1 5 l n o x 排放量按下式计算： g 慨；1 6 3 x b x ( f l 虬，+ 1 0 e 一6 x v yx c u o , , ) x ( 1 一r & o x ) k g h ( 3 1 3 ) 式中，g 腑为燃料燃烧产生的氮氧化物量( 以n 0 2 计) ，k g h ；b 为燃料消耗量， 长安人学硕卜学位论文 k g h ；n 。为燃料中接收基的含氮量，取心o 5 ：声为燃料氮对n o x 的转变率，取声：2 5 ；为1 公斤燃料生成的烟气量，n m 3 k g ；c 腑为燃烧生成的温度型n o x 的浓度， m g n m 3 ，取9 3 8m g n m 3 ；，7 腑为氮氧化物脱除效率，。 因实际中一般燃煤锅炉( 流化床锅炉除外) 并无氮氧化物脱除措施，目前国内对此 问题还未有效解决，因此，本文中认为燃煤锅炉中未进行氮氧化物脱除。 3 2 1 2 西安市三环内污染物排放量现状分析 ( 1 ) 西安市三环内2 0 帅以下燃煤锅炉的全硫份含量 由于我市各单位使用燃煤有多种，各煤种硫的含量不同，根据三环内2 0 t h 以下燃 煤锅炉的使用煤种分布( 只针对调查到的数据进行统计) ，通过计算得出2 0 t h 以下燃煤 锅炉的全硫份含量的加权平均值约为1 。 ( 2 ) 热负荷统计 根据调查数据统计得到的不同热源总的最大热负荷见表3 5 。 表3 5 热负荷统计表 项目 采暖殴计热负荷( t h )工业设计热负荷( t h ) 热电厂8 5 4 9 26 3 0 5 2 5 2 5 85 3 6 t h 以上燃煤锅炉 ( 其中城北供热站为7 5 ) ( 其中城北供热站为2 8 ) 、 4 t h 燃煤锅炉8 7 9 2 3 总计4 2 5 9 9 56 8 3 5 ( 3 ) 西安市三环内瞬态污染物最大排放量现状分析 根据最大热负荷，应用以上计算方法，计算出各种污染物最大瞬态排放量见表3 6 。 表3 6 污染物最大瞬态排放量( 满负荷运行) 燃煤 烟气烟尘 s 0 2 n o x 项目 吨标煤l l万n m 3 h k g hk g hk g h 热电厂8 3 5 51 0 6 3 62 7 1 4 32 8 0 8 54 0 0 8 4 6 t h 以上燃煤锅炉 3 0 1 6 93 8 4 0 6 3 3 3 1 7 33 3 8 0 4 71 4 4 7 4 3 4 t h a 燃煤锅炉 1 2 1 。9 6 1 5 5 2 52 6 4 1 3 82 7 3 3 0 75 8 5 1 2 热电厂工业用热6 1 6 27 8 4 42 0 0 1 82 0 7 1 32 9 5 6 2 各供热站下业用热6 3 38 0 69 2 77 0 9 33 0 3 7 合计5 7 5 1 57 3 2 1 76 5 3 7 4 26 6 7 2 4 5 2 7 5 9 3 8 计算中，大型热电厂按除尘效率9 9 、脱硫效率8 5 、煤的含硫量1 计算；6 t h 及其以上燃煤锅炉按除尘效率8 5 、脱硫效率5 0 、煤的含硫量1 计算；小于等于 4 t h 燃煤锅炉按除尘效率7 0 、不脱硫、煤的含硫量1 计算。 1 5 第三章供热燃烧污染物排放现状分析及颅测 ( 4 ) 西安市三环内采暖季污染物排放总量现状分析 根据规定，采暖季按1 2 0 天计算( 1 1 月1 5 日次年3 月1 5 同) ，利用热负荷延续 时间图计算出采暖季的供暖总耗热量【16 1 ，各类锅炉采暖季热负荷计算见表3 7 、3 8 、3 9 和3 1 0 。其他计算同上。采暖季的燃煤污染物排放总量见表3 1 1 。 表3 7 热电厂采暖季热负荷 温度该温度卜的热负荷延续时间采暖季热负荷 项目 t h ht h 58 5 4 9 2 9 17 7 7 9 7 7 2 4 8 1 7 7 57 05 7 2 4 2 4 7 2 7 4 3 4 0 9 2 8 9 2 1 4 8 4 5 1 热电厂 06 6 9 0 6 85 2 33 4 9 9 2 2 5 35 5 7 5 5 7 8 5 14 7 4 4 8 0 6 54 8 3 2 1 61 0 5 6 51 0 2 7 5 7 合计 4 1 2 5 9 22 8 8 01 6 8 4 5 6 4 表3 86 t h 以上燃煤锅炉采暖季热负荷 温度该温度下的热负荷延续时间采暖季热负荷 项目 t hht h 52 5 2 5 8 9 12 2 9 8 4 7 8 - 42 4 1 5 9 87 0 1 6 9 11 8 8 6 t h 以上- 22 1 9 6 3 5 2 8 9 6 3 4 7 4 4 5 燃煤锅炉 01 9 7 6 7 15 2 31 0 3 3 8 2 1 31 6 4 7 2 68 5 11 4 0 1 8 1 9 51 4 2 7 6 31 0 5 61 5 0 7 5 7 3 合计 1 2 1 8 9 72 8 8 04 9 7 6 9 2 4 表3 9 。 4 t t h 燃煤锅炉采暖季热负荷 该温度卜的热负荷延续时间采暖季热负荷 项目温度 t h ht h - 58 7 9 2 3 9 18 0 0 0 9 9 3 48 4 1 0 0 37 0 5 8 8 7 0 1 8 4 t h a 27