发电厂烟气污染物排放对区域大气雾霾的评价方法及装置与流程

本发明涉及环境影响评价技术，具体的讲是一种发电厂烟气污染物排放对区域大气雾霾的评价方法及装置。

背景技术：

随着国内对环保事业，特别是大气雾霾的日益重视，在新建电厂或者进行电力建设规划时，需要了解由于新建电厂给本区域带来了多少大气污染物，对本区域雾霾的定量影响程度。因此，迫切需要建立一种模型，能够对火电发电厂烟气颗粒物对区域雾霾的影响进行快速、科学和准确的评价。

现有的技术，仅能够对已投运的电厂进行环境影响评价，然而对于未建成或者规划中的电厂，无法进行计算。

技术实现要素：

为了对拟建电厂对所在区域的大气雾霾影响进行评价，本发明提供了一种发电厂烟气污染物排放对区域大气雾霾的评价方法，用于对拟建电厂的污染物排放对区域大气雾霾的影响进行评价，方法包括：

根据预先建立的典型发电厂数据库确定拟建电厂基本信息；

根据确定的拟建电厂基本信息和选择的排放模型数据库数据确定排放清单；

根据区域地理数据和wrf-chem模型确定气象初始场；

根据所述排放清单和气象初始场确定大气污染物的轨迹、扩散与沉降浓度、扩散范围数据；

根据gis地理信息和所述大气污染物的轨迹、扩散与沉降浓度、扩散范围数据生成评价结果。

本发明实施例中，所述根据预先建立的典型发电厂数据库确定拟建电厂基本信息包括：

对火力发电厂的基本信息进行统计建立典型发电厂数据库；其中，所述基本信息包括：电厂设计容量、设计煤种、锅炉类型、燃烧器方式、脱硝设施、除尘设施、脱硫设施、超低排放设施和其他污染物控制设施数据。

本发明实施例中，所述排放模型数据库包括：实测数据库、文献数据库和指南数据库；其中，

所述的实测数据库为根据火力发电厂的排放特征的实地测试数据生成的数据库数据；

所述文献数据库为根据火力发电厂的排放特征历史统计涉及生成的数据库数据；

所述指南数据库为根据排放标准确定火力发电厂的排放特征生成的数据库数据。

本发明实施例中，所述根据所述排放清单和气象初始场确定大气污染物的轨迹、扩散与沉降浓度、扩散范围数据包括：

利用hyspilt模型根据所述排放清单和气象初始场确定大气污染物的轨迹、扩散与沉降浓度、扩散范围数据。

同时，本发明还提供一种发电厂烟气污染物排放对区域大气雾霾的评价装置，用于对拟建电厂的污染物排放对区域大气雾霾的影响进行评价，装置包括：

电厂基本信息确定模块，用于根据预先建立的典型发电厂数据库确定拟建电厂基本信息；

排放清单确定模块，用于根据确定的拟建电厂基本信息和选择的排放模型数据库数据确定排放清单；

气象初始场确定模块，用于根据区域地理数据和wrf-chem模型确定气象初始场；

污染物数据确定模块，用于根据所述排放清单和气象初始场确定大气污染物的轨迹、扩散与沉降浓度、扩散范围数据；

评价结果生成模块，用于根据gis地理信息和所述大气污染物的轨迹、扩散与沉降浓度、扩散范围数据生成评价结果。

本发明实施例中，所述污染物数据确定模块利用hyspilt模型根据所述排放清单和气象初始场确定大气污染物的轨迹、扩散与沉降浓度、扩散范围数据。

本发明能够实现对火电厂烟气污染物对区域大气雾霾影响的准确评价。为火电厂的设计、选址过程提供重要参考，同时也为区域大气雾霾的治理提供了理论依据。为本发明充分考虑了火电厂历史数据、运行数据以及国家排放要求等不同情景下，火电厂的烟气污染物对区域大气雾霾的影响，具有广泛的适用性和代表性。

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为本发明公开的一种发电厂烟气污染物排放对区域大气雾霾的评价方法的流程图；

图2为本发明一实施例的实施过程的示意图；

图3为本实施例的流程示意图；

图4为本发明一实施方式中的污染物设置图；

图5为本发明一实施方式中的输出结果示意图；

图6为本发明提供的一种发电厂烟气污染物排放对区域大气雾霾的评价装置的框图。

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。

本发明提供了一种发电厂烟气污染物排放对区域大气雾霾的评价方法，用于对拟建电厂的污染物排放对区域大气雾霾的影响进行评价，如图1所示，方法包括：

步骤s101，根据预先建立的典型发电厂数据库确定拟建电厂基本信息；

步骤s102，根据确定的拟建电厂基本信息和选择的排放模型数据库数据确定排放清单；

步骤s103，根据区域地理数据和wrf-chem模型确定气象初始场；

步骤s104，根据所述排放清单和气象初始场确定大气污染物的轨迹、扩散与沉降浓度、扩散范围数据；

步骤s105，根据gis地理信息和所述大气污染物的轨迹、扩散与沉降浓度、扩散范围数据生成评价结果。

利用本发明公开的发电厂烟气污染物排放对区域大气雾霾的评价方法，能够实现拟建电厂雾霾影响的评价，本发明一实施例的实施过程如图2所示，具体步骤如下：

第一步为排放清单的编制：

以在某一区域新建或者规划兴建一电厂为例，需要获得发电厂的基本信息，本发明实施例中，该基本信息为与火力发电厂烟气排放相关的工艺与设备信息，包括：设计容量、设计煤种、锅炉类型、燃烧器方式、脱硝设施、除尘设施、脱硫设施、超低排放设施和其他污染物控制设施，共9类；如果这9类信息齐全，则将这些基本数据输入实测数据库，通过数据比对，得出发电厂的排放清单。

如果这9类信息有缺失，则需将缺失数据用典型数据库里的数据进行补充。典型数据库是指对本区域及相邻区域的火力发电厂的基本信息进行统计，确定在本区域及相邻区域内，占比量最大的类型分别是何种类型，然后将该类型的基本信息作为待评价发电厂的基本数据。

如本发明一实施方式中，在北京某区域要兴建1800mw左右的火力发电厂，所需的基本信息全部缺失，需要用典型数据库中的数据将基本信息全部补齐。典型数据库的建立方法如下：对北京和河北地区的火力发电厂进行信息统计，本实施例中的信息来源于中国电力联合会和国家环保局统计数据，统计的内容包括设计容量、设计煤种、锅炉类型、燃烧器方式、脱硝设施、除尘设施、脱硫设施、超低排放设施和其他污染物控制设施这9类信息。得出在这一区域内，典型火力发电厂的设计容量为600mw、设计煤种为烟煤、锅炉类型为直流炉、燃烧器方式为四角切圆燃烧方式、脱硝设施为scr、除尘设施为电除尘、脱硫设施为石灰石-石膏湿法脱硫、超低排放设施为湿式除尘器、其他污染控制设施无。将以上述信息作为本发明实施例中典型电厂数据的补充，作为拟建电厂虚拟基本信息。

将所得的虚拟基本数据输入数据库进行比对。本实施例的数据库包括三种类型：实测数据库、文献数据库和指南数据库。实测数据库是指对区域内现有火力发电厂的排放特征进行实地测试，将测试结果汇总成数据库。文献数据库是指对本区域历史火力发电厂的排放特征进行统计，汇总成数据库。指南数据库是指根据环保部颁布的最新排放标准，确定火力发电厂的排放特征，将结果汇总成数据库。三个数据库分别对应不同的情景，如果以现有电厂作为参照，则选择实测数据库；如果以历史电厂作为参照，则选择文献数据库；如果以国家排放标准作为参照，则选择指南数据库。数据库比对后，根据输入机组相关虚拟信息，输出污染物的虚拟排放清单。

排放清单：是指各种排放源在一定时间跨度和空间区域内向大气中排放的大气污染物的量的总和。本实施例的排放清单包括与火力发电厂污染物排放相关的信息，包括：烟气总颗粒物浓度(tsp)、可吸入pm10、pm2.5、二氧化硫(so2)、氮氧化物(nox)、有机碳(oc)、元素炭(ec)、co、挥发性有机物(vocs)、氨。

第二步为污染源扩散子模型：

wrf-chrm模型：wrf-chem是目前较为先进的中尺度气象模式之一，用于对气象过程进行求解；wrf模式由美国国家大气研究中心(ncar)、美国国家大气海洋总署-预报系统实验室、国家环境预报中心(fsl,ncep/noaa)共同研制。

hyspilt模型：由美国国家海洋与大气管理局(noaa)与澳大利亚气象局研发的一种用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹的专业模型。该模型具有处理多种气象要素输入场、多种物理过程和不同类型污染物源功能的较为完整的输送、扩散和沉降模式，被广泛应用于多种污染物在各个地区的传输和扩散研究中。

如图3所示，为本实施例的流程示意图。

本实施例中将拟建电厂所在区域的地理数据输入wrf-chem模型，输出的大气背景场作为气象初始场；将气象初始场和排放清单，输入hysplit模型，计算得到大气污染物的轨迹、扩散与沉降浓度、扩散范围；

本实施例中的wrf-chem模型的参数设置如下表所示：

表1wrf模式参数设置

hysplit模式计算过程：hysplit模式是一种eulerian-lagrangian混合计算模式，其平流和扩散计算采用lagrangian方法，而浓度计算采用eulerian方法，即采用lagrangian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eulerian方法在固定网格点上计算污染物浓度。

模式采用地形σ坐标，σ＝1-z/ztop，z为距地面高度，ztop为模式顶高，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插到各σ层上。

hysplit模式的扩散计算可采用三维烟团方法、三维粒子扩散方法或两者结合在垂直方向采用粒子扩散方法、采用烟团方法来计算水平方向上扩散。在垂直方向采用粒子扩散方法既可避免在垂直方向积分的不连续性和烟团分解与合并方法的局限性；在水平方向上采用烟团对于水平分布既具有足够的代表性，又可以大大减少粒子数目，减少计算量。

计算浓度时，假定每个气团具有一定的分布(top-hat型)。每个烟团对固定网格点的质量贡献为：

δc＝m(π·r²·δz)^-1(3)

式中m为气团so2的质量，r、δz分别为烟团的水平半径和垂直高度，由湍流场决定。r＝1.54σh，δz＝3.08σz，σh、σz分别为水平和垂直扩散参数。so2浓度场可由每个时间步长落在空间格点内所有气团对该点的质量贡献累计得到。

模式质量方程:

dm/dt＝-(βdry+βwet+βchem)·m(4)

其中m为气团内so2质量，βdry、βwet分别为干、湿沉降系数，βchem为化学转化时间常数，取so2的化学转化率为每小时1％。

当气团位于模式地面层时，考虑so2干沉降。干沉降速率vd根据wesely得出的公式计算，与太阳辐射强度、地表状况和近地层湍流性质有关。

vd＝(ra+rb+rc)^-1(5)

式中，ra、rb、rc分别代表大气、粘滞次层和地面的阻尼系数。

湿清除速率:

vwet＝heff·r·t·p(6)

heff为有效亨利常数(根据亨利定律和当地降水ph值计算得出)，r为普氏气体常数，t为当地温度，p为6小时累计降水量。

湿清除系数为βwet＝vwet·δz^-1。

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，结束使用，输出时间分辨率。

本实施例中，污染物设置如图4所示，包括污染物性质，气体(第一例为缺省，颗粒物有值)沉降系数(沉降速度，分子式，散射系数，地面反射，henry常数，后面四个数是用来计算第一个数的，第一个数字有值，后面就可以缺省，如果第一个为0，后面就要输入气体沉降性质)，第三列湿清除系数，第四列半衰期。完成设置后，可以对模式进行运算。

第三步为结果展示模型：

将hysplit模型输出结果，叠加gis地理信息，如地理信息软件系统(googleearth)精确地显示出大气污染物的扩散路径、影响区域和污染物浓度的变化情况。

其典型的输出结果如图5中所示，得出在北京某地兴建电厂后，其排放的大气污染物对北京区域的雾霾影响示意图。

同时，本发明还提供一种发电厂烟气污染物排放对区域大气雾霾的评价装置，用于对拟建电厂的污染物排放对区域大气雾霾的影响进行评价，如图6所示，装置包括：

电厂基本信息确定模块601，用于根据预先建立的典型发电厂数据库确定拟建电厂基本信息；

排放清单确定模块602，用于根据确定的拟建电厂基本信息和选择的排放模型数据库数据确定排放清单；

气象初始场确定模块603，用于根据区域地理数据和wrf-chem模型确定气象初始场；

污染物数据确定模块604，用于根据所述排放清单和气象初始场确定大气污染物的轨迹、扩散与沉降浓度、扩散范围数据；

评价结果生成模块605，用于根据gis地理信息和所述大气污染物的轨迹、扩散与沉降浓度、扩散范围数据生成评价结果。

本发明公开的装置解决问题的原理与前述方法的实现相似，不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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。