發電廠煙氣汙染物排放對區域大氣霧霾的評價方法及裝置與流程

2023-10-26 06:45:37

本發明涉及環境影響評價技術，具體的講是一種發電廠煙氣汙染物排放對區域大氣霧霾的評價方法及裝置。

背景技術：

隨著國內對環保事業，特別是大氣霧霾的日益重視，在新建電廠或者進行電力建設規劃時，需要了解由於新建電廠給本區域帶來了多少大氣汙染物，對本區域霧霾的定量影響程度。因此，迫切需要建立一種模型，能夠對火電發電廠煙氣顆粒物對區域霧霾的影響進行快速、科學和準確的評價。

現有的技術，僅能夠對已投運的電廠進行環境影響評價，然而對於未建成或者規劃中的電廠，無法進行計算。

技術實現要素：

為了對擬建電廠對所在區域的大氣霧霾影響進行評價，本發明提供了一種發電廠煙氣汙染物排放對區域大氣霧霾的評價方法，用於對擬建電廠的汙染物排放對區域大氣霧霾的影響進行評價，方法包括：

根據預先建立的典型發電廠資料庫確定擬建電廠基本信息；

根據確定的擬建電廠基本信息和選擇的排放模型資料庫數據確定排放清單；

根據區域地理數據和wrf-chem模型確定氣象初始場；

根據所述排放清單和氣象初始場確定大氣汙染物的軌跡、擴散與沉降濃度、擴散範圍數據；

根據gis地理信息和所述大氣汙染物的軌跡、擴散與沉降濃度、擴散範圍數據生成評價結果。

本發明實施例中，所述根據預先建立的典型發電廠資料庫確定擬建電廠基本信息包括：

對火力發電廠的基本信息進行統計建立典型發電廠資料庫；其中，所述基本信息包括：電廠設計容量、設計煤種、鍋爐類型、燃燒器方式、脫硝設施、除塵設施、脫硫設施、超低排放設施和其他汙染物控制設施數據。

本發明實施例中，所述排放模型資料庫包括：實測資料庫、文獻資料庫和指南資料庫；其中，

所述的實測資料庫為根據火力發電廠的排放特徵的實地測試數據生成的資料庫數據；

所述文獻資料庫為根據火力發電廠的排放特徵歷史統計涉及生成的資料庫數據；

所述指南資料庫為根據排放標準確定火力發電廠的排放特徵生成的資料庫數據。

本發明實施例中，所述根據所述排放清單和氣象初始場確定大氣汙染物的軌跡、擴散與沉降濃度、擴散範圍數據包括：

利用hyspilt模型根據所述排放清單和氣象初始場確定大氣汙染物的軌跡、擴散與沉降濃度、擴散範圍數據。

同時，本發明還提供一種發電廠煙氣汙染物排放對區域大氣霧霾的評價裝置，用於對擬建電廠的汙染物排放對區域大氣霧霾的影響進行評價，裝置包括：

電廠基本信息確定模塊，用於根據預先建立的典型發電廠資料庫確定擬建電廠基本信息；

排放清單確定模塊，用於根據確定的擬建電廠基本信息和選擇的排放模型資料庫數據確定排放清單；

氣象初始場確定模塊，用於根據區域地理數據和wrf-chem模型確定氣象初始場；

汙染物數據確定模塊，用於根據所述排放清單和氣象初始場確定大氣汙染物的軌跡、擴散與沉降濃度、擴散範圍數據；

評價結果生成模塊，用於根據gis地理信息和所述大氣汙染物的軌跡、擴散與沉降濃度、擴散範圍數據生成評價結果。

本發明實施例中，所述汙染物數據確定模塊利用hyspilt模型根據所述排放清單和氣象初始場確定大氣汙染物的軌跡、擴散與沉降濃度、擴散範圍數據。

本發明能夠實現對火電廠煙氣汙染物對區域大氣霧霾影響的準確評價。為火電廠的設計、選址過程提供重要參考，同時也為區域大氣霧霾的治理提供了理論依據。為本發明充分考慮了火電廠歷史數據、運行數據以及國家排放要求等不同情景下，火電廠的煙氣汙染物對區域大氣霧霾的影響，具有廣泛的適用性和代表性。

為讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明公開的一種發電廠煙氣汙染物排放對區域大氣霧霾的評價方法的流程圖；

圖2為本發明一實施例的實施過程的示意圖；

圖3為本實施例的流程示意圖；

圖4為本發明一實施方式中的汙染物設置圖；

圖5為本發明一實施方式中的輸出結果示意圖；

圖6為本發明提供的一種發電廠煙氣汙染物排放對區域大氣霧霾的評價裝置的框圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明提供了一種發電廠煙氣汙染物排放對區域大氣霧霾的評價方法，用於對擬建電廠的汙染物排放對區域大氣霧霾的影響進行評價，如圖1所示，方法包括：

步驟s101，根據預先建立的典型發電廠資料庫確定擬建電廠基本信息；

步驟s102，根據確定的擬建電廠基本信息和選擇的排放模型資料庫數據確定排放清單；

步驟s103，根據區域地理數據和wrf-chem模型確定氣象初始場；

步驟s104，根據所述排放清單和氣象初始場確定大氣汙染物的軌跡、擴散與沉降濃度、擴散範圍數據；

步驟s105，根據gis地理信息和所述大氣汙染物的軌跡、擴散與沉降濃度、擴散範圍數據生成評價結果。

利用本發明公開的發電廠煙氣汙染物排放對區域大氣霧霾的評價方法，能夠實現擬建電廠霧霾影響的評價，本發明一實施例的實施過程如圖2所示，具體步驟如下：

第一步為排放清單的編制：

以在某一區域新建或者規劃興建一電廠為例，需要獲得發電廠的基本信息，本發明實施例中，該基本信息為與火力發電廠煙氣排放相關的工藝與設備信息，包括：設計容量、設計煤種、鍋爐類型、燃燒器方式、脫硝設施、除塵設施、脫硫設施、超低排放設施和其他汙染物控制設施，共9類；如果這9類信息齊全，則將這些基本數據輸入實測資料庫，通過數據比對，得出發電廠的排放清單。

如果這9類信息有缺失，則需將缺失數據用典型資料庫裡的數據進行補充。典型資料庫是指對本區域及相鄰區域的火力發電廠的基本信息進行統計，確定在本區域及相鄰區域內，佔比量最大的類型分別是何種類型，然後將該類型的基本信息作為待評價發電廠的基本數據。

如本發明一實施方式中，在北京某區域要興建1800mw左右的火力發電廠，所需的基本信息全部缺失，需要用典型資料庫中的數據將基本信息全部補齊。典型資料庫的建立方法如下：對北京和河北地區的火力發電廠進行信息統計，本實施例中的信息來源於中國電力聯合會和國家環保局統計數據，統計的內容包括設計容量、設計煤種、鍋爐類型、燃燒器方式、脫硝設施、除塵設施、脫硫設施、超低排放設施和其他汙染物控制設施這9類信息。得出在這一區域內，典型火力發電廠的設計容量為600mw、設計煤種為煙煤、鍋爐類型為直流爐、燃燒器方式為四角切圓燃燒方式、脫硝設施為scr、除塵設施為電除塵、脫硫設施為石灰石-石膏溼法脫硫、超低排放設施為溼式除塵器、其他汙染控制設施無。將以上述信息作為本發明實施例中典型電廠數據的補充，作為擬建電廠虛擬基本信息。

將所得的虛擬基本數據輸入資料庫進行比對。本實施例的資料庫包括三種類型：實測資料庫、文獻資料庫和指南資料庫。實測資料庫是指對區域內現有火力發電廠的排放特徵進行實地測試，將測試結果匯總成資料庫。文獻資料庫是指對本區域歷史火力發電廠的排放特徵進行統計，匯總成資料庫。指南資料庫是指根據環保部頒布的最新排放標準，確定火力發電廠的排放特徵，將結果匯總成資料庫。三個資料庫分別對應不同的情景，如果以現有電廠作為參照，則選擇實測資料庫；如果以歷史電廠作為參照，則選擇文獻資料庫；如果以國家排放標準作為參照，則選擇指南資料庫。資料庫比對後，根據輸入機組相關虛擬信息，輸出汙染物的虛擬排放清單。

排放清單：是指各種排放源在一定時間跨度和空間區域內向大氣中排放的大氣汙染物的量的總和。本實施例的排放清單包括與火力發電廠汙染物排放相關的信息，包括：煙氣總顆粒物濃度(tsp)、可吸入pm10、pm2.5、二氧化硫(so2)、氮氧化物(nox)、有機碳(oc)、元素炭(ec)、co、揮發性有機物(vocs)、氨。

第二步為汙染源擴散子模型：

wrf-chrm模型：wrf-chem是目前較為先進的中尺度氣象模式之一，用於對氣象過程進行求解；wrf模式由美國國家大氣研究中心(ncar)、美國國家大氣海洋總署-預報系統實驗室、國家環境預報中心(fsl,ncep/noaa)共同研製。

hyspilt模型：由美國國家海洋與大氣管理局(noaa)與澳大利亞氣象局研發的一種用於計算和分析大氣汙染物輸送、擴散軌跡的專業模型。該模型具有處理多種氣象要素輸入場、多種物理過程和不同類型汙染物源功能的較為完整的輸送、擴散和沉降模式，被廣泛應用於多種汙染物在各個地區的傳輸和擴散研究中。

如圖3所示，為本實施例的流程示意圖。

本實施例中將擬建電廠所在區域的地理數據輸入wrf-chem模型，輸出的大氣背景場作為氣象初始場；將氣象初始場和排放清單，輸入hysplit模型，計算得到大氣汙染物的軌跡、擴散與沉降濃度、擴散範圍；

本實施例中的wrf-chem模型的參數設置如下表所示：

表1wrf模式參數設置

hysplit模式計算過程：hysplit模式是一種eulerian-lagrangian混合計算模式，其平流和擴散計算採用lagrangian方法，而濃度計算採用eulerian方法，即採用lagrangian方法以可變網格定義汙染源，分別進行平流和擴散計算；採用eulerian方法在固定網格點上計算汙染物濃度。

模式採用地形σ坐標，σ＝1-z/ztop，z為距地面高度，ztop為模式頂高，模式的水平網格與輸入的氣象場相同，垂直方向分為28層。模式將氣象要素線性內插到各σ層上。

hysplit模式的擴散計算可採用三維煙團方法、三維粒子擴散方法或兩者結合在垂直方向採用粒子擴散方法、採用煙團方法來計算水平方向上擴散。在垂直方向採用粒子擴散方法既可避免在垂直方向積分的不連續性和煙團分解與合併方法的局限性；在水平方向上採用煙團對於水平分布既具有足夠的代表性，又可以大大減少粒子數目，減少計算量。

計算濃度時，假定每個氣團具有一定的分布(top-hat型)。每個煙團對固定網格點的質量貢獻為：

δc＝m(π·r2·δz)-1(3)

式中m為氣團so2的質量，r、δz分別為煙團的水平半徑和垂直高度，由湍流場決定。r＝1.54σh，δz＝3.08σz，σh、σz分別為水平和垂直擴散參數。so2濃度場可由每個時間步長落在空間格點內所有氣團對該點的質量貢獻累計得到。

模式質量方程:

dm/dt＝-(βdry+βwet+βchem)·m(4)

其中m為氣團內so2質量，βdry、βwet分別為幹、溼沉降係數，βchem為化學轉化時間常數，取so2的化學轉化率為每小時1％。

當氣團位於模式地面層時，考慮so2幹沉降。幹沉降速率vd根據wesely得出的公式計算，與太陽輻射強度、地表狀況和近地層湍流性質有關。

vd＝(ra+rb+rc)-1(5)

式中，ra、rb、rc分別代表大氣、粘滯次層和地面的阻尼係數。

溼清除速率:

vwet＝heff·r·t·p(6)

heff為有效亨利常數(根據亨利定律和當地降水ph值計算得出)，r為普氏氣體常數，t為當地溫度，p為6小時累計降水量。

溼清除係數為βwet＝vwet·δz-1。

模擬區域設置依次為中心經緯，解析度，計算範圍，輸出位置，輸出文件名稱，高度層，開始時間，結束使用，輸出時間解析度。

本實施例中，汙染物設置如圖4所示，包括汙染物性質，氣體(第一例為預設，顆粒物有值)沉降係數(沉降速度，分子式，散射係數，地面反射，henry常數，後面四個數是用來計算第一個數的，第一個數字有值，後面就可以預設，如果第一個為0，後面就要輸入氣體沉降性質)，第三列溼清除係數，第四列半衰期。完成設置後，可以對模式進行運算。

第三步為結果展示模型：

將hysplit模型輸出結果，疊加gis地理信息，如地理信息軟體系統(googleearth)精確地顯示出大氣汙染物的擴散路徑、影響區域和汙染物濃度的變化情況。

其典型的輸出結果如圖5中所示，得出在北京某地興建電廠後，其排放的大氣汙染物對北京區域的霧霾影響示意圖。

同時，本發明還提供一種發電廠煙氣汙染物排放對區域大氣霧霾的評價裝置，用於對擬建電廠的汙染物排放對區域大氣霧霾的影響進行評價，如圖6所示，裝置包括：

電廠基本信息確定模塊601，用於根據預先建立的典型發電廠資料庫確定擬建電廠基本信息；

排放清單確定模塊602，用於根據確定的擬建電廠基本信息和選擇的排放模型資料庫數據確定排放清單；

氣象初始場確定模塊603，用於根據區域地理數據和wrf-chem模型確定氣象初始場；

汙染物數據確定模塊604，用於根據所述排放清單和氣象初始場確定大氣汙染物的軌跡、擴散與沉降濃度、擴散範圍數據；

評價結果生成模塊605，用於根據gis地理信息和所述大氣汙染物的軌跡、擴散與沉降濃度、擴散範圍數據生成評價結果。

本發明公開的裝置解決問題的原理與前述方法的實現相似，不再贅述。

本領域內的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本申請可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本申請可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。

本申請是參照根據本申請實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

本發明中應用了具體實施例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。