排煙冷卻塔是指能排放火電廠煙氣的冷卻塔,需要說明的是本文所提及冷卻塔均采用濕冷方式。在國內現行的環境影響評價技術導則中,由于對采用排煙冷卻塔技術后沒有明確規定煙流抬升高度的計算方法,在上述采用排煙冷卻塔技術的工程環境影響評價中均采用德國漢堡大學的MichaelSchatzmann和美國阿拉貢實驗室的Anthony J. Poli2castro在1983年提出的冷卻塔煙氣抬升高度的計算模式(以下簡稱S/P模式) 。排煙冷卻塔源于德國,德國屬海洋性氣候,其特點是冬夏溫差小、空氣潮濕、環境風速小;而我國屬大陸性氣候,其特點是冬夏溫差大、冬季空氣干燥、夏季空氣潮濕,在我國采用排煙冷卻塔技術是否也具有抬升高度高且有利于污染物稀釋擴散的優勢,需要進一步研究。
1 計算模式和參數
本文選用的計算模式為德國漢堡大學的Mi2chael Schatzmann和美國阿拉貢實驗室的Anthony J.Policastro在1983年提出的冷卻塔煙氣抬升高度的計算模式,簡稱S/P模式。S/P模式為三維流體動力學積分模式。其模式方程選用曲線坐標形式,其中S軸與煙氣軸線一致。原始方程經過一些簡化和近似后,得到質量、動量、能量、水汽積分形式的守恒方程。
通過求解上述質量、動量、水汽積分形式的守恒方程,得出煙氣抬升高度。S/P模式排煙冷卻塔煙氣抬升計算思路為,當煙氣溫度高于環境空氣溫度時,煙氣有浮力,則繼續向上運動;當煙氣溫度低于環境空氣溫度時,煙氣沒有浮力,即停止向上運動,煙氣抬升到此高度為止。
這里的煙氣溫度指煙氣與冷卻塔中飽和空氣充分混合后的溫度。
本文在計算中源項資料采用2007212226 至2008201203在華北某電廠3號塔運行數據,氣象資料為北京市觀象臺從2007212225至2008201203高空探空氣象資料、通州區氣象站從2007212226 至2008201203的氣象資料。排煙冷卻塔煙氣抬升高度的計算分析
2 計算模式的驗證
2007212226至2008201203 采用光學照相法對華北地區某電廠3號機組所對應冷卻塔的煙氣抬升高度進行了現場實測。從現場觀測資料中挑選出16個實例下現場照片進行分析。這16個實例下現場照片基本代表了該電廠所在地一個完整的天氣過程,具有較好的代表性。按S/P模式進行計算,排煙冷卻塔煙氣抬升高度的計算值與實測值對比見圖1。
從16個實例共有37組計算值與實測值,兩者符合較好,相關系數為0. 95以上,因此, S/P模式的計算結果是可信的。
3 結果分析
按S/P模式對16個實例進行計算,得出在不同下風向距離上的煙流高度見圖2。
由圖2可以看出, 16個實例的排煙冷卻塔排放方式煙氣抬升高度計算結果分成三種類型,第一類是在出現靜風或小風且環境空氣濕度大于60%時,排煙冷卻塔排放方式煙氣高度達1 000m以上,其高度屬于較高類型;第二類是在環境風速為4～8m / s且環境空氣濕度小于25%時,由于環境空氣溫度隨高度增加而降低,排煙冷卻塔排放方式煙氣抬升高度隨著下風向距離加大而逐漸抬升,其高度為350
～400m之間,屬于中等類型;第三類是在當環境風速為4～8m / s、環境空氣濕度小于25%、出現逆溫時,由于環境空氣溫度隨高度增加而提高,煙氣在較短的一段下風向距離上抬升后便停止向上運動了,其煙氣高度為150～200m,屬于較低類型。這里環境風速是指200m高度的數值結合上述16個實例,逐項分析環境風速、環境空氣濕度、環境空氣溫度、環境空氣溫度梯度、機組負荷5項因子對煙流高度計算值的影響,結果表明煙流高度隨著環境風速、環境空氣溫度梯度的增加而降低,煙流高度隨著環境空氣濕度加大而增長,煙流高度不會隨著環境空氣溫度、機組負荷的變化產生明顯的調整。
4 結語
(1)本次研究結果表明, S/P模式預測值與實測值的相關系數為0. 95,按S/P模式計算排煙冷卻塔的煙氣抬升高度是合適的。
(2)在環境風速小、逆溫出現頻率低、環境空氣潮濕地區,采用排煙冷卻塔時煙氣抬升高度較高,有利于污染物稀釋擴散;在環境風速大、逆溫出現頻率高、環境空氣干燥地區,采用排煙冷卻塔時煙氣抬升高度較低,不利于污染物稀釋擴散。
