環(huán)境影響評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)中排氣筒出口流速影響分析

吳 凡

(山西欣國環(huán)環(huán)保科技有限公司，山西 太原 030002 )

1 概述

在氣象條件、近地層下墊面相同的條件下，通過增加煙氣的初始動(dòng)量，即增加煙氣出口流速能提高煙氣的抬升高度，對(duì)減小地面污染物濃度有很大幫助[1]。在保證滿足排氣筒設(shè)計(jì)要求的前提下適當(dāng)加大出口流速，有利于煙氣及污染物的動(dòng)力抬升和降低落地濃度[2]。煙氣出口流速應(yīng)控制在適宜的范圍內(nèi)，不宜過高或過低，出口流速過高會(huì)阻力過大經(jīng)濟(jì)不適宜，出口流速過低會(huì)造成“煙羽下洗”現(xiàn)象。

現(xiàn)行的一些技術(shù)規(guī)范或者參考資料中給出了排氣筒出口煙速范圍，如，《燒結(jié)廠設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50408-2015)的條文說明中給出了“降塵管的流速在以燒結(jié)鐵精礦為主時(shí)，取10 m/s～15 m/s，燒結(jié)鐵粉礦時(shí)流速可大于15 m/s，450 m2燒結(jié)機(jī)煙氣流速可達(dá)16.5 m/s”；《電子工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50814-2013)中規(guī)定，“排氣筒出口排(煙)氣流速不得低于該排氣筒出口處環(huán)境大氣平均風(fēng)速的1.5倍，并不宜小于15 m/s”；《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》(GB/T3840-1991)規(guī)定,“排氣筒出口處煙氣速度不得小于按5.6.1節(jié)中方法計(jì)算出風(fēng)速的1.5倍”；《大氣污染治理工程技術(shù)導(dǎo)則》(HJ2000-2010)中規(guī)定，“排氣筒的出口直徑應(yīng)根據(jù)出口流速確定，流速宜取15 m/s左右。當(dāng)采用鋼管煙囪且高度較高時(shí)或煙氣量較大時(shí)，可適當(dāng)提高出口流速至20 m/s～25 m/s左右”；《水泥工業(yè)除塵工程技術(shù)規(guī)范》(HJ434-2008)規(guī)定，“排氣筒的出口直徑宜根據(jù)氣體出口流速確定，氣體出口流速可取10 m/s～16 m/s”；《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》(CJJ90-2009)中規(guī)定，煙氣管道內(nèi)的煙氣流速宜按10 m/s～20 m/s設(shè)計(jì)；《鍋爐房實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)》中給出了機(jī)械通風(fēng)煙囪出口煙氣流速在全負(fù)荷時(shí)為12 m/s～20 m/s，微正壓燃燒的煙囪出口煙氣流速在全負(fù)荷時(shí)為10 m/s～15 m/s。

上述相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中要求排氣筒出口流速一般在10 m/s～25 m/s，不同的排氣筒出口流速對(duì)大氣預(yù)測(cè)結(jié)果的影響程度，目前尚未有研究。本文以某一具體項(xiàng)目為例，基于《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則·大氣環(huán)境》(HJ/T2.2-2008)中的AERMOD模型[3],AERMOD穩(wěn)態(tài)煙羽擴(kuò)散模型是能夠根據(jù)行星邊界層湍流結(jié)構(gòu)和一些擴(kuò)展概念計(jì)算大氣擴(kuò)散的模型[4]，通過設(shè)置排氣筒不同出口流速情形，預(yù)測(cè)分析對(duì)其對(duì)環(huán)境影響的差異。

2 案例論證

2.1 預(yù)測(cè)方案設(shè)置

以山西某鋼鐵行業(yè)為例，本文選擇有代表性的高煙囪大氣量的燒結(jié)機(jī)頭排放氮氧化物和低煙囪小氣量的活性焦篩分排放的顆粒物，分析其排氣筒不同出口內(nèi)徑及流速取值對(duì)大氣環(huán)境預(yù)測(cè)結(jié)果的影響，本文將燒結(jié)機(jī)頭和活性焦篩分排氣筒出口流速分別設(shè)為10 m/s、15 m/s、20 m/s和25 m/s進(jìn)行預(yù)測(cè)，出口內(nèi)徑根據(jù)出口流速確定。該污染源的相關(guān)參數(shù)見第225頁表1。

表1 不同情形燒結(jié)機(jī)頭點(diǎn)源參數(shù)調(diào)查表

AERMOD模型所用地面氣象參數(shù)為當(dāng)?shù)?017年全年逐日逐次地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，高空氣象數(shù)據(jù)采用中尺度氣象模式MM5模擬生成的2017年當(dāng)?shù)刂鹑崭呖諝庀竽M數(shù)據(jù)。地形數(shù)據(jù)采用CGIAR-CSI提供的SRTM地形高程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分辨率為90 m。預(yù)測(cè)范圍為15 km的矩形區(qū)域，預(yù)測(cè)網(wǎng)格采用直角坐標(biāo)網(wǎng)格及近密疏遠(yuǎn)方法布設(shè)，設(shè)置了10個(gè)敏感點(diǎn)。

2.2 預(yù)測(cè)結(jié)果

燒結(jié)機(jī)頭和活性焦篩分不同情形下各敏感點(diǎn)及最大網(wǎng)格點(diǎn)的污染物貢獻(xiàn)濃度值見表2和表3。污染物NO2和PM10執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 燒結(jié)機(jī)頭不同情形下各敏感點(diǎn)及最大網(wǎng)格點(diǎn)的NO2貢獻(xiàn)濃度 μg/m3

表3 活性焦篩分不同情形下各敏感點(diǎn)及最大網(wǎng)格點(diǎn)的PM10貢獻(xiàn)濃度 μg/m3

由預(yù)測(cè)結(jié)果可知，燒結(jié)機(jī)頭不同情形下各敏感點(diǎn)及最大網(wǎng)格點(diǎn)的NO2小時(shí)濃度、日均濃度和年均濃度變化很小，其最大網(wǎng)格點(diǎn)的小時(shí)濃度、日均濃度和年均濃度占標(biāo)率最大差值分別為0.002%、0.367%和0.018%；活性焦篩分不同情形下各敏感點(diǎn)及最大網(wǎng)格點(diǎn)的的PM10小時(shí)濃度、日均濃度和年均濃度變化很小，其最大網(wǎng)格點(diǎn)的小時(shí)濃度、日均濃度和年均濃度占標(biāo)率最大差值分別為0.841%、0.013%和0.010%。

不同出口流速對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的敏感點(diǎn)和最大網(wǎng)格點(diǎn)的小時(shí)濃度、日均濃度和年均濃度影響變化很小。

3 結(jié)論及建議

通過AERMOD模型預(yù)測(cè)分析，不論是高煙囪大氣量的污染源排氣筒還是低煙囪小氣量的污染源排氣筒，不同出口流速對(duì)敏感點(diǎn)和最大網(wǎng)格點(diǎn)的小時(shí)濃度、日均濃度和年均濃度影響變化很小。因此，在今后的環(huán)評(píng)大氣預(yù)測(cè)工作中，排氣筒的出口流速取值在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范規(guī)定的合理范圍內(nèi)對(duì)于AERMOD模型預(yù)測(cè)結(jié)果影響很小，應(yīng)更多的關(guān)注對(duì)煙氣抬升高度影響較大的其他排氣筒參數(shù)如，排氣筒的幾何高度、煙氣出口溫度等參數(shù)設(shè)置的合理性。