排烟冷却塔是指能排放火电厂烟气的冷却塔,需要说明的是本文所提及冷却塔均采用湿冷方式。在国内现行的环境影响评价技术导则中,由于对采用排烟冷却塔技术后没有明确规定烟流抬升高度的计算方法,在上述采用排烟冷却塔技术的工程环境影响评价中均采用德国汉堡大学的MichaelSchatzmann和美国阿拉贡实验室的Anthony J. Poli2castro在1983年提出的冷却塔烟气抬升高度的计算模式(以下简称S/P模式) 。排烟冷却塔源于德国,德国属海洋性气候,其特点是冬夏温差小、空气潮湿、环境风速小;而我国属大陆性气候,其特点是冬夏温差大、冬季空气干燥、夏季空气潮湿,在我国采用排烟冷却塔技术是否也具有抬升高度高且有利于污染物稀释扩散的优势,需要进一步研究。
1 计算模式和参数
本文选用的计算模式为德国汉堡大学的Mi2chael Schatzmann和美国阿拉贡实验室的Anthony J.Policastro在1983年提出的冷却塔烟气抬升高度的计算模式,简称S/P模式。S/P模式为三维流体动力学积分模式。其模式方程选用曲线坐标形式,其中S轴与烟气轴线一致。原始方程经过一些简化和近似后,得到质量、动量、能量、水汽积分形式的守恒方程。
通过求解上述质量、动量、水汽积分形式的守恒方程,得出烟气抬升高度。S/P模式排烟冷却塔烟气抬升计算思路为,当烟气温度高于环境空气温度时,烟气有浮力,则继续向上运动;当烟气温度低于环境空气温度时,烟气没有浮力,即停止向上运动,烟气抬升到此高度为止。
这里的烟气温度指烟气与冷却塔中饱和空气充分混合后的温度。
本文在计算中源项资料采用2007212226 至2008201203在华北某电厂3号塔运行数据,气象资料为北京市观象台从2007212225至2008201203高空探空气象资料、通州区气象站从2007212226 至2008201203的气象资料。排烟冷却塔烟气抬升高度的计算分析
2 计算模式的验证
2007212226至2008201203 采用光学照相法对华北地区某电厂3号机组所对应冷却塔的烟气抬升高度进行了现场实测。从现场观测资料中挑选出16个实例下现场照片进行分析。这16个实例下现场照片基本代表了该电厂所在地一个完整的天气过程,具有较好的代表性。按S/P模式进行计算,排烟冷却塔烟气抬升高度的计算值与实测值对比见图1。
从16个实例共有37组计算值与实测值,两者符合较好,相关系数为0. 95以上,因此, S/P模式的计算结果是可信的。
3 结果分析
按S/P模式对16个实例进行计算,得出在不同下风向距离上的烟流高度见图2。
由图2可以看出, 16个实例的排烟冷却塔排放方式烟气抬升高度计算结果分成三种类型,第一类是在出现静风或小风且环境空气湿度大于60%时,排烟冷却塔排放方式烟气高度达1 000m以上,其高度属于较高类型;第二类是在环境风速为4～8m / s且环境空气湿度小于25%时,由于环境空气温度随高度增加而降低,排烟冷却塔排放方式烟气抬升高度随着下风向距离加大而逐渐抬升,其高度为350
～400m之间,属于中等类型;第三类是在当环境风速为4～8m / s、环境空气湿度小于25%、出现逆温时,由于环境空气温度随高度增加而提高,烟气在较短的一段下风向距离上抬升后便停止向上运动了,其烟气高度为150～200m,属于较低类型。这里环境风速是指200m高度的数值结合上述16个实例,逐项分析环境风速、环境空气湿度、环境空气温度、环境空气温度梯度、机组负荷5项因子对烟流高度计算值的影响,结果表明烟流高度随着环境风速、环境空气温度梯度的增加而降低,烟流高度随着环境空气湿度加大而增长,烟流高度不会随着环境空气温度、机组负荷的变化产生明显的调整。
4 结语
(1)本次研究结果表明, S/P模式预测值与实测值的相关系数为0. 95,按S/P模式计算排烟冷却塔的烟气抬升高度是合适的。
(2)在环境风速小、逆温出现频率低、环境空气潮湿地区,采用排烟冷却塔时烟气抬升高度较高,有利于污染物稀释扩散;在环境风速大、逆温出现频率高、环境空气干燥地区,采用排烟冷却塔时烟气抬升高度较低,不利于污染物稀释扩散。
