摘要：介绍了分布式能源系统的构成、运行特点及技术发展情况，研究了国内首个MW级分布式供能系统工程的烟囱高度和形式，预测和分析了项目大气污染物对环境的影响，证明了该项目烟囱选择的合理性，为下阶段国内分布式能源系统烟囱选型奠定技术基础。

关键词：分布式能源系统；冷热电三联供（CCHP）；烟囱；环境影响

中图分类号：X701.3 文献标识码：A 文章编号2095-627X（2014）01-0162-03

Rationality analyse about Chimney of the first Megawatt level Distributed Energy System in china

Du Le，Huang Jianguo，Yin Wenxiang

（Inner Mongolia Electric Power Survey and Design Institute，Hohhot 010020）Abstract： The article introduces the constitution、operation characteristics and technology develoment of the Distributed Energy System ， research the chimney height and form of the first Megawatt level Distributed Energy System in china， forecasted and analysised the air pollution effect to proved that the selection about chimney of the distributed energy supply system was reasonable， established the technical foundation of the Distributed Energy System for the next phase in our country.Key words： Distributed Energy System； CCHP；Chimney；Influence for enviroment

引言

分布式能源系统（Distributed Energy System）是指将能源系统以小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在用户端，传输冷、热、电能。由于可以提高能源利用率和供电安全性，实现按需供能以及为用户提供更多选择，分布式能源系统已成为全世界电力行业和能源产业重要的发展方向。分布式供能系统因其在安全可靠、能源效率高、环境友好、社会效益、经济性等方面的突出特点受到世界范围的广泛重视[1]。

美国“分布式”能源供应站已达到6000多座，仅大学校园就有200多处采用了分布式能源供应站。到2010年，美国全国新增电力的20%由分布式能源系统提供；英国在过去的20年中，已安装1000多个小型成套"分布式供能系统"设备，遍布英国的各大饭店、休闲中心、医院、大学校区、机场、公共部门建筑、写字楼、购物商城等；日本 2010年分布式供能装机容量达到9440MW，占全国发电装机总容量的3.4%。

我国在国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020）把分布式供能系统作为能源领域的4项前沿技术之一。

山西漳泽电力股份有限公司内蒙古分公司委托内蒙古电力勘测设计院进行国家863计划“北方地区MW级分布式冷热电联供系统集成技术与示范工程设计和环境影响评价”工作，作为国内首个MW 级冷热电三联供（Combined Cooling Heating and Power，简称CCHP）工程，项目对烟囱高度及形式的提出了特殊的要求。

该项目位于呼和浩特市大盛魁文化产业园区内，项目首先要求大气污染物排放满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的要求；其次烟囱高度要求尽量低，防止高烟囱造成景观突兀，与文化产业园区整体景观不协调；第三烟囱高度要符合大盛魁文化创意产业园区的总体规划，因此采取常规高烟囱排放已不能满足要求。

下图为日本川崎重工在日本建设的两个冷热电三联供系统项目的烟囱照片，由照片可以看出，冷热电三联供系统烟囱已不同于传统烟囱方案。NTT千叶公司大厦烟囱

新宿STEC大厦烟囱本文旨在通过对国内首个MW级分布式供能系统烟囱高度和形式的研究，为今后国内冷热电三联供项目在烟囱选择方面提供技术储备，推动我国冷热电三联供工程的推广与发展。

1 能源站工艺流程简介

“大盛魁”分布式供能系统项目由呼和浩特中燃城市燃气发展有限公司提供0.20Mpa的天然气，引至主厂房界区天然气供应模块，天然气供应模块按天然气流向设有紧急断路阀、过滤器、流量测量装置、安全断路阀。过滤器设有旁路，便于在线维护清洗，过滤器排污可就地处理。

天然气模块后接一个天然气缓冲罐，在天然气增压机启动或变工况运行时，确保增压机前管网压力的稳定性。

当天然气满足燃气轮机组的进气要求时，与压缩空气按比例混合后直接进入燃气轮机进行做功。

燃气轮机排烟经过排烟挡板门可以分别进入旁路烟道和余热锅炉，旁路烟道作为事故备用烟道，余热锅炉和旁路烟道均设有消音器以降低排烟噪音，烟气将经过余热锅炉及低温烟气换热器做功进入主烟道，能源站2台燃气轮机组分别通过各自烟道排出主厂房[2]。

2 能源站装机方案

我院根据清华大学《北方地区分布式冷热电联供系统集成技术（负荷报告部分）》和中国科学院工程热物理研究所《北方地区分布式冷热电联供系统集成技术 （热力系统方案部分）》资料，拟定了 “大盛魁”分布式供能系统的装机方案。

方案由1台进口燃气轮机组和1台国产燃气轮机组组成，进口燃气轮机组作为主力机组，国产机组作为调峰机组。2台燃气轮机组均配备约6t/h的补燃型余热锅炉，提供0.83MPa饱和蒸汽驱动采暖及制冷设备，为了提高一次能源综合利用效率，余热锅炉尾部烟道设低温换热器以满足生活热水热负荷，降低排烟损失，烟气最终通过烟囱排放[3]。 图1 分布式冷热电系统方案流程示意图3 烟囱高度及形式分析

“大盛魁”分布式供能系统项目燃用清洁燃料-天然气，由于天然气中含有微量的H2S和N2，因此燃烧后排放少量的SO2和NOX。本工程烟囱排放的污染物首先要满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）中燃气轮机组关于SO2和NOX排放限制要求，保证达标排放；其次污染物最大落地浓度需满足《环境空气质量标准》（GB 3095）的二级标准要求。从环境保护角度考虑，烟囱越高，烟气抬升高度越高，污染物最大落地浓度越小且最大浓度落地点距离烟囱越远，对周围环境造成的影响也越小。根据《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271-2001）和《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）标准的要求，该项目烟囱高度需≥8m。由于项目位于大盛魁文化创意产业园区内，受园区规划及周边建筑等多种因素的限制，所以项目烟囱距离地面最高为10m。为了最大限度减少项目大气污染物对周围环境的影响并且满足大盛魁文化产业园区规划，项目烟囱考虑地面部分按照10m高建设，烟囱考虑仿古装饰，与大盛魁产业园区相协调。图2本项目厂房及烟囱效果图

4 烟囱高度合理性分析

4.1 能源站污染物排放情况

根据能源站燃料品质及燃料消耗情况，能源站SO2、NOX排放情况见下表。

4.2 能源站污染物排放环境影响分析

4.2.1 污染源排放参数

根据《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ 2.2-2008）中的有关规定，确定本项目大气环境评价等级。

该项目烟气污染物考虑由高于地面10m的烟囱排放。在对“大盛魁”分布式供能系统的装机方案进行初步工程分析的基础上，选择NOX、SO2计算其最大地面质量浓度占标率Pi，作为确定环境空气评价工作等级的依据。

采用SCREEN3估算模式，烟源排放参数见表2。

表2 烟源排放参数参数污染源类型烟囱几何高度（m）烟囱出口内径（m）烟气流量（m3/h）出口烟气温度（℃）NO2源强（kg/h）SO2源强（kg/h）环境温度（℃）

选取值点源101.668218851.580.04266.5

4.2.2 环境影响预测

依据《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ 2.2-2008），运用SCREEN3估算模式计算主要污染物最大地面浓度占标率Pi以及污染物的地面浓度达标准限值10%时所对应的最远距离D10%。其中Pi定义为：

Pi=Ci/C0i×100%

式中：Pi-第i个污染物的最大地面浓度占标率，%；

Ci-采用估算模式计算出的第i个污染物的最大地面浓度，mg/m3；

C0i-第i个污染物的标准限值，mg/m3。

经计算，2种污染物中最大地面浓度占标率为PNOX =9.57%，Pmax<10%。根据《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ 2.2-2008）评价工作等级分级判据，本工程大气环境评价工作级别定为三级[4]。

4.2.3 预测结论

根据评价等级要求，采用估算模式计算出"大盛魁"分布式供能系统工程2种污染物的最大地面浓度及占标率，经预测，NOX的最大地面浓度为22.96ug/m3，最大地面浓度占标率仅为9.57%，最大地面浓度出现在距离烟囱71m处；SO2的最大地面浓度为0.62ug/m3，最大地面浓度占标率为仅为标准限值的0.12%，最大地面浓度出现在距离烟囱71m处。因此“大盛魁”分布式供能系统工程排放的两种污染物落地浓度均满足《环境空气质量标准》（GB 3095）的二级标准要求。

综上所述，“大盛魁”分布式供能系统项目的烟囱选择是合理可行的。

5 结论

目前，国外分布式供能系统已得到广泛应用，建设地点通常位于城市内，紧邻用户，因此烟囱建设方案不同于传统火电工程。通过对“大盛魁”分布式供能系统烟囱方案的合理性研究，可知分布式能源系统烟囱建设需考虑以下两方面：

1在满足环保和当地规划的前提下，烟囱应尽量高，以减少污染物排放对周围环境的影响。

2烟囱应符合当地景观规划，与当地景观相协调。建议对烟囱考虑装饰，防止造成景观突兀。

本文通过对国内首个MW级分布式供能系统工程烟囱的研究，对于今后国内冷热电联供工程的烟囱选择将具有重要的指导性意义，有利于推动我国冷热电联供技术的发展。

参考文献

[1]马德春. 分布式供能冷热电联产系统介绍 [J].内蒙古电力技术，2011，29（1）：9-10.

[2] 内蒙古电力勘测设计院. 北方地区MW级分布式冷热电联供系统集成技术与示范工程可研报告[M]，呼和浩特，内蒙古电力勘测设计院，2009：44-45.

[3] 中国科学院工程热物理研究所.大盛魁冷热电项目方案讨论方案[M]，呼和浩特，内蒙古电力勘测设计院，2009.：8-10.

[4] 内蒙古电力勘测设计院，北方地区MW级分布式冷热电联供系统集成技术与示范工程环境影响评价报告表[M]，呼和浩特，内蒙古电力勘测设计院，2011：19-21.