火电厂湿式通风冷却塔向大气排放氯离子问题研究

doi:10.11894/iwt.2019-1048

火电厂湿式通风冷却塔向大气排放氯离子问题研究

苏跃进^,, 董宝林

Study on chloride ion emission to the atmosphere from wet ventilation cooling tower of thermal power plants

Su Yuejin^,, Dong Baolin

收稿日期: 2020-04-26

Received: 2020-04-26

作者简介 About authors

苏跃进(1972-),上海交通大学双学士,正高级工程师E-mail:13937181972@163.com , E-mail：13937181972@163.com

摘要

冷却塔风吹损失的液滴携带较高浓度氯离子，排放至大气后会生成氯盐细颗粒物。通过对某燃煤电厂循环水系统的补水率、排污损失率、总溶解固形物浓缩倍率进行分析计算，得到风吹损失率是经验取值的2.6倍，冷却塔氯离子排放质量浓度折合烟气排放质量浓度为39.5 mg/m³，氯离子排放因子为138.5 mg/（kW·h），折合472.7 g/t标煤，推算出2018年全国火电厂冷却塔排放的氯离子量为46万t。火电厂普遍通过湿式通风冷却塔排放水溶性离子是大气污染物监管的一个漏洞。

关键词： 湿式通风冷却塔 ; 风吹损失率 ; 氯离子 ; 排放源清单 ; 氯离子排放因子

Abstract

The high concentration of chloride ions in the droplets are discharged to the atmosphere through the wet ventilation cooling tower, which produce fine chloride salts particles. The water replenishment rate, sewage loss rate and total dissolved solids concentration rate in a coal-fired power plant's water circulating system were calculated. The wind blowing loss rate was 2.6 times of the empirical value. The chlorine ion emission concentration of the cooling tower was equivalent to 39.5 mg/m³ of the flue gas emission concentration. The chlorine ion emission factor was 138.5 mg/(kW·h), equivalent to 472.7 g/t standard coal. The chlorine ion discharged from the cooling tower amount was estimated to 460 000 tons extending to thermal power plant all over the national in 2018. It is a loophole of air pollutant supervision that water-soluble ions are generally discharged by wet ventilation cooling tower in thermal power plants.

Keywords： wet-ventilated cooling tower ; wind blowing loss rate ; chloride ion ; emission source list ; chloride ion emission factor

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本文引用格式

苏跃进, 董宝林. 火电厂湿式通风冷却塔向大气排放氯离子问题研究. 工业水处理[J], 2020, 40(10): 27-33 doi:10.11894/iwt.2019-1048

Su Yuejin. Study on chloride ion emission to the atmosphere from wet ventilation cooling tower of thermal power plants. Industrial Water Treatment[J], 2020, 40(10): 27-33 doi:10.11894/iwt.2019-1048

火电厂普遍采用的湿式通风冷却系统是大气中氯离子（Cl^-）的排放源，目前，鲜有对该系统Cl^-排放量的研究。循环水中Cl^-浓度较高，冷却塔风吹损失液滴排放至大气后液态水蒸发，液滴所携带的Cl^-会在大气中形成氯盐细颗粒物。一般认为冷却塔风吹损失对应的液态水很少，对冷却塔排放的包括Cl^-在内的水溶性离子量可忽略不计。

大气中的氯盐对雾霾、臭氧生成有明显影响。刀谞等^〔1〕在研究2013年京津冀大气颗粒物所含的水溶性离子后发现，73.9%~94.8%的水溶性离子分布在PM2.5中，冬季PM2.5所含水溶性离子中，Cl^-的占比为6.9%。氯盐具有较高的吸湿增长因子，在高湿气象条件下，氯盐潮解后的体积比原体积显著增加^〔2〕。苏跃进^〔3〕分析了火电厂湿式通风冷却塔排放水溶性离子的问题，分析表明，在风吹损失率取0.05%经验值的情况下，2017年全国火电厂冷却塔排放水溶性离子量约为1.32×10⁵ t。Cl^-对近地面的臭氧污染生成具有促进作用。对流层内Cl^-与五氧化二氮（N₂O₅）在夜间发生非均相反应生成硝酰氯（ClNO₂），ClNO₂在光照条件下会发生热解并释放出氯自由基。氯自由基具有高反应活性，可以与挥发性有机化合物（VOCs）发生反应，从而对臭氧生成产生影响。煤炭燃烧后，湿法脱硫等环保设施对烟气中的HCl有一定的脱除作用，其中，湿法脱硫的脱除率达到95.5%，估算2014年全国氯化氢（HCl）的排放量为4.58×10⁵ t^〔4〕。Yiming Liu等^〔5〕认为燃煤是主要的氯排放源，2012年中国燃煤产生的HCl和氯气（Cl₂）排放量分别为2.3×10⁵ t和9.4×10³ t。

对使用湿式通风冷却塔的火力发电厂，有必要准确分析其Cl^-排放量。一定的运行状态下，火电厂湿式通风冷却塔排放的Cl^-量约等于循环水Cl^-质量浓度和风吹损失水量的乘积。近些年来，循环水Cl^-质量浓度升高很快，Cl^-质量浓度通过硝酸银容量法可以准确获得^〔6〕。20世纪90年代，处于西北严重缺水区域的秦岭电厂循环水系统的平均浓缩倍率仅达到1.6~1.8^〔7〕，补充水Cl^-质量浓度约为60 mg/L。目前，不少工业排放废水中含有较高浓度的Cl^-，排入自然水体后，会提高自然水体的Cl^-质量浓度^〔8-9〕。无论是使用城市中水、地表水还是地下水，补充水中的Cl^-浓度都在升高。为节约用水，对循环水的浓缩倍率基本要求是达到3~5倍，需要实现废水零排放的火电厂，循环水的浓缩倍率需控制在8~10倍^〔10-12〕，循环水中的Cl^-显著富集。火电发电量增长很快，冷却塔的风吹损失水量相应快速增长^〔3〕。

及时、准确地获得火力发电厂湿式通风冷却塔风吹损失率非常困难，一般取0.05%~0.1%的经验值^{〔11, 13-17〕}。对风吹损失率的测量方法主要有2种，即滤纸增重法^〔16-19〕和等速取样法^〔20〕。赵振国等^〔21-22〕还列举了其他测量方法。这些方法的共同特点是对小粒径液滴的捕捉能力差。章立新等^〔23〕改进了飘水率收集方法，在循环水流量较高的情况下，飘水率测试结果比滤纸增重法提高了约50%。梁双印等^〔24-25〕采用高压静电装置回收冷却塔的风吹损失液滴，测试结果是经验值0.1%的6~7倍，极板间施加的电压越高，捕集的液滴量越大。

风吹损失率取值是否准确，对准确评估循环冷却系统的性能、对水量平衡法计算浓缩倍率的准确性有明显影响。对浓缩倍率的计算通常有2种方法，一种为循环水和补充水的特定成分的质量浓度比N₁，一种是用水量平衡法得到的N₂^〔26〕。钾离子（K⁺）质量浓度几乎不受循环水系统加药加酸影响^〔27〕，但所用火焰光度法测量的操作相对复杂^〔28〕。在总溶解固形物（TDS）浓度比较高的情况下，循环水中加药加酸对其测量结果影响较小，用TDS质量浓度变化计算的循环水浓缩倍率N_1TDS更接近于真实值。本研究将N_1TDS作浓缩倍率的真实值对待。

利用水量平衡方法所得N₂值应当接近于N_1TDS值，但分析后发现，N₂值比N_1TDS值始终大较多。N_1TDS计算用的参数都是测量值，N₂计算时用到的风吹损失率是经验取值、蒸发损失率依据经验公式，因此怀疑N₂值偏大可能是因为风吹损失率、蒸发损失率取值不准所致。依据水量、盐量平衡计算得到冷却塔的风吹损失率、蒸发损失率，发现风吹损失率经验值被严重低估，包括Cl^-在内的水溶性离子排放问题非常突出。

1 材料与方法

对某2×600 MW燃煤电厂的循环水系统运行结果进行分析。目标电厂使用双曲线湿式自然通风冷却塔，单塔设计循环水流量67 000 t/h，淋水面积8 500 m²，设计风吹损失率为0.1%。使用BO-160-45波形塑料除水器，风速1.5 m/s时，收水效率为95.4%^〔29〕。

根据第三方机构所做《全厂水平衡测试项目试验报告》，获得循环水系统的水量平衡参数。目标电厂按季度开展水质检测，可获得全厂较长期间内补充水、循环水的特定成分质量浓度值。目标电厂在t1~t10期间，采用地表河水做补充水源；t11~t19期间，采用城市中水做补充水源。补充水系统为2台机组的公用系统。

1.1 对风吹损失率计算条件的理想化处理

一般地，蒸发损失和风吹损失是以排放至大气的水的气液态存在形式进行区分，气态水归入蒸发损失，液态水归入风吹损失。在冷却塔排放水的过程中，伴随巨量的热交换过程，水的这2种形态始终处于变化中，并非固定不变。

为避免水的气液形态对测量和分析的影响，对风吹损失率计算条件做理想化处理。将冷却塔排放至大气的水理想化为2种类型，一种是不含特定成分的水，不管是气态还是液态存在形式，都归入蒸发损失水量；一种是和循环水所含特定成分的质量浓度相同的水，都归入风吹损失水量。

计算过程中，不考虑循环水系统加药加酸处理、大气中污染物带入循环水中特定成分的影响。根据特定成分的量的平衡关系，补充水量带入系统的特定成分量减去排污水量带出系统的量，就等于风吹损失水量带出系统的特定成分量；用风吹损失水量带出系统的特定成分量除以循环水中特定成分质量浓度，即可得到排入大气的风吹损失水量。所得蒸发损失率、风吹损失率结果与气象条件、冷却水温差条件等实现解耦。补充水量、蒸发损失水量、排污损失水量、风吹损失水量分别除以循环水量，得到补水率、蒸发损失率、排污损失率、风吹损失率。

1.2 循环水的水量、盐量平衡测量方法

循环水系统的水量、盐量平衡关系如图1所示。图1中，P_B、P_Z、P_P、P_F分别为补水率、蒸发损失率、排污损失率、风吹损失率，%；C_B、C_X分别为补充水、循环水中特定成分的质量浓度，mg/L；q为循环水流量，L/h。

图1

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图1 循环水系统水量平衡、特定成分浓度图

循环水补水流量、循环水流量采用日本富士便携式超声波流量计（FSCS10C1-00C）测量。

从图1可以得到水量平衡关系，q×P_B=q×P_Z+q×P_F+q×P_P，约去两侧q后，如式（1）所示。

(1)

按照物料平衡的原则，在循环水系统达到动态平衡状态时，即浓缩倍率值表现为稳定状态时，特定成分进入循环水系统的量等于排出量。由图1可知，进入循环水系统的特定成分量为q×P_B×C_B；排出循环水系统的特定成分量包括2部分，分别为风吹损失对应的量，即q×P_F×C_X，排污损失对应的量，即q×P_P×C_X。根据物料平衡关系，q×P_B×C_B=q×P_F×C_X+q×P_P×C_X，约去两侧q后，可得式（2）。

(2)

P_Z、P_F都难以通过测量准确获得，更难以实时动态获得。按照GB/T 50102—2014^〔29〕，冷却塔蒸发损失水量占进入冷却塔循环水量的百分数（蒸发损失率）按式（3）计算。

(3)

式中：K——环境温度系数，按平均温度结果取值；

Δt——凝汽器进出口温度差，℃。

目标电厂P_F取经验值0.1%。

P_B通过测量获得。P_P由式（1）计算获得。如果目标电厂进行水量平衡试验时能够获得P_P，对准确分析水量平衡会更有帮助。

1.3 水质分析方法

选择稳定性较好的4种特定成分的质量浓度测量结果用于N₁计算并进行比较，包括TDS、Cl^-、硫酸根离子（SO₄^2-）、K⁺。TDS采用称量法^〔30〕测定；Cl^-采用硝酸银容量法^〔6〕测定；SO₄^2-采用称量法^〔31〕测定；K⁺采用经验算法，用钠表测量钠离子（Na⁺）物质的量浓度，循环水所加药品中不含Na⁺成分，取Na⁺物质的量浓度的1/7计算得到K⁺的物质的量浓度^〔26〕。

1.4 对风吹损失率、蒸发损失率的分析方法

由式（2）可得P_F，如式（4）所示。

(4)

其中，P_B、P_P、C_B、C_X通过测量可以准确获得。

根据浓缩倍率的定义，由循环水、补充水的特定成分的质量浓度，可以得到浓缩倍率N₁，如式（5）所示。

(5)

由式（4）、式（5），得到P_F的另一种表达式，如式（6）所示。

(6)

将式（6）的P_F代入式（1），得P_Z，如式（7）所示。

(7)

由式（7）可以看出，P_Z只与P_B、N₁相关，与P_P无关。计算P_F时，需要获得准确的P_P。

由式（1）、式（2）、式（5），可以获得用水量平衡方法计算的浓缩倍率N₂，如式（8）所示。

(8)

式（8）中，P_P可以在线准确测量，如果P_Z经验公式的计算结果偏大，P_F经验取值偏小，N₂计算结果会偏大。

1.5 对特定成分排放浓度的分析方法

P_F值乘以循环水中特定成分的质量浓度值、机组额定功率时的循环水流量值，可以求得机组该特定成分额定功率下对空排放的小时排放量，如式（9）所示。

(9)

式中：M——特定成分的小时排放量，kg/h；

q_V，X——机组额定功率时的循环水流量，m³/h。

为便于理解，可计算单位发电量的特定成分排放量，如式（10）所示。

(10)

式中：m——单位发电量的特定成分对空排放量，mg/（kW·h）；

P_e——机组的额定有功功率值，kW。

为便于和烟气污染物排放浓度比较，可获得折算为单位烟气量的特定成分排放浓度值c，标态烟气量按3.5 m³/（kW·h）计算^〔32〕，如式（11）所示。

(11)

式中：c——单位烟气量的特定成分排放质量浓度值，mg/m³。

1.6 对氯离子排放因子的分析方法

由式（10）可以获得单位发电量的Cl^-排放量m_Cl。m_Cl可以作为火电厂湿式通风冷却塔的Cl^-排放因子。

也可以采用消耗吨标煤产生的Cl^-排放量作为排放因子，如式（12）所示。

(12)

式中：EF_Cl——火电厂湿式通风冷却塔的Cl^-排放因子，g/t标煤；

f_M——发电煤耗，g/（kW·h）。

2 结果与分析

2.1 不同时期的循环水水质检测结果

不同时期循环水和补充水中TDS、Cl^-、SO₄^2-、K⁺检测结果如表1、表2所示。表1为使用地表河水期间的结果，表2为使用城市中水期间的结果，部分检测期间单机运行。

表1 采用地表河水做补充水期间的水质检测结果 mg/L

检测项目		t1	t2	t3	t4	t5	t6	t7	t8	t9	t10	算术平均值
地表河水	TDS	608	669	789	700	673	792	750	688	699	778	715
	Cl^-	97	114	111	116	114	125	128	115	118	132	117
	SO₄^2-	165	206	180	163	180	250	192	191	195	214	194
	K⁺	21	29	31	29	24	32	20	25	27	31	27
#1机组循环水	TDS	2 472	1 792	2 010	2 628	2 494	2 168	—	2 056	—	1 186	2 101
	Cl^-	455	360	447	612	480	425	—	390	—	269	430
	SO₄^2-	832	643	726	867	836	769	—	774	—	393	730
	K⁺	97	79	84	119	97	86	—	77	—	45	85
#2机组循环水	TDS	1 665	—	—	—	1 729	2 460	2 785	1 263	2 469	—	2 062
	Cl^-	297	—	—	—	397	567	851	240	565	—	486
	SO₄^2-	579	—	—	—	588	826	754	462	828	—	673
	K⁺	66	—	—	—	76	95	94	42	95	—	78

注：“—”为未检验。

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表2 采用城市中水做补充水期间的水质检测结果 mg/L

检测项目		t11	t12	t13	t14	t15	t16	t17	t18	t19	算术平均值
城市中水	TDS	660	862	569	973	1 047	890	780	961	1 160	878
	Cl^-	117	216	50	201	227	175	95	150	190	158
	SO₄^2-	128	239	240	240	320	158	133	350	368	242
	K⁺	28	46	10	53	56	39	31	40	58	40
#1机组循环水	TDS	2 918	2 675	1 503	1 388	2 632	—	2 206	—	3 546	2 410
	Cl^-	704	636	289	184	550	—	410	—	800	510
	SO₄^2-	855	796	445	483	882	—	816	—	1 256	790
	K⁺	124	140	65	60	133	—	103	—	152	111
#2机组循环水	TDS	—	—	1 314	2 302	2 708	1 864	2 500	4 238	2 695	2 517
	Cl^-	—	—	195	422	618	351	406	784	590	481
	SO₄^2-	—	—	486	701	828	575	944	1 792	952	897
	K⁺	—	—	36	105	137	87	116	168	120	110

注：“—”为未检验。

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从检测结果看，地表河水的水质相对稳定，城市中水的水质有较明显波动，地表河水的各种特定成分的平均质量浓度均略低于城市中水。其中，t7组数据计算#2机组浓缩倍率、t13组数据计算#1机组浓缩倍率的结果异常，为保持数据完整性，予以保留。

2.2 循环水浓缩倍率变化

每个检测期间的C_B数据是完整的，直接取19次测量值的算术平均值作为全厂平均值。对单台机组，C_X数据存在个别期间停机缺项问题，为和C_B数据照应，对表1中每台机组的C_X平均值按照10个周期、表2中C_X平均值按照9个周期，加权平均计算该机组的C_X值，N₁值按照该机组的C_X加权平均值除以C_B平均值计算。全厂C_X、N₁平均值按照2台机组的算术平均值处理。全厂的N_1TDS、N_1Cl，N₁_硫酸根、N_1K平均值如表3所示。

表3 统计期间循环水浓缩倍率的全厂平均值

检测项目		#1机组		#2机组		全厂算术平均值
检测项目		C_X/(mg·L^-1)	N₁	C_X/(mg·L^-1)	N₁	C_X/(mg·L^-1)	N₁
TDS	792	2 247	2.84	2 278	2.88	2 262	2.86
Cl^-	136	468	3.43	484	3.55	476	3.49
SO₄^2-	216	759	3.51	779	3.60	769	3.55
K⁺	33	97	2.94	93	2.81	95	2.87

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依据水量平衡试验报告计算的各种水量平衡参数见表4。

表4 水量平衡试验参数

参数	#1机组	#2机组	平均值	备注
循环水流量/（m³·h^-1）	54 500	58 000	56 250	测量值，平均发电负荷率为80%
循环补充水流量/（m³·h^-1）	964	1 099	1 032	测量值
循环补充水率P_B/%	1.77	1.89	1.83	计算值
循环水进出口温差Δt/℃	8.6	9.5	9.1	测量值
蒸发损失率P_Z/%	1.28	1.42	1.35	经验计算公式P_Z=KΔt，平均气温为29.2 ℃，内插法得K=0.014 92
蒸发损失水量/（m³·h^-1）	699	822	761	计算值
风吹损失率P_F/%	0.1	0.1	0.1	依据经验取值，带除水器的自然通风冷却塔取0.1%
风吹损失水量/（m³·h^-1）	55	58	56.4	计算值
排污损失率P_P/%	0.39	0.38	0.38	计算值，P_P=P_B-P_Z-P_F
排污损失水量/（m³·h^-1）	210	219	214.6	计算值
依据水量平衡计算的N₂	3.64	3.97	3.80	计算值，N₂=P_B/（P_F+P_P）

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用特定成分计算的N₁均低于N₂。其中，N_1K、N_1TDS非常接近，都比较小，计算结果符合预期。N_1Cl、N_1硫酸根受循环水加药加酸处理的影响，结果相对偏高；在补充水的TDS浓度比较高的情况下，加药加酸对N_1TDS的计算结果影响较小；N_1K从Na⁺物质的量浓度推算而来，可能受循环水加药加酸中所含Na⁺影响。

2.3 蒸发损失率、风吹损失率变化

P_B、P_P取表4中水平衡试验结果，浓缩倍率取表3、表4中值，依据式（6）、式（7），可获得不同机组在不同浓缩倍率下的P_F、P_Z，如表5所示。

表5 各种浓缩倍率下的蒸发损失率、风吹损失率参数

所依浓缩倍率类型	#1机组			#2机组			算术平均值
所依浓缩倍率类型	浓缩倍率平均值	P_Z/%	P_F/%	浓缩倍率平均值	P_Z/%	P_F/%	P_Z/%	P_F/%
N₂	3.64	1.28	0.10	3.97	1.42	0.10	1.35	0.10
N_1TDS	2.84	1.15	0.24	2.88	1.24	0.28	1.19	0.26
N_1Cl	3.43	1.25	0.13	3.55	1.36	0.16	1.31	0.14
N_1硫酸根	3.51	1.26	0.12	3.60	1.37	0.15	1.32	0.13
N_1K	2.94	1.17	0.22	2.81	1.22	0.30	1.19	0.26

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用N_1TDS计算的P_F平均值0.26%接近于真实情况，是经验取值0.1%的2.6倍。

2.4 特定成分的排放量变化

按照式（9），C_X取表3中平均值，额定功率下q_V，X取设计值67 000 t/h，P_F取表5中平均值，在机组额定功率下，可求得单台机组的TDS、Cl^-小时排放量。按照式（10），可以求得单位发电量对应的TDS、Cl^-排放量。按照式（11），可以求得TDS、Cl^-折合烟气排放浓度值。按照年发电利用小时数5 000 h，可以求得单台机组TDS、Cl^-的年排放量。计算结果如表6所示。

表6 额定功率下,各种浓缩倍率下单台机组的氯离子排放浓度等参数

依据浓缩倍率类型	蒸发损失水量/(m³·h^-1)	风吹损失水量/(m³·h^-1)	TDS				Cl^-
依据浓缩倍率类型	蒸发损失水量/(m³·h^-1)	风吹损失水量/(m³·h^-1)	小时排放量/(kg·h^-1)	单位发电量排放量/(mg·kW^-1·h^-1)	折合烟气排放质量浓度/(mg·m^-3)	年排放量/(t·a^-1)	小时排放量/(kg·h^-1)	单位发电量排放量/(mg·kW^-1·h^-1)	折合烟气排放质量浓度/(mg·m^-3)	年排放量/(t·a^-1)
N₂	906.4	66.7	151.3	252.6	72.2	757.5	32.2	53.1	15.2	159.6
N_1TDS	799.2	173.9	394.3	657.9	188.0	1 973.7	83.4	138.5	39.5	415.7
N_1Cl	876.7	96.5	218.0	363.2	103.7	1 089.9	46.5	76.5	21.8	229.9
N₁_硫酸根	882.6	90.5	203.7	339.7	97.1	1 019.6	42.9	71.6	20.5	214.4
N_1K	800.4	172.7	390.7	651.9	186.3	1 955.8	82.2	137.3	39.2	412.1

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按照N_1TDS计算的Cl^-折合烟气排放质量浓度为39.5 mg/m³；TDS折合烟气排放质量浓度为188.0 mg/m³，都远远超出烟尘5 mg/m³的超低排放限值。

2.5 火电行业湿式通风冷却塔氯离子排放量分析

目标电厂使用城市中水做补充水，循环水浓缩倍率适中，Cl^-排放量具有一定的代表性，不妨用目标电厂的计算结果进行估算。

表6中，按N_1TDS计算的单位发电量Cl^-排放量m_Cl=138.5 mg/（kW·h），2018年全国火电发电量^〔33〕为4.9×10¹² kW·h，若按68%的发电量采用湿式通风冷却系统^〔34〕，估算该部分电量对应的Cl^-排放量为4.6×10⁵ t。同样方法，目标电厂单位发电量的TDS排放量为657.9 mg/（kW·h），2018年的TDS排放量估算为2.19×10⁶ t。化工、石化、钢铁等多个行业大量采用湿式通风冷却系统，对这些行业的Cl^-排放量有必要进行分析研究。

2.6 确定火电厂湿式通风冷却塔的氯离子排放因子

火电厂湿式通风冷却塔排放包括Cl^-在内的水溶性离子浓度比较高，应当被作为Cl^-排放源，也应当被作为直接雾霾物排放源。在可以准确评估P_F的情况下，可针对不同区域、不同补充水的水质条件，区分燃气和燃煤电厂，区分淡水循环和海水循环，参考火电厂的浓缩倍率控制水平，给出不同条件下的火电厂湿式通风冷却塔的Cl^-排放因子。

目标电厂单位发电量Cl^-排放量m_Cl=138.5 mg/（kW·h），该值可作为目标电厂这样一类排放源的Cl^-排放因子。2018年，全国煤电机组的平均发电煤耗为f_M=293 g/（kW·h）^〔33〕，依据式（12），可估算目标电厂这样一类排放源的折合单位标煤的Cl^-排放因子为EF_Cl=472.7 g/t标煤。

沿海部分火电厂使用海水循环冷却塔，海水冷却塔除水器的除水性能和淡水冷却塔相差不多^〔35-36〕，但海水的含盐量远远高于淡水。环渤海湾区域已经投产海水冷却塔循环流量为1.26×10⁶ t/h，装机容量11 105 MW（包括2018年投产的华能烟台八角电厂2×670 MW煤电机组）^〔37〕，这些海水冷却塔更严重的排放水溶性离子问题还未引起足够重视。

2.7 风吹损失率经验值偏小的原因分析

直接测量风吹损失率非常困难，准确性难以保证。冷却塔内流场巨大，流场分布非常复杂，在空间上存在液滴分布不均匀的问题，排放过程中水的气液态存在形式一直在变化，抽样测量结果的代表性存在不足。因蒸发作用，液态雾滴所含特定成分的质量浓度在空间分布上存在不均匀性。冷却塔内的运行状态、冷却塔外的大气条件始终在变，得到的检测结果仅能代表测量时的特定状态。

风吹损失率直接测量的结果通常偏小。冷却塔内，循环水经喷嘴雾化喷淋形成大量的小粒径液滴，小粒径液滴的气流跟随性好，比表面积大，在上升气流的裹挟下，在冷却塔内巨大的换热过程中，小粒径液滴表面蒸发，能较快地形成更小粒径的液滴，甚至形成含水量较少的气溶胶颗粒物。滤纸、等速取样装置对小粒径液滴、气溶胶的捕集效果不好。逃逸的小粒径液滴、气溶胶所含特定成分量对应的水量没有被计入风吹损失水量。

湿法脱硫的雾滴排放具有相似性。湿法脱硫的雾滴排放和冷却塔的风吹损失问题十分相似，分析湿法脱硫雾滴排放水溶性离子问题时可资借鉴。和HY/T 241—2018^〔20〕相似，GB/T 21508—2008^〔38〕仅能获得烟气中大于一定粒径（约3 μm）的液滴。湿法脱硫塔内雾化喷淋的脱硫浆液和高温烟气逆流接触，和冷却塔内的过程相似。冷却塔风吹损失率的测量存在严重低估问题，有理由认为，湿法脱硫的雾滴排放浓度测量同样可能存在被严重低估的问题。

3 结论与展望

利用湿式通风冷却塔循环冷却系统的部分测量参数，如补水率、排污损失率、循环水和补充水的特定成分质量浓度，能够比较准确地获得风吹损失率、蒸发损失率。目标燃煤电厂冷却塔风吹损失排放的Cl^-折合烟气排放质量浓度为39.5 mg/m³，TDS折合烟气排放质量浓度是188.0 mg/m³，由此估算2018年全国火电厂冷却塔的Cl^-排放量为4.6×10⁵ t、TDS排放量为2.19×10⁶ t。包括火电厂在内的湿式通风冷却塔应作为Cl^-排放源，估算Cl^-排放因子为138.5 mg/（kW·h），或472.7 g/t标煤。

对湿式通风冷却塔排放Cl^-等水溶性离子问题的研究目前几乎是空白。如果不能正确分析处理冷却塔排放包括Cl^-在内的水溶性离子问题，将是大气雾霾治理的一个漏洞。有必要考虑湿式通风冷却塔排放包括Cl^-在内的水溶性离子的检测、监管，合理控制循环水的浓缩倍率，在降低Cl^-等水溶性离子的排放量和节约用水之间需要寻找合理的平衡；采取措施减少风吹损失带来的水溶性离子排放量，研究有效减少风吹损失水量的措施，提高冷却塔除水器性能；降低火力发电的冷端损失，提高低品质热能的利用水平，降低冷却需求。减少冷却塔排放水溶性离子的最根本途径仍是提高能效，减少化石能源消耗。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

刀谞, 张霖琳, 王超, 等.

京津冀冬季与夏季PM2.5/PM10及其水溶性离子组分区域性污染特征分析

[J]. 环境化学, 2015, 34 (1): 60- 69.

URL [本文引用: 1]

[2]

叶兴南, 陈建民.

灰霾与颗粒物吸湿增长

[J]. 自然杂志, 2013, 35 (5): 337- 341.

URL [本文引用: 1]

[3]

苏跃进.

水蒸气和水溶性离子排放对雾霾暴发的影响分析

[J]. 科学与管理, 2019, 39 (2): 55- 68.

URL [本文引用: 2]

[4]

Xiao

, Wang

Tao

, Wang

Shuxiao

, et al.

Anthropogenic emissions of hydrogen chloride and fine particulate chloride in China

[J]. Environmental Science & Technology, 2018, 52 (3): 1644- 1654.

URL [本文引用: 1]

[5]

Liu

Yiming

, Fan

, Chen

Xiaoyang

, et al.

Modeling the impact of chlorine emissions from coal combustion and prescribed waste incineration on tropospheric ozone formation in China

[J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2018, 18, 2709- 2724.

DOI:10.5194/acp-18-2709-2018 [本文引用: 1]

[6]

GB/T 15453-2018工业循环冷却水和锅炉用水中氯离子的测定[S].

[本文引用: 2]

[7]

朱琴英, 董秀然.

秦岭发电厂循环冷却水提高浓缩倍率的试验研究

[J]. 水利电力技术, 1995, 11 (2): 1- 9.

URL [本文引用: 1]

[8]

GB 8978-1996污水综合排放标准[S].