锅炉烟囱高度和内径合理性论证

刘 静

（联合泰泽环境科技发展有限公司 天津 300042）

引言

随着城市住宅建设不断深入，作为住宅小区内主要配套建设工程，集中供热锅炉房建设不断增多，燃气锅炉所排放的大气污染物，主要为颗粒物、SO2和NOx，主要通过高烟囱排放。烟囱的作用有二：一是产生自生通风力（抽力），克服烟、风道的流动阻力；二是把烟尘和有害气体引向高空，增大扩散半径，避免局部污染过重。从对环境影响的角度来看，烟囱高度越高，烟气中的有害污染物扩散的程度越大，其对环境的危害程度越小。但不可忽视的是，建设过高的烟囱对企业投资是一种负担，因为烟囱的造价大体上与烟囱高度的平方成正比。根据《锅炉房烟囱设计规范》可知，不同的锅炉房装机总容量，烟囱最低允许高度和烟囱出口内径均不同。如对于燃气锅炉而言，规范规定燃气锅炉烟囱高度应由批准的环境影响报告书（表）要求确定，且不得低于8m；单台锅炉容量在 0.7～14MW（1～20t/h）之间，烟囱出口内径约为0.25～1.0m不等。本文主要以天津地区燃气锅炉为例，烟囱在不同高度、不同内径下对大气环境的影响进行论证。

1 燃气锅炉执行标准探讨

根据环境保护工作的要求，在国土开发密度较高，环境承载能力开始减弱，或大气环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生严重大气环境污染问题而需要严格控制大气污染排放的地区属于重点地区，重点地区需要执行大气污染特别排放限值。由于天津属于重点地区，故其燃气锅炉污染物排放需要执行大气污染物特别排放限值。

1.1 国家标准

根据GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》可知：在重点地区，燃气锅炉的大气污染特别排放限值颗粒物浓度为20mg/m3、二氧化硫浓度为50mg/m3；氮氧化物浓度为150mg/m3；污染物排放监控位置为烟囱或烟道。另外规定燃气锅炉不低于8米，新建锅炉房的烟囱周围半径200m距离内有建筑物时，其烟囱应高出最高建筑物3m以上。

1.2 地方标准

根据DB12/151-2016《锅炉大气污染物排放标准》可知：新建燃气锅炉的大气污染物中排放限值颗粒物浓度为10mg/m3、二氧化硫浓度为20mg/m3；氮氧化物浓度为80mg/m3；污染物排放监控位置为烟囱或烟道。另外规定锅炉烟囱高度应符合GB13271-2014中的规定，同时，燃气锅炉额定容量在0.7MW及以下的烟囱高度不应低于8m，额定容量在0.7MW以上的烟囱高度不应低于15m。

2 预测情景设置

本文以天津市某分散式供热项目锅炉房为例，进行如下情景设置：

2.1 锅炉型号配置

本文锅炉房内锅炉型号设置情况见下表所示：

表1 锅炉房内锅炉布置情况

2.2 排气筒内径设置

根据《锅炉房规范》（GB50041-2008）、《烟囱设计规范》（GB50051-2013）、《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）、《锅炉大气污染物排放标准》等可知，一般锅炉房烟囱出口处烟气流速全负荷时控制在10～20m/s，最小负荷控制在2.5～3.0m/s之间。同时考虑烟气的出口流速和燃气锅炉钢制烟囱出口内径的参考值，本案例涉及4.2MW、7.0MW、10.5MW、14.0MW四种类型锅炉，排气筒内径设置情况具体见表4。

表2 排气筒内径情景设置

2.3 排气筒高度设置

根据GB13271-2014和DB12/151-2016《锅炉大气污染物排放标准》要求，燃油燃气锅炉额定容量在0.7MW以上的烟囱高度不应低于15m，新建锅炉房烟囱高度应高出周围半径200m范围内建筑3m以上。故本案例烟囱设计考虑15m、20m、30m三种情况。

2.4 预测情景汇总

根据以上分析，本文预测情景设置如下表所示：

表3 预测情景设置汇总

3 预测结果分析

3.1 项目点源排放参数

由于G1～G3锅炉房装机容量各有不同，本次大气环境影响预测分析以规模最大的G3号锅炉房（热负荷为50MW）为例，分析其对环境的影响。G3锅炉房污染物排放参数设置如下：

表4 项目点源排放参数

3.2 预测结果分析

根据表6点源的参数，采用Screen3Model预测模型进行预测，具体预测结果见表5所示：

通过上表分析可知，在不同高度的烟囱下，G3锅炉房排放的SO2和颗粒物贡献值和预测值均可实现达标排放（其中SO2质量标准为0.5mg/m3；颗粒物质量标准为0.45mg/m3），NOx贡献值和预测值均出现了不同程度的超标（NOx质量标准为0.25mg/m3）。

烟囱高度为15m时，NOx贡献值超标位置出现在距离20m、高度为12m～21m处，水平距离为40m、高度为12～15m处，水平距离为60m、高度为15m处；NOx预测值超标位置出现在水平距离20m、高度为12～24m处，水平距离为40m、高度为12～27m处，水平距离为60m、高度为12～15m处，水平距离为80m、高度为15m处。

烟囱高度为20m时，NOx贡献值超标位置出现在距离20m、高度为18m～27m处，水平距离为40m、高度为18m处；NOx预测值超标位置出现在水平距离20m、高度为18～27m处，水平距离为40m、高度为15～30m处，水平距离为60m、高度为18m处。

表5 G3锅炉房大气环境影响预评估汇总

注：预测值=贡献值+背景值，背景值数据引自《某环境影响报告书》中的数据，监测时间为2016年5月29日～2016年6月4日连续7天。

烟囱高度为30m时，NOx贡献值超标位置出现在距离20m、高度为27m～35m处，水平距离为40m、高度为27～30m处，水平距离为60m、高度为30m处；NOx预测值超标位置出现在水平距离20m、高度为27～35m处，水平距离为40m、高度为27～40m处，水平距离为60m、高度为30m处，水平距离为80m、高度为30m处。

结语

（1）本问采用Screen3Model预测模型进行预测，由于受软件本身的限值，其预测结果可能与分散式供热项目实施后不同距离、不同高度处实际监测值有所不同，建议建设单位在项目实施后及时对可能受影响的敏感点进行监测。

（2）本次预评估仅考虑了单个锅炉房的影响，未考虑叠加影响。由于区域计划设置有多个分散式锅炉房，建议建设单位在实施前对区域进行整体评估，并考虑区域SO2、NOx、PM10总量情况。