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煙囪高度的設計方法
高架連續(xù)點源的典型代表就是孤立的高煙囪煙囪的作用除了利用熱煙氣與環(huán)境冷空氣之間的密度差產生的自生通風力來克服煙氣流動阻力向大氣排放外,還要把煙氣中的污染物散逸到高空之中,通過大氣的稀釋擴散能力降低污染物的濃度,使煙囪的周邊的環(huán)境處于允許的污染程度之下
1. 煙囪高度對煙氣擴散的影響
煙囪高度對擴散稀釋污染物以及降低污染物的落地濃度起著重要作用由高斯擴散模式（4－23）可見,落地最大濃度與煙囪有效高度的平方成反比一個高煙囪所造成的地面污染物濃度,總是比相同排放強度的低煙囪所造成的濃度低,如圖5－20所示其中,C(h2)＜C(h1),即煙囪下風向高煙囪的地面煙氣濃度小于低煙囪,只有當離開煙囪相當長的距離后煙氣濃度曲線才逐漸接近此外,Xmax(h2)＞Xmax(h1),Cmax(h2)＜Cmax(h1),即低煙囪的污染物最大落地濃度Cmax位于離煙囪較近的距離Xmax處,而且數值上比高煙囪污染物的最大落地濃度要大得多因此,高煙囪的作用不是將高濃度的煙氣由近處轉移至遠處,而是使下風處約10 km范圍內的煙氣濃度都降低了
煙囪的設計應合理地確定煙囪高度,做到既減少污染又不浪費因為高煙囪雖然非常有利于污染物濃度的擴散稀釋,但煙囪達到一定高度后,再繼續(xù)增加高度對污染物落地濃度的降低已無明顯作用,而煙囪的造價也近似地與煙囪高度的平方成正比因此,煙囪高度設計的基本要求是,在排放源造成的地面最大濃度不超過國家規(guī)定的數值標準下,使得建造投資費用最小
2. 煙囪高度的設計方法
煙囪高度應滿足排放總量控制的要求目前,煙囪高度的計算一般采用按煙氣在有效高度H處的正態(tài)分布擴散模式推導確定的簡化公式,主要以地面最大濃度為依據,可以有以下兩種計算方法：
（1）按污染物的地面最大濃度計算的h若國家規(guī)定的排放標準濃度為C0,當地本底濃度為Cb,則煙囪排放污染物產生的地面最大允許濃度應滿足CmaxC0－Cb如果設計有效高度為H的煙囪,當z/y＝常數（一般取0.5～1.0）時,由式：
（2）按污染物的地面絕對最大濃度計算的h 煙囪排放污染物產生的地面絕對最大允許濃度應滿足可得煙囪高度：
上述兩種計算方法的差別在于風速取值不同式取用危險風速ucr計算h,這是考慮風速變化對地面最大濃度Cmax到的影響,當風速增加時,一方面使Cmax減小（見式5－26）；另一方面,從煙流抬升公式煙流抬升高度h減小,則Cmax反而增大這雙重相反影響的結果,定會在某一風速下出現地面最大濃度的極大值,稱為地面絕對最大濃度Cabsm當出現絕對最大濃度時的風速即為危險風速ucr顯然,風速取值不同,計算結果也不同
將煙流抬升高度公式代入式中,便可得到式
3. 影響煙囪設計高度的因素
設計煙囪高度首先要考慮所用公式是否適當,能否代表實際的煙流擴散型式,其次是選擇合理的計算參數
煙囪高度設計中,選擇適當的計算公式是準確確定煙囪高度的必要條件除了上述介紹的以外,還有一些計算公式這些公式對地形地貌及氣象條件的依賴性很強,且計算結果差別也很大例如上述兩種煙囪高度計算公式,按u=5m/s和ucr＝15m/s分別計算,可達h＝0.46hcr,即按u計算的煙囪高度還不到按ucr計算結果的一半設計時應結合當地實際狀況,考慮可能出現的最不利的氣象條件,以及地面最大濃度的數值出現的頻率與持續(xù)時間,從而選擇適合相應條件的計算公式
近地面的風速是影響大氣擴散和煙囪高度的重要因素如前所述,隨著風速的增大,一方面增強了大氣對污染物擴散稀釋的能力,直接使地面最大濃度值減?。涣硪环矫鏈p小了煙流的抬升高度,降低了煙囪有效高度,反而使地面最大濃度值增大因此,當煙囪的幾何高度一定時,地面最大濃度將隨風速由小增大而出現最大值,如圖5－21所示
若按危險風速或地面絕對最大濃度要求設計煙囪高度,實際風速下地面濃度均不會超標,但煙囪高投資大；若按平均風速或地面最大濃度要求來設計,則煙囪較矮,可節(jié)省費用,但風速小于平均風速時,地面濃度可能超標因此對于不同的地區(qū),應當考慮一個合理的計算風速
通常是確定出一個地面濃度不會超標的保證率,以此確定用于煙囪高度設計的計算風速,即這個高度可保證在所確定的保證率內地面濃度不會超標對有抬升煙源的情況,用圖5－21加以說明若規(guī)定地面污染濃度不超過0.9Cabsm,由曲線查得,當風速u/ u cr＜0.52或u/ u cr＞1.92時,Cmax＜0.9 Cabsm 如果這兩區(qū)間風速的累計出現頻率為90％,此即為抬升煙源的風速保證率,則計算風速應為0.52 u cr或1.92 u cr
擴散參數對煙囪高度的設計影響也很大,選擇時還需要根據當地的氣象條件與實測zy數據的統(tǒng)計分析
污染物地面最大濃度隨煙囪的高度和出口煙氣流速的增加而降低為了保證在煙囪高度處的平均風速u較大的情況下,不因過分降低煙氣抬升高度而造成局部污染濃度過高,一般要求vS/u＞1.5當有幾個煙源相距較近時,可采用集合式的單座煙囪以提高vS考慮到設備運行有先后或啟停時的vS不致過低,還可采用多筒集合式煙囪排放但在集合溫度相差較大的煙囪排煙時,要認真考慮應當注意的是,如果煙流抬升高度主要取決于熱力抬升,則過高的vS對煙流抬升的作用并不大,反而增大了煙氣流動的阻力
根據煙氣流速度即可計算煙囪出口截面的內直徑
煙氣的干濕沉降為避免出現煙氣的干濕沉降現象,以及煙流受建筑物背風面渦流區(qū)影響,從而增加煙囪附近地區(qū)的污染濃度,要求煙囪與附近建筑物相距約20倍煙囪高度的距離,其高度不得低于周圍建筑物高度的2.5倍對于排放生產性粉塵的煙囪,其高度從地面算起應當大于15m,排氣口高度應高于主廠房最高點3m以上,煙流出口速度vS＝20～30m/s.
此外,還可以考慮改進煙囪結構例如,在煙囪出口處安裝一個帽沿狀的,向外延伸的尺寸不小于煙囪出口直徑的水平圓盤；將煙囪出口段設計成文丘里噴管形狀以提高煙氣的動力抬升高度,但不應過分增大阻力
了提高出口煙氣溫度,增加進煙氣的熱力抬升能力,在煙囪設計過程中應考慮盡量減少煙道與煙囪的散熱損失例如,一座中型火電廠的排煙溫度為150左右,如果風速為5 m/s,每提高1煙氣溫度,可使抬升高度增加約1.5m