淺論火電廠不同排煙方式對大氣環(huán)境的影響

摘 要：以火電廠不同排煙方式為例，通過利用預(yù)測模式分析軟件，對煙冷卻塔排煙方式和煙囪排煙方式的大氣環(huán)境影響進行對比，冷卻塔排煙方式明顯優(yōu)于煙囪排煙方式。但在特殊氣象條件下，冷卻塔排放方式在近距離會產(chǎn)生較高濃度區(qū)，因此，需要對冷卻塔排放方式的近距離大氣環(huán)境進行數(shù)值模擬分析，以說明高濃度區(qū)的產(chǎn)生范圍，做好地區(qū)規(guī)劃和防護工作。

關(guān)鍵詞：煙塔合一；煙囪；大氣環(huán)境影響

1、研究背景

隨著社會的發(fā)展，人民對電力的需求逐步增加。但火電廠的大量建設(shè)也給大氣環(huán)境和人民帶來了危害[1]。主要體現(xiàn)在燃燒煙氣排放，為了讓煙氣對環(huán)境減少危害，需要讓煙氣抬升的更高，污染物落地更少。煙氣的抬升高度主要取決于三個因素，即排放高度、煙氣與環(huán)境的溫差、煙氣熱釋放率。排放高度和排放煙溫改變起來很困難，從煙氣熱釋放率角度提升煙氣抬升高度尤為重要，此時從德國引進了利用冷卻塔巨大的熱釋放率[2]與燃燒煙氣混合一起外排，成為一個熱汽團。雖然冷卻塔比煙囪低，其內(nèi)混合氣體的溫度比煙囪的煙氣溫度也低，但是，冷卻塔中的水汽與凈煙氣混合后，大量的水汽將煙氣分散、沖淡，這種混合氣流總熱量大，有巨大的抬升力，同時由于其體積流量大，對風的敏感度比煙囪排出的煙氣低，不易被風吹散；但由于冷卻塔高度比煙囪低，在特殊天氣下容易產(chǎn)生煙氣下洗現(xiàn)象，因此，為了選出最優(yōu)排放方式，需要采用德國模式AUSTALL2000對比兩種排煙方式的大氣環(huán)境影響[3]。

2、預(yù)測模擬分析

在同一模式下，利用德國模式AUSTALL2000對兩種排煙方式直接對比，充分論證冷卻塔和煙囪排煙的環(huán)境影響。本節(jié)采用德國模式對大氣污染物濃度進行預(yù)測，利用逐日逐時氣象資料，當預(yù)測的污染源正常穩(wěn)定運行時，預(yù)測冷卻塔和煙囪排煙方式常規(guī)大氣污染物的小時、日均、年均最大地面濃度值。

經(jīng)計算，采用德國模式預(yù)測的冷卻塔和煙囪排煙方式的小時、日均、年均最大地面濃度值均能滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）二級標準要求，對比表分別見表1。說明煙塔排煙對環(huán)境的影響小于煙囪排煙對環(huán)境的影響。

3、數(shù)值模擬分析

由于煙塔合一的環(huán)境影響受到氣象、地形、排放方式的影響，加之確定和預(yù)測該技術(shù)對環(huán)境的影響涉及到流體力學、熱力學、環(huán)境科學、計算數(shù)學等多學科、多領(lǐng)域，加大了分析的難度。本次評價采用計算流體力學（CFD）為平臺，計算不同氣象條件和排煙方式下冷卻塔周邊的流場、壓力場和污染物濃度場。在廠址區(qū)域特征氣象條件及不同排放方式下，采用流體力學分析軟件計算煙塔周邊速度場、壓力場、空腔區(qū)以及濕沉降的分布[5]。從數(shù)值模擬結(jié)果上看：

（1）雖然冷卻塔比煙囪低，其內(nèi)混合氣體的溫度比煙囪的煙氣溫度也低，但是，冷卻塔中的水汽與凈煙氣混合后，大量的水汽將煙氣分散、沖淡，這種混合氣流總熱量大，有巨大的抬升力，同時由于其體積流量大，對風的敏感度比煙囪排出的煙氣低，不易被風吹散；因此在大多數(shù)天氣情況下，冷卻塔的排放效果都能夠比同等煙囪好，利于環(huán)保

（2）在煙塔下風向區(qū)域確實存在由不同渦旋形成的空腔區(qū)，且具有高濃度污染物聚集的現(xiàn)象，但均處于空中，未發(fā)現(xiàn)與地面相接的現(xiàn)象。

（3）在1km以內(nèi)近距離區(qū)域上空，渦旋形成和破碎的過程較快，并處于不斷形成、不斷消失的狀態(tài)；在遠距離處，渦旋穩(wěn)定存在，但受長距離傳輸和污染物不斷擴散的影響，其內(nèi)部濃度逐漸減弱。

（4）空腔區(qū)400米范圍內(nèi)，受煙流渦旋形成、破碎的影響，渦旋內(nèi)高濃度區(qū)域在120～200米之間波動，400米以外的區(qū)域渦旋穩(wěn)定形成。

（5）空腔區(qū)范圍在400米左右，因為數(shù)值模擬計算可能相對保守，將距離擴大500米 作為大氣防護距離。

（6）根據(jù)數(shù)值模擬來判斷煙塔合一類項目大氣防護距離具有一定的理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗，但缺乏實驗驗證工作，可以采用無人機大氣監(jiān)測的方法來監(jiān)測冷卻塔高空污染物[6]，能夠更好地評價冷卻塔排煙的環(huán)境空氣質(zhì)量[7]。

4、結(jié)論

通過以上章節(jié)對排煙冷卻塔排煙方式的分析，得出以下結(jié)論：

從本項目煙囪方案和煙塔方案預(yù)測結(jié)果對比可知，采用煙塔合一排放方式和煙囪排煙方式對大氣環(huán)境均不會造成很大的影響。采用德國模式對煙囪排煙時大氣污染物濃度進行預(yù)測的結(jié)果說明，從污染物小時、日均、年均最大地面濃度對比，煙塔排煙對環(huán)境的影響小于煙囪排煙對環(huán)境的影響。所以從環(huán)境影響方面對比，煙塔模式明顯優(yōu)于煙囪模式。但煙塔合一排放方式在特殊氣象條件下，在近距離會產(chǎn)生較高濃度區(qū)，因此需要將對煙塔合一排放方式對近距離大氣環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生的影響進行預(yù)測，采取劃定環(huán)境保護距離的措施，并且不在劃定區(qū)域內(nèi)規(guī)劃敏感目標。

參考文獻

[1] 張麗娜.數(shù)值風洞與物理風洞對煙塔合一排煙的比較研究[J].環(huán)境科學與技術(shù)2013年05期，141-146.

[2] 張麗娜.采用數(shù)值風洞模型對熱電廠煙塔合一大氣污染擴散的研究[J].環(huán)境污染與防治2013年04期，67-74.

[3] 李志強.利用fluent模型對煙塔合一大氣污染擴散數(shù)值風洞研究[A].2011中國環(huán)境科學學會學術(shù)年會論文集（第二卷）.2011年8月.1313-1318.