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控制雾霾需要限制烟囱高度 精选

已有 5312 次阅读 2016-12-20 10:45 |系统分类:科研笔记

控制雾霾可以考虑需要烟囱限高





雾霾侵城,秸秆不再烧,汽车限号。生活在城市里的人都诧异地想问,雾霾到底是从哪里来的? 占雾霾来源最大比例的是各种人为的燃烧。无论是煤电厂,还是工业窑炉,都需要通过烟囱排放烟气污染物。 环保部在数以万计的烟囱上安装了检测仪器,跟踪排放是否达标。


但是效果不如意,很多工厂晚上偷偷排放,或者弄坏仪器,或者加大风量降低浓度,或者不开净化设备。  在这样的局面下,让环保部24小时管好千千万万个烟囱是有难度的。 如果想管好,无论是技术成本还是管理的人员投入成本都是惊人的。这样的局面下,烟囱限高也许是个好的解决方式。


要想明白烟囱限高为何能够解决雾霾问题,首先要从烟囱的原理说起。


烟囱的工作原理和吃火锅的拔火筒是一个道理。 烟囱是通过利用热烟气和环境冷空气之间的密度差产生的自然通风能力来实现。 这个自然通风力取决于两个因素,一个是烟气的出口温度和室外温度的差,一个是烟囱高度。 温度差越大,烟囱效应越明显,烟囱高度越高,自然通风力也越大。因为越高,烟囱内外两侧空气和烟气的累计重力差越大。


烟囱抽力 = 常数 X 高度 X (1/环境温度-1/烟气温度)


有了烟囱,就不需要鼓风机把烟气排放到大气中。自然通风力量,就可以把燃烧后的污染物排放到大气中了。 但是这个公式也告诉我们同样高度的烟囱的排放能力是不同的。 烟气温度相对恒定,冬天环境温度低,烟囱排放能力就会加大。 相比夏天室外环境30度时,冬季-5度的时候,同样高度的烟囱的排放能力大约提高30%的左右。 冬季烟囱排放能力提高,也是加剧冬季雾霾重的一个原因


但是烟囱的这个公式还没有解释我们为什么要把烟囱盖得那么高。 熟悉烟囱设计的人都知道,大型烟囱高度的计算基本和拔风能力无关。 确定烟囱高度,主要是考虑满足大气污染物的扩散稀释要求,最终目的是保证地面浓度不超过《大气环境质量标准》规定的浓度限值。 就是保证烟囱排放者自己的那一小块地盘上的地面污染物浓度能够降下来。


烟囱高度的计算方法,目前应用最普遍的是按高斯模式的简化公式。





公式很长很复杂我这里就不介绍了,但是设计思路是根据烟流扩散的原理, 按污染物的地面绝对最大浓度计算的烟囱高度。烟囱排放污染物产生的地面绝对最大允许浓度应满足可得烟囱高度。



也就是说烟囱的设计和建造方法是采用,我污染,你买单的办法。根据风的情况不同,一个40米高的烟囱可以把污染物传播到0.5-5公里范围内稀释。对于单个烟囱可能是有效的,污染物稀释之后,到了一定低的浓度大家都不至于受到大的伤害。 但是对于中国现在这样动辄上百万平方公里的雾霾污染来看。 这样的设计思路是有严重问题的。因为每个人都希望通过把污染传播到别人那里去稀释。最后的结果是造成全范围的污染。


治理污染的一个重要原则是谁污染,谁买单。 烟囱设计严重违反了这个原则,是我污染,你买单。那岂有不偷偷排放,弄虚作假的道理?


烟囱高度降下来,比如修改烟囱设计规范和设计思路。 环保部未来明文规定,严禁新造10米以上烟囱。10米高度的烟囱污染半径大约是100-500米。 现有烟囱限期改正,降低高度。 那么造成空气污染的企业,无论是钢厂还是电厂才会有积极性开启净化设备,甚至自己积极主动地改造落后设备。 因为设备不改造,首先污染的厂区。 企业还有夜里偷偷排放么?也不会,如果夜里偷偷排放,第二天早上上班时候,自己的环境也是不堪忍受。


你可能会问,烧秸秆没烟囱,为啥也会造成大气污染呢。 秸秆放在旷野里,农民一百个心思一把火烧了了事。 如果堆在自己家客厅里,估计没有一个傻瓜愿意放火熏自己。 烟囱限高也是一个道理。


烟囱限高会影响烟气排放么?是否需要安装鼓风机浪费电力? 答案是否定的。从国家规范中可以看到,烟囱高度的设计主要是为了排放污染物。 烟气排放的速度不小于4m/s就可以防止倒灌。而现在的烟囱出口速度动辄20m/s。 燃烧设备的阻力没有那么大,高度降下来,同样排放量,加大烟囱直径就可以了。


环保部门还需要天天盯着烟囱排放么?既要检测浓度,还要检测流量,还要防止行贿受贿,徇私舞弊么? 也许不会完全杜绝,但是至少会把污染者治理污染的积极性调动起来。


治理污染的最重要的原则就是谁污染,谁买单。 不解决这个机制问题,出于污染者的利益驱使,恐怕永远难以解决污染问题。


烟囱限高,修改烟囱设计规范,还有很多技术细节小心斟酌,基础数据需要调研,严肃推敲。 发达国家也没有先例,可能是我国作假成风的大环境下不得以的办法。 但是这个方向值得探索。













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