淺論火電廠不同排煙方式對大氣環境的影響

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

關鍵詞：煙塔合一；煙囪；大氣環境影響

1、研究背景

隨著社會的發展，人民對電力的需求逐步增加。但火電廠的大量建設也給大氣環境和人民帶來了危害[1]。主要體現在燃燒煙氣排放，為了讓煙氣對環境減少危害，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生煙氣下洗現象，因此，為了選出最優排放方式，需要采用德國模式AUSTALL2000對比兩種排煙方式的大氣環境影響[3]。

2、預測模擬分析

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境影響。本節采用德國模式對大氣污染物濃度進行預測，利用逐日逐時氣象資料，當預測的污染源正常穩定運行時，預測冷卻塔和煙囪排煙方式常規大氣污染物的小時、日均、年均最大地面濃度值。

經計算，采用德國模式預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《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準要求，對比表分別見表1。說明煙塔排煙對環境的影響小于煙囪排煙對環境的影響。

3、數值模擬分析

由于煙塔合一的環境影響受到氣象、地形、排放方式的影響，加之確定和預測該技術對環境的影響涉及到流體力學、熱力學、環境科學、計算數學等多學科、多領域，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、空腔區以及濕沉降的分布[5]。從數值模擬結果上看：

（1）雖然冷卻塔比煙囪低，其內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，利于環保

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

（3）在1km以內近距離區域上空，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；在遠距離處，渦旋穩定存在，但受長距離傳輸和污染物不斷擴散的影響，其內部濃度逐漸減弱。

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

（5）空腔區范圍在400米左右，因為數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）根據數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和實踐經驗，但缺乏實驗驗證工作，可以采用無人機大氣監測的方法來監測冷卻塔高空污染物[6]，能夠更好地評價冷卻塔排煙的環境空氣質量[7]。

4、結論

通過以上章節對排煙冷卻塔排煙方式的分析，得出以下結論：

從本項目煙囪方案和煙塔方案預測結果對比可知，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測的結果說明，從污染物小時、日均、年均最大地面濃度對比，煙塔排煙對環境的影響小于煙囪排煙對環境的影響。所以從環境影響方面對比，煙塔模式明顯優于煙囪模式。但煙塔合一排放方式在特殊氣象條件下，在近距離會產生較高濃度區，因此需要將對煙塔合一排放方式對近距離大氣環境質量產生的影響進行預測，采取劃定環境保護距離的措施，并且不在劃定區域內規劃敏感目標。

參考文獻

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

[2] 張麗娜.采用數值風洞模型對熱電廠煙塔合一大氣污染擴散的研究[J].環境污染與防治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值風洞研究[A].2011中國環境科學學會學術年會論文集（第二卷）.2011年8月.1313-1318.