火力发电厂烟囱高度影响因素的初步分析.pdf

勘测设计 隅 明 瞳田 礴豳聊 ■ 匿 嚣 嘲 发 电设计 火力发电厂烟囱高度影响因素的初步分析 火力发电厂烟囱高度 影响因素的初步分析 林伟 中国电力工程顾 问集 团公司，北京 1 0 0 1 2 0 摘要文章基于国内外规程和规 范对烟囱高度的相关规定，从烟 囱几何 高度、烟气抬升 高度和 大气污染物落 地 浓度三个方 面对烟 囱高度 的影响因素进行 了分析，并提 出 了 优化设计建议，以期 实现经济效益与环境 效益 的协 调统一 。 关键词火力发电厂；烟囱高度；影响因素环境保护 ；经济效益。 中图分类号 T M6 2 1 文献标志码B文章编号1 6 7 1 ． 9 9 1 3 2 0 1 3 0 5 ． 0 0 4 6 0 6 P r e l i mi n a r y An a l y s i s o f I n fl ue n c e Fa c t o r s o f Ch i mn e y He i g h t f o r Th e r ma l Po we r Pl a n t s LI N W le i C h i n a P o w e r E n g i n e e r i n g C o n s u l t i n g G r o u p C o r p o r a t i o n ， B e ij i n g 1 0 0 1 2 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n h o me a n d a b r o a d s t a n d a r d s p e c i fi c a t i o n s ， i n fl u e n c e f a c t o r o f t h e c h i mn e y h e i g h t i s a n a l y z e d f o r m i n t h r e e a s p e c t s g e o me t r i c a l h e i g h t ， s mo k e r i s i n g h e i g h t a n d g r o u n d d e n s i t y o f a i r c o n t a mi n a n t s ． Th e o p t i mi z e d d e s i g n me t h o d o f c h i mn e y h e i g h t i s p r o p o s e d ， S O u ni t y o f e c o n o mi c b e n e fi t a n d e n v i r o n me n t a l be n e fi t c a n b e a c h i e v e d ． K e y wor d s t h e r ma l p o we r p l a n t ； c h i mn e y h e i g h t ； i n f l u e n c e f a c t o r ； e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n ； e c o n o mi c b e n e fi t ． 1概述 近年来，随着火力发 电厂机组容量的不断 增大 ，相应的烟 囱高度也越来越高，国内已建 成大批2 1 0 m、2 4 0 m高度 的烟 囱，甚至 已出现 2 7 0 r n 高度的烟 囱。火 电厂烟 囱造价越来越高， 施工工期越来越长，施工难度越来越大。 烟囱的主要尺 寸和工艺参数 ，如烟 囱几何 高度 、出口内径 、出口烟气流速等不仅要满足 电厂生产工艺的要求，同时也必须满足环境保 护的要求 。由于大气污染物落地浓度与烟囱有 效高度 烟囱几何高度与烟气抬升高度之和 的平 方成反比，故通常采用增加烟囱几何高度的方 法来满足环境保护的要求 。但烟囱的造价大体 上与烟囱几何高度的平方成正 比；而且 当烟囱 几何高度超 过一定限度 后，进一步增加烟 囱几 何高度对改善地面环境空气质量收效甚微 ，其 环境效益也越来越差 ；同时烟囱有效高度增大 到一定程度后 ，还可能带来上部逆温 、加速形 成酸雨等环境问题 ，因此烟 囱几何高度并非越 高越 好 。 烟 囱几何 高度 设计 的基 本要 求是 在排 放源 造成 的地 面最大 落地 浓度 不超过 国家规 定 的数值 标准 下 ，力求合 理控 制烟 囱 的建 设 投 资 。 收稿 日期 2 0 1 3 0 8 1 4 作者简介林伟 1 9 6 6 一 ，男，江苏南京人，高级工程师，从事发电技术研发工作。 46 ． 2 0 1 3 g 1 0 N 第 5 期 青 风 涡 长 度鼢暨 长 度 图1建构筑物下洗示意图 为避 免出现烟羽下洗现象 ，烟囱设计时， 应执行相应 的规程、规范 ，满 足如下要求烟 囱出口处烟气速度不得小于烟囱 出口高度处环 境多年平均风速 的1 ． 5 倍 ；烟囱几何高度不小于 邻近建构筑物f 火 电厂主要指锅炉或锅炉房 ，在 北方缺水地区采用 间接空冷系统时还应考虑空 冷塔的影响 高度的2 ～2 ． 5 倍 。 根据美 国环保局颁布 的可供选择 的工业源 综合扩散模 式 I S C3 、 ，当火力发 电厂的烟囱高 度低于厂区最高建筑物高度的2 倍时，发生建筑 物尾流影响的邻近区域为建筑物 周围的矩形区 域 ，该矩形区域在沿风向轴线上从距建筑物上 风向2 倍典型尺寸处到距建筑物下风 向5 倍典型 尺寸处 ，在横风 向轴 线上从建筑物 左边界 1 ／ 2 倍 典型尺寸处到建 筑物右边界 1 ／ 2 倍典型尺 寸 处 ，其 中建筑物 的典型尺 寸为其高度和横风 向 长度之 间的较小值 见 图2 。按照 环境影 响 评价技术导则 大气环境 HJ 2 ． 2 2 0 0 8 推荐 的 AE RMOD模式 和 电厂主要建筑物 的尺寸 ，计 算 出的建筑物尾流的影响范围位于上述矩形区 域 内 。 ， 、 、 ， ， ， 、 、 ～ ／ 、 ， ， ● 、 ～ ‘ 图2建筑物尾流影响区域 48 ．2 0 1 3 年 1 0 月 第 5 期 3 ． 1 ．2烟囱几何 高度的特殊限制 凡在机场 附近的火 电厂 ，必须遵守民用机 场净 空与距离的规定 。电厂烟 囱高度 应满足机 场 净空区的要求，距离机场椭 圆型区域不同距 离和角度有不 同的净 空要求 。烟 囱高度最终需 得到省级 民用航空主管部 门的文件确认。 3 ．2烟气的抬升高度 一 般认 为烟气 的抬升 由浮 力抬 升和动 力 抬 升两 部分 组成 。浮力抬 升主 要取 决于烟 气 和 周 围大气 的密度 差 ，动力抬 升主 要取 决于 烟 囱排 烟筒 内径 、烟气 温度 和烟气 出 口流速 等 。除此 以外 ，烟气抬 升还 与大 气 的性 质 、 烟气 所处 的大气 层温度 层结 、环 境风 向和风 速等因素有关 。 目前 ，用 于计算 烟气抬 升 高度 的公式 很 多，适用条件也各不相同。以较为普遍采用的 火 电厂大气污 染物排 放标准 GB1 3 2 2 3 2 0 0 3 附录A给 出的 计 算方 法 为 依 据可 以看 出当△ 烟 囱出口处烟气温度与环境温度之 差 3 5 K时，烟气抬升高度△ 与烟气热释放率 Q 和烟囱几何高度 正相关，与烟 囱出 口处环 境风速【 ， s 成反 比。当A T 3 5 K时，烟气抬升高 度△ 圩与烟囱出口处烟气流速 和烟气热释放率 Q 正相关，与烟 囱出 口处环境风速 成反比； 烟气热释放率Q 与烟气平均定压 比热C D 、排烟 率 标态 、△ 碱 正比；烟 囱出口处环境风速 与地面1 0 m高度处平均风速 。 成正 比，与烟 囱 几何高度 的0 ． 1 5 次方成正比。 3 ． 2 ． 1采用多管集柬烟囱，增加烟气热释放率 将 电厂几 台锅炉 的烟气集 中起来排放 ，采 用多管集束烟 囱来增加烟气热释放 率是提高烟 气抬升高度的有效途经 。 3 ． 2 ． 2提 高排 烟温度 烟气的密度 比空气的密度低 ，因此烟气就 有上升的趋势 ，烟气温度越高 ，烟气 与空气 的 密度差越大 ，烟气上升浮力也就越大。