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摘要：对某拟建电厂冷却塔排烟和烟囱排烟两种方式的烟气抬升高度和污染物落地浓度进行预测，并作对比分析。结果表明，冷却塔排烟比烟囱排烟的烟羽抬升高88m，污染物最大落地浓度不到烟囱排烟的一半，冷却塔排烟更有利于环境保护。
关键词：烟塔合一；环境影响；落地浓度；抬升高度
Abstract: Through prediction and analysis respectively on flue gas plume height and pollutant ground concentration of cooling tower exhaust and stack exhaust in one proposed power plant, the results showed that the plume height of cooling tower exhaust is more 88m higher than stack exhaust, the pollutant ground maximum concentration of cooling tower exhaust is nearly half of stack exhaust, the way of flue gas discharged from cooling tower is conducive to environmental protection.
Keywords: stack and cooling tower integrated, environmental impact, plume height, ground concentration
冷却塔排烟是指将火电厂燃煤烟气通过自然通风的湿冷却塔排放，即“烟塔合一”技术，该技术起源于德国，早在1967年，德国的Balcke公司就提出了烟气与冷却塔混合排放的概念，但是“烟塔合一”在国内的研究几乎处于空白，目前，通过直接引进德国技术，“烟塔合一”技术在国内已有工程实例，这种排放方式对环境的影响值得我们深入研究。本文通过对某拟建电厂的冷却塔排烟方式和烟囱排烟方式分别进行了环境影响预测和对比分析，以便电厂选择更有利于环境保护的排烟方式。
1、基本参数
某拟建电厂装机容量2×300MW，电厂地处农村地区，所在地为简单地形，大气稳定度级别多为B级，多年平均温度17.5℃，平均大气压995.6百帕，平均风速2.8m/s。拟设计的兼排烟冷却塔（以下简称烟塔）和烟囱的具体参数见表1。
表1拟建烟塔和烟囱的基本参数
注：大气稳定度根据帕斯奎尔稳定度划分方法确定；排放口处的风速按照GB/T 3840计算公式得到。
2、预测公式
2.1抬升高度预测
国内“烟塔合一”技术起步较晚，多大是引进技术，故国内在“烟塔合一”的环境预测方面也没有相关研究。德国和美国研究较多，有关的预测模式各有所长，但均存在局限性[1]。如德国汉堡大学Michael Schatzmann在1983年提出了S/P模式[2]，已被德国的标准规范[3]采用，但是环境影响评价与气象特性有很大关系，德国属于海洋性气候，我国属于大陆性气候，两国的环境标准中对于稳定度的划分也有很大差别。
Briggs公式是烟囱排放预测的经典公式，是Briggs用因次分析方法推导出的，其估算值与实测值比较接近，应用比较广泛[4]。关于冷却塔排烟的环境预测评价，我国还没有相应预测公式，环境影响评价技术导则中也没有相关说明。鉴于烟塔与烟囱有很大的相似性，现采用Briggs公式对烟塔和烟囱进行烟气抬升高度的预测。Briggs公式对高架点源应用较广，也是我国电力部门推荐的烟气抬升公式[5]。
2.2落地浓度预测
污染物排放源有效高度越高，排放的污染物对环境影响越小，但是有效源高不能直接说明污染物对地面的影响程度，并且污染物的落地浓度不仅与排放源有效高度有关，还与排放速率、排放浓度、排放口大小、气象特征、环境因素等有关，为了更深入的对比分析冷却塔排烟与烟囱排烟对地面环境的影响程度，现采用大气环境影响评价技术导则[6]中推荐的污染物落地浓度估算模式和相应的大气估算软件 Screen3System 对落地浓度进行预测计算。
3、预测结果分析
3.1抬升高度和有效高度
使用Briggs公式对烟塔与烟囱的抬升高度和有效高度的计算结果分别如图1、图2所示。由图1可知，在截止抬升条件内（水平距离小于十倍排放源高），烟囱的最大抬升高度为575m，烟塔的最大的抬升高度为663m，比烟囱高出88m，另外，在相同的水平距离下，烟塔的抬升高度一直高于烟囱。上述结果的主要因为是烟塔巨量的湿热空气[7]有着很大的热释放率和抬升动力。
虽然烟塔比烟囱有着明显的抬升高度，但是由图2可知，烟塔和烟囱的最大有效高度相差无几，分别可达778m和775m，并且在离排放源中心200m距离内，烟囱排放源有效高度大于烟塔，这是因为烟囱在建造时，一般要比冷却塔高的多。由分析可知，该拟建电厂的烟囱和烟塔在排放源有效高度指标上对环境的影响相差无几。
图1烟塔和烟囱的抬升高度图2烟塔和烟囱的有效高度
3.2落地浓度
采用现行的大气环境影响评价技术导则[6]中推荐的污染物落地浓度估算模式和相应的大气估算软件 Screen3System 对落地浓度进行预测，结果如图3所示。烟囱排放的SO2最大落地浓度0.11mg/m3，发生在下风向距離排放源1162m处；烟塔排放的SO2最大落地浓度仅为0.05mg/m3，发生在下风向距离排放源1324m处；在下风向离排放源任意距离处，烟塔排放的污染物的浓度总小于烟囱。分析可知，烟塔排放的SO2的最大落地浓度不到烟囱排放的一半，发生距离比烟囱排放大162m。这是因为冷却塔排放的巨量湿热空气，稀释了烟气中的SO2浓度，排放的巨大动能也使得污染物扩散的更远。所以，采用冷却塔排烟能够使污染物落地浓度降到更低，扩散的更远，对环境的污染更小。
4、结论与建议
(1) 拟建电厂的冷却塔排烟比烟囱排烟有更大的烟气抬升高度，但由于两者几何高度的差别，最终排放源的有效高度相差无几。
(2) 拟建电厂的冷却塔排烟比烟囱排烟有更小的污染物落地浓度和更远的扩散距离。
(3) 该拟建电厂采用冷却塔排烟方式为宜，不仅省去了烟囱，而且更有益于环境保护，污染物排放也更易于达标。
(4) 由于气象环境因素和排放源参数的不同，建议其他拟建电厂参照本预测方法针对性的做具体预测和分析，并结合经济情况选择排烟方式，但不论采取哪种方式排烟都必须满足现行的环保标准要求。
注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开
关键词：烟塔合一；环境影响；落地浓度；抬升高度
Abstract: Through prediction and analysis respectively on flue gas plume height and pollutant ground concentration of cooling tower exhaust and stack exhaust in one proposed power plant, the results showed that the plume height of cooling tower exhaust is more 88m higher than stack exhaust, the pollutant ground maximum concentration of cooling tower exhaust is nearly half of stack exhaust, the way of flue gas discharged from cooling tower is conducive to environmental protection.
Keywords: stack and cooling tower integrated, environmental impact, plume height, ground concentration
冷却塔排烟是指将火电厂燃煤烟气通过自然通风的湿冷却塔排放，即“烟塔合一”技术，该技术起源于德国，早在1967年，德国的Balcke公司就提出了烟气与冷却塔混合排放的概念，但是“烟塔合一”在国内的研究几乎处于空白，目前，通过直接引进德国技术，“烟塔合一”技术在国内已有工程实例，这种排放方式对环境的影响值得我们深入研究。本文通过对某拟建电厂的冷却塔排烟方式和烟囱排烟方式分别进行了环境影响预测和对比分析，以便电厂选择更有利于环境保护的排烟方式。
1、基本参数
某拟建电厂装机容量2×300MW，电厂地处农村地区，所在地为简单地形，大气稳定度级别多为B级，多年平均温度17.5℃，平均大气压995.6百帕，平均风速2.8m/s。拟设计的兼排烟冷却塔（以下简称烟塔）和烟囱的具体参数见表1。
表1拟建烟塔和烟囱的基本参数
注：大气稳定度根据帕斯奎尔稳定度划分方法确定；排放口处的风速按照GB/T 3840计算公式得到。
2、预测公式
2.1抬升高度预测
国内“烟塔合一”技术起步较晚，多大是引进技术，故国内在“烟塔合一”的环境预测方面也没有相关研究。德国和美国研究较多，有关的预测模式各有所长，但均存在局限性[1]。如德国汉堡大学Michael Schatzmann在1983年提出了S/P模式[2]，已被德国的标准规范[3]采用，但是环境影响评价与气象特性有很大关系，德国属于海洋性气候，我国属于大陆性气候，两国的环境标准中对于稳定度的划分也有很大差别。
Briggs公式是烟囱排放预测的经典公式，是Briggs用因次分析方法推导出的，其估算值与实测值比较接近，应用比较广泛[4]。关于冷却塔排烟的环境预测评价，我国还没有相应预测公式，环境影响评价技术导则中也没有相关说明。鉴于烟塔与烟囱有很大的相似性，现采用Briggs公式对烟塔和烟囱进行烟气抬升高度的预测。Briggs公式对高架点源应用较广，也是我国电力部门推荐的烟气抬升公式[5]。
2.2落地浓度预测
污染物排放源有效高度越高，排放的污染物对环境影响越小，但是有效源高不能直接说明污染物对地面的影响程度，并且污染物的落地浓度不仅与排放源有效高度有关，还与排放速率、排放浓度、排放口大小、气象特征、环境因素等有关，为了更深入的对比分析冷却塔排烟与烟囱排烟对地面环境的影响程度，现采用大气环境影响评价技术导则[6]中推荐的污染物落地浓度估算模式和相应的大气估算软件 Screen3System 对落地浓度进行预测计算。
3、预测结果分析
3.1抬升高度和有效高度
使用Briggs公式对烟塔与烟囱的抬升高度和有效高度的计算结果分别如图1、图2所示。由图1可知，在截止抬升条件内（水平距离小于十倍排放源高），烟囱的最大抬升高度为575m，烟塔的最大的抬升高度为663m，比烟囱高出88m，另外，在相同的水平距离下，烟塔的抬升高度一直高于烟囱。上述结果的主要因为是烟塔巨量的湿热空气[7]有着很大的热释放率和抬升动力。
虽然烟塔比烟囱有着明显的抬升高度，但是由图2可知，烟塔和烟囱的最大有效高度相差无几，分别可达778m和775m，并且在离排放源中心200m距离内，烟囱排放源有效高度大于烟塔，这是因为烟囱在建造时，一般要比冷却塔高的多。由分析可知，该拟建电厂的烟囱和烟塔在排放源有效高度指标上对环境的影响相差无几。
图1烟塔和烟囱的抬升高度图2烟塔和烟囱的有效高度
3.2落地浓度
采用现行的大气环境影响评价技术导则[6]中推荐的污染物落地浓度估算模式和相应的大气估算软件 Screen3System 对落地浓度进行预测，结果如图3所示。烟囱排放的SO2最大落地浓度0.11mg/m3，发生在下风向距離排放源1162m处；烟塔排放的SO2最大落地浓度仅为0.05mg/m3，发生在下风向距离排放源1324m处；在下风向离排放源任意距离处，烟塔排放的污染物的浓度总小于烟囱。分析可知，烟塔排放的SO2的最大落地浓度不到烟囱排放的一半，发生距离比烟囱排放大162m。这是因为冷却塔排放的巨量湿热空气，稀释了烟气中的SO2浓度，排放的巨大动能也使得污染物扩散的更远。所以，采用冷却塔排烟能够使污染物落地浓度降到更低，扩散的更远，对环境的污染更小。
4、结论与建议
(1) 拟建电厂的冷却塔排烟比烟囱排烟有更大的烟气抬升高度，但由于两者几何高度的差别，最终排放源的有效高度相差无几。
(2) 拟建电厂的冷却塔排烟比烟囱排烟有更小的污染物落地浓度和更远的扩散距离。
(3) 该拟建电厂采用冷却塔排烟方式为宜，不仅省去了烟囱，而且更有益于环境保护，污染物排放也更易于达标。
(4) 由于气象环境因素和排放源参数的不同，建议其他拟建电厂参照本预测方法针对性的做具体预测和分析，并结合经济情况选择排烟方式，但不论采取哪种方式排烟都必须满足现行的环保标准要求。
注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开