电厂烟囱高度确定的技术

第 32卷第 1期 2007年 1月 环境科学与管理 E N V I R O N ME N T A LS C I E N C EA N DMA N A G E ME N T V o l. 32 N o . 1 J a n . 2007 收稿日期: 2006 - 08-29 作者简介: 杨佳财( 1965- ) , 男, 高级工程师, 学士, 从事环境影响评 价工作。 文章编号: 1673 - 1212( 2007) 01 - 0176 - 05 电厂烟囱高度确定的技术方法 杨佳财 1, 王继民2, 孙白妮1 ( 1. 黑龙江省环境保护科学研究院, 黑龙江 哈尔滨 150056;2. 双鸭山市环境监测站, 黑龙江 双鸭山 155100) 摘 要: 烟囱不仅是电厂生产工艺上为获得一定抽力的排气筒, 更重要的是控制大气污染保护环境的重要设 施。通过研究有关电厂烟囱高度合理性方法, 指出影响污染物落地浓度的主要影响因素, 并从气象和环境空气 影响角度对不同高度烟囱合理性进行检验。 本文实例分析结果表明, 烟囱高度要以适合当地气象和环境空气 质量实际情况为原则, 最大限度地减轻污染物落地浓度对当地造成的不利影响, 并从技术、经济的合理性方面 进行分析和论证, 这对减轻污染和减少资金投入以及对于指导环境空气影响评价工作具有重要意义。 关键词: 烟囱高度;有效烟源高度; 大气污染物;合理性 中图分类号: X701. 3文献标识码: A T h e T e c h n i q u e o f A s c e r t a i n i n gt h e H e i g h t o f E l e c t r i c i t y F a c t o r y C h i m n e y Y a n g J i a c a i 1, Wa n g J i m i n2 , S u n B a i n i 1 ( 1.H e i l o n g j i a n g S c i e n t i f i cR e s e a r c h I n s t i t u t eo f E n v i r o n m e n t P r o t e c t i o n , H a r b i n150056, C h i n a ; 2.S h u a n g y a s h a nE n v i r o n m e n t M o n i n o r i n g S t a t i o n , S h u a n g y a s h a n155100, C h i n a ) A b s t r a c t : C h i m n e y i s n o t o n l y at a i l p i p e t o o b t a i n s u c t i o n i n e l e c t r i c i t yf a c t o r y , b u t a l s o a n i m p o r t a n t e q u i p m e n t o f c o n t r o l - l i n g a i r p o l l u t i o na n dp r o t e c t i n g t h ee n v i r o n m e n t .B y r e s e a r c hf o r r a t i o n a l t e c h n i q u e o nt h eh e i g h t o f e l e c t r i c i t yf a c t o r yc h i m n e y , t h ea r t i c l ep o i n t e do u t t h em a i ne f f e c t f a c t o r o f c o n t a m i n a t i o nf a l l i n gt h i c k n e s s , a n dt e s t e dt h er a t i o n a l i t yo f d i f f e r e n t c h i m n e y h e i g h t f r o mw e a t h e r a n da i r i n f l u e n c e a s p e c t .t h e e x a m p l e i n t h e a r t i c l e i n d i c a t e d t h a t c h i m n e y h e i g h t s h o u l da d a p t t o l o c a l w e a t h - e r a n da i r q u a l i t y , a l l e v i a t e t h e a d v e r s e i n f l u e n c e o f c o n t a m i n a t i o n f a l l i n g t h i c k n e s s , a n d a n a l y z e i t i n t h e a s p e c t o f t e c h n i q u e a n d e c o n o m y r a t i o n a l i t y . T h i s h a s i m p o r t a n t m e a n i n g o f r e d u c i n g p o l l u t i o n a n df u n dd e v o t i o n a n d i n s t r u c t i n g a i r e n v i r o n m e n t i n f l u e n c e a p p r a i s a l . K e yw o r d s : c h i m n e yh e i g h t ;e f f e c t i v ec h i m n e y h e i g h t ;a i r c o n t a m i n a t i o n ; r a t i o n a l i t y 前言 烟囱的主要尺寸和工艺参数 ,如烟囱高度 、 出口 内径、 出口烟气流速等不仅要满足生产工艺的要求, 更主要的是满足减轻所排污染物对地区污染的需 要 。由于地面污染浓度与烟囱高度的平方成反比, 因此,通常采用增加烟囱高度的方法来减轻对局部 地区的污染 。但烟囱的造价大体上与烟囱高度的平 方成正比 ,而且 ,当烟囱高度超过一定限度后, 进一 步增加烟囱高度对改善地面环境质量收效甚微, 因 此烟囱并非越高越好。既要保证烟囱的合理高度, 能满足国家和地方规定的排放标准要求 ,又要使它 的排放造成的地面最大浓度不超过环境空气质量标 准限值, 还应使它能在满足上述要求的前提下 ,投资 最省。另一方面, 也可通过增加烟气抬升高度来减 轻污染物对局部地区的污染 ,烟气抬升高度越高, 在 一定条件下, 可以适当降低烟囱的实际高度。因此 , 如何为建设单位设计出高度合理的烟囱是一项非常 重要的工作。在严格执行烟囱高度合理性设计的有 关国家标准、规范的基础上, 多方案比较论证, 才能 选出高度合适、 满足环保要求又节约投资的烟囱 。 1 烟囱高度首先应满足国家标准和规范要求 “烟囱的污染物排放量不得高于国标关于该烟 囱高度所允许的最大排放量和最高允许排放浓度 。 计算得到的最大落地浓度不能超过该功能区环境空 气质量标准。若该地区已建有其它排放同类污染物 的污染源 ,则其最大落地浓度的污染分担率不得超 过规定的限额。在实行总量控制的地区, 其排放量 176 第 32卷第 1期 2007年 1月 杨佳财等电厂烟囱高度确定的技术方法 V o l. 32 N o . 1 J a n . 2007 不得超过分配给该污染源的允许排放量。” 因此,电厂在烟囱设计时首先要符合污染物允 许排放量的要求, 全厂 S O2排放速率应符合 火电 厂大气污染物排放标准 ( G B 13223 - 2003) 中的要 求 ; 制定地方大气污染物排放标准的技术方法 ( G B /T 13201 - 1991) 中规定, 发电厂的烟囱高度不 得低于电厂从属建筑物高度的 2倍; 火力发电厂设 计技术规程 ( D L 5000 - 2000) 中规定, 发电厂的烟 囱高度应高于厂区内最高建筑物高度的 2倍; 位于 机场附近的火电厂 ,其高度必须符合机场净空的要 求 。 2 设计烟囱高度时需要考虑的因素 在一定气象条件下 , 污染物落地浓度主要受有 效烟源高度的影响 ,有效烟源高度为烟囱高度和烟 气抬升高度 ( 根据 G B 13223 - 2003中附录 A 推荐方 法计算 ) 之和 。 烟囱的有效高度计算方法如下: He=Hs+ H 式中: He 烟囱有效高度, m ; Hs 烟囱几何高度, m ; 当烟囱几何高度超过 240m 时 ,仍按 240m 计算; H 烟气抬升高度 , m 。 2. 1 污染物落地浓度达标分析及对环境敏感点的 影响 不同类别的功能区执行不同的大气质量标准,污 染物最大落地浓度不得高于国标的规定 。设计烟囱 高度时,必须考虑不同高度 、 不同稳定度的年平均风 速下的污染物落地浓度是否达标,并且要考虑污染物 落地浓度对周围环境敏感区( 如风景名胜区 、 生态敏 感与脆弱区、 社会关注区、 居民区等) 的影响。 2. 2 风向、风速影响 风向决定着污染物的落区,风向出现频率大的方 位是污染物落地浓度较大的区域 。风速决定着污染 物的扩散速率,风速越大,污染物扩散越快。静风和 小风时,污染物在污染源附近各方位均匀缓慢扩散, 易在源附近地面出现污染物高浓度。在静风和小风 出现频率较高的地区,不宜建污染物排放量较大的烟 囱,避免出现静风型污染。 2. 3 逆温影响 逆温是强稳定天气指标 ,当温度层结出现了上 部逆温情况时,底层是中性或不稳定 ,而离地面几百 米自 1. 0 2. 0k m高度上有一稳定逆温层 , 污染物 的铅字扩散收到抑制 ,观测表明, 逆温层底上、下两 侧的浓度相差 5 10倍, 污染物的扩散实际上被限 值在逆温层底与地面之间, 可把逆温层底和地面看 作是全反射的镜面 ,这样,污染物就在地面和逆温层 底之间进行扩散 ,理论计算结果表明, 当 L ( 混合层 厚度 m ) 1. 5m /s ) 1小时平均最大浓度预测结果见表 3。 表 3 S O 2和 N O21小时平均最大浓度及距离 方案稳定度 1小时平均浓度( m g /m 3) 占国家二级标准百分比( %) S O2N O2S O 2 N O 2 1小时平均 浓度位置( k m ) 240m ( 无 G G H ) C0. 00270. 02430. 510. 111. 5 D0. 00150. 01350. 35. 619. 5 E0. 00160. 01440. 36. 033 210m (+ G G H ) C0. 00260. 02340. 59. 812 D0. 00140. 01260. 35. 320 E0. 00180. 01620. 46. 834 由表 3不同方案计算结果可以看出 , 有风情况 下 S O2和 N O21小时平均浓度地面最大浓度值方案 一分别为 0. 0027m g /m 3 和 0. 0243m g /m 3 ,分别占国 家二级标准 0. 5%和 10. 1%,均不超标 ; 方案二分别 178 第 32卷第 1期 2007年 1月 杨佳财等电厂烟囱高度确定的技术方法 V o l. 32 N o . 1 J a n . 2007 为 0. 0026m g /m 3 和 0. 0234 m g /m 3 ,分别占国家二级 标准 0. 5%和 9. 8%。 两个方案对比分析可以看出, 在有风正常条件 下 ,浓度影响值和产生的距离相差很小。 ( 2) 静小风条件 电厂排放的 S O2和 N O2在静小风条件下 , S O2 和 N O21小时平均浓度预测结果见表 4。 表 4 静小风 1小时平均浓度及发生距离 方案稳定度 1小时平均浓度( m g /m 3) 占国家二级标准百分比( %) S O2N O2S O 2 N O 2 1小时平均 浓度位置( k m ) 240m ( 无 G G H ) C0. 00410. 03690. 815. 42. 0 D0. 00410. 03690. 815. 44. 2 E0. 00780. 07021. 629. 35. 4 210m (+ G G H ) C0. 00370. 03330. 713. 92. 0 D0. 00370. 03330. 713. 94. 0 E0. 00730. 06571. 527. 45. 2 由表 4不同方案计算结果可以看出 , 静小风条 件情况下 S O2和 N O21小时平均浓度地面最大浓度 值方案一分别为 0. 0078m g /m 3 和 0. . 0702m g /m 3 , 分别占国家二级标准 1. 6% 和 29. 3%, 均不超标; 方 案二分别为 0. 0073m g /m 3 和 0. 0657 m g /m 3, 分别占 国家二级标准 1. 5%和 27. 4%。 两个方案对比分析可以看出 ,在静小风条件下 , 浓度影响值和产生的距离相差很小。 ( 3) 薰烟条件 当发生薰烟型气象时电厂排放的 S O2、N O21小 时平均浓度最大值预测结果见表 5。 表 5 薰烟时 S O 2、N O21小时平均浓度最大值预测结果 方案 薰烟气象条件最大地面浓度( m g /m 3) 稳定度风速( m/s ) S O2N O2 离源距离 ( m ) 占评价标准百分比( %) S O2N O 2 240m ( 无 G G H ) 混合层外 E 混合层内 B 2. 50. 01590. 141424003. 258. 9 210m (+ G G H ) 混合层外 E 混合层内 B 2. 50. 01570. 139624003. 158. 2 由表 5中的预测计算结果可以看出 , 薰烟型扩 散气象条件下 S O2、N O21小时平均浓度最大值方案 一分 别为 0. 0159m g /m 3 和 0. 1414m g /m 3, S O 2和 N O2在此气象条件下最大熏烟浓度影响值均不超 标 ,其占评价标准的百分比分别为 3. 2%和 58. 9%, 最大薰烟浓度出现距离在源下风向 2400m ; 方案二 分别为 0. 0157m g /m 3 和 0. 1396m g /m 3, S O 2和 N O2 在此气象条件下最大熏烟浓度影响值均不超标, 其 占评价标准的百分比分别为 3. 1%和 58. 2%, 最大 薰烟浓度出现距离在源下风向 2400m ; 两个方案对比分析可以看出 ,在熏烟条件下, 浓 度影响值和产生的距离相差很小。 ( 4) 日平均浓度预测 根据当地的气象条件, 收集了 2005年厂址地区 各月逐时地面气象资料, 逐日进行了大气污染物日 平均浓度预测, 全年中前十位最大浓度预测统计结 果见表 6。 从表 6全年逐日平均浓度计算结果统计中看 出 ,方案一 S O2、N O2和 P M10日平均最大浓度分别为 0. 0022m g /m 3、0. 0196m g /m3 和 0. 0018m g /m 3 , 分别 占标准份额 1. 5%、16. 3% 和 1. 2%, 均不超标 ; 方 案二 S O2、N O2和 P M10日平均最 大浓度分别 为 0. 0021m g /m 3 、0. 0183m g /m 3 和 0. 0017m g /m 3, 分别 占标准份额 1. 3%、15. 2%和 1. 1%,均不超标。 两个方案对比分析可以看出, 全年中 S O2最大 日平均浓度值仅相差 0. 0002 m g /m 3 , N O2最大日平 均浓度值仅相差 0. 0014 m g /m 3 , P M10日平均最大浓 度值仅相差 0. 0001 m g /m 3 ,两个方案的日平均浓度 影响值相差很小。 3. 2. 2 烟囱高度选择合理性分析 工程中采用高烟囱排放 ,充分利用大气空间的 稀释能力 ,有效地减轻电厂排放的烟气污染物对环 境空气的污染。本文 3. 2. 1节对 210m 设置 G G H系 统 、240m不设置 G G H系统两种高度的烟囱进行不 同条件下的环境影响分析, 分析结果表明, 两个方案 的污染物浓度影响值和产生的影响范围相差较小 , 在环境影响方面两个烟囱高度建设方案均可行。因 此 ,进一步合理的确定烟囱高度 ,还应从两个不同方 案的技术 、 经济及环境的比较分析结果来确定合理 的烟囱高度 。 179 第 32卷第 1期 2007年 1月 杨佳财等电厂烟囱高度确定的技术方法 V o l. 32 N o . 1 J a n . 2007 两个不同方案的技术 、经济及环境的比较结果见表 7。 表 6 全年中前十位最大浓度预测统计结果 序号 最大落地浓度( m g /m 3) S O 2 N O2P M10 240m ( 无 G G H ) 210m (+ G G H ) 240m ( 无 G G H ) 210m ( + G G H ) 240m ( 无 G G H ) 210m (+ G G H ) 10. 00220. 00210. 01960. 01830. 00180. 0017 20. 00160. 00140. 01420. 01330. 00130. 0012 30. 00160. 00140. 01390. 01290. 00130. 0012 40. 00130. 00120. 01160. 01080. 00110. 0010 50. 00120. 00110. 01070. 00990. 0010. 0009 60. 00120. 00110. 01060. 00980. 0010. 0009 70. 00110. 00100. 00950. 00880. 00090. 0008 80. 00110. 00100. 00940. 00870. 00090. 0008 90. 0010. 00090. 00930. 00860. 00080. 0007 100. 0010. 00090. 00850. 00790. 00080. 0007 表 7 本工程烟囱高度方案比较结果 项 目单位数 值 烟囱高度m210(+ G G H )240 技术可行性可行可行 投资( 万元)万元1863+3000( G G H )4200 S O2 允许排放量t /h30. 3931. 84 小时平均最大浓度m g /N m 3 0. 00350. 0039 小时平均最大浓度占标准份额%0. 70. 8 日平均最大浓度 m g /N m 3 0. 00210. 0022 日平均最大浓度占标准份额%1. 41. 5 N O 2 小时平均最大浓度 m g /N m 3 0. 03120. 0344 小时平均最大浓度占标准份额%13. 014. 3 日平均最大浓度m g /N m 3 0. 01830. 0196 日平均最大浓度占标准份额%15. 316. 3 ( 1) 从环境影响方面可以看出 , 不同烟囱高度 S O2