浅论火电厂不同排烟方式对大气环境的影响

摘 要：以火电厂不同排烟方式为例，通过利用预测模式分析软件，对烟冷却塔排烟方式和烟囱排烟方式的大气环境影响进行对比，冷却塔排烟方式明显优于烟囱排烟方式。但在特殊气象条件下，冷却塔排放方式在近距离会产生较高浓度区，因此，需要对冷却塔排放方式的近距离大气环境进行数值模拟分析，以说明高浓度区的产生范围，做好地区规划和防护工作。

关键词：烟塔合一；烟囱；大气环境影响

1、研究背景

随着社会的发展，人民对电力的需求逐步增加。但火电厂的大量建设也给大气环境和人民带来了危害[1]。主要体现在燃烧烟气排放，为了让烟气对环境减少危害，需要让烟气抬升的更高，污染物落地更少。烟气的抬升高度主要取决于三个因素，即排放高度、烟气与环境的温差、烟气热释放率。排放高度和排放烟温改变起来很困难，从烟气热释放率角度提升烟气抬升高度尤为重要，此时从德国引进了利用冷却塔巨大的热释放率[2]与燃烧烟气混合一起外排，成为一个热汽团。虽然冷却塔比烟囱低，其内混合气体的温度比烟囱的烟气温度也低，但是，冷却塔中的水汽與净烟气混合后，大量的水汽将烟气分散、冲淡，这种混合气流总热量大，有巨大的抬升力，同时由于其体积流量大，对风的敏感度比烟囱排出的烟气低，不易被风吹散；但由于冷却塔高度比烟囱低，在特殊天气下容易产生烟气下洗现象，因此，为了选出最优排放方式，需要采用德国模式AUSTALL2000对比两种排烟方式的大气环境影响[3]。

2、预测模拟分析

在同一模式下，利用德国模式AUSTALL2000对两种排烟方式直接对比，充分论证冷却塔和烟囱排烟的环境影响。本节采用德国模式对大气污染物浓度进行预测，利用逐日逐时气象资料，当预测的污染源正常稳定运行时，预测冷却塔和烟囱排烟方式常规大气污染物的小时、日均、年均最大地面浓度值。

经计算，采用德国模式预测的冷却塔和烟囱排烟方式的小时、日均、年均最大地面浓度值均能满足《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准要求，对比表分别见表1。说明烟塔排烟对环境的影响小于烟囱排烟对环境的影响。

3、数值模拟分析

由于烟塔合一的环境影响受到气象、地形、排放方式的影响，加之确定和预测该技术对环境的影响涉及到流体力学、热力学、环境科学、计算数学等多学科、多领域，加大了分析的难度。本次评价采用计算流体力学（CFD）为平台，计算不同气象条件和排烟方式下冷却塔周边的流场、压力场和污染物浓度场。在厂址区域特征气象条件及不同排放方式下，采用流体力学分析软件计算烟塔周边速度场、压力场、空腔区以及湿沉降的分布[5]。从数值模拟结果上看：

（1）虽然冷却塔比烟囱低，其内混合气体的温度比烟囱的烟气温度也低，但是，冷却塔中的水汽与净烟气混合后，大量的水汽将烟气分散、冲淡，这种混合气流总热量大，有巨大的抬升力，同时由于其体积流量大，对风的敏感度比烟囱排出的烟气低，不易被风吹散；因此在大多数天气情况下，冷却塔的排放效果都能够比同等烟囱好，利于环保

（2）在烟塔下风向区域确实存在由不同涡旋形成的空腔区，且具有高浓度污染物聚集的现象，但均处于空中，未发现与地面相接的现象。

（3）在1km以内近距离区域上空，涡旋形成和破碎的过程较快，并处于不断形成、不断消失的状态；在远距离处，涡旋稳定存在，但受长距离传输和污染物不断扩散的影响，其内部浓度逐渐减弱。

（4）空腔区400米范围内，受烟流涡旋形成、破碎的影响，涡旋内高浓度区域在120～200米之间波动，400米以外的区域涡旋稳定形成。

（5）空腔区范围在400米左右，因为数值模拟计算可能相对保守，将距离扩大500米 作为大气防护距离。

（6）根据数值模拟来判断烟塔合一类项目大气防护距离具有一定的理论基础和实践经验，但缺乏实验验证工作，可以采用无人机大气监测的方法来监测冷却塔高空污染物[6]，能够更好地评价冷却塔排烟的环境空气质量[7]。

4、结论

通过以上章节对排烟冷却塔排烟方式的分析，得出以下结论：

从本项目烟囱方案和烟塔方案预测结果对比可知，采用烟塔合一排放方式和烟囱排烟方式对大气环境均不会造成很大的影响。采用德国模式对烟囱排烟时大气污染物浓度进行预测的结果说明，从污染物小时、日均、年均最大地面浓度对比，烟塔排烟对环境的影响小于烟囱排烟对环境的影响。所以从环境影响方面对比，烟塔模式明显优于烟囱模式。但烟塔合一排放方式在特殊气象条件下，在近距离会产生较高浓度区，因此需要将对烟塔合一排放方式对近距离大气环境质量产生的影响进行预测，采取划定环境保护距离的措施，并且不在划定区域内规划敏感目标。

参考文献

[1] 张丽娜.数值风洞与物理风洞对烟塔合一排烟的比较研究[J].环境科学与技术2013年05期，141-146.

[2] 张丽娜.采用数值风洞模型对热电厂烟塔合一大气污染扩散的研究[J].环境污染与防治2013年04期，67-74.

[3] 李志强.利用fluent模型对烟塔合一大气污染扩散数值风洞研究[A].2011中国环境科学学会学术年会论文集（第二卷）.2011年8月.1313-1318.