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燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)濕煙氣排放的環(huán)境問題探討

文檔作者：周晶，劉道清，汪慶豐文檔來源：寶山鋼鐵股份有限公司研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年03月11日
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2012年第5期 寶鋼技術(shù) 37
燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)濕煙氣排放的環(huán)境問題探討
周 晶，劉道清，汪慶豐
(寶山鋼鐵股份有限公司研究院，上海201900)
摘要：某鋼鐵企業(yè)大型燒結(jié)煙氣濕法脫硫系統(tǒng)采用濕煙氣排放，在國(guó)內(nèi)燒結(jié)脫硫領(lǐng)域尚屬
首例。對(duì)該脫硫系統(tǒng)濕煙氣排放的擴(kuò)散情況、煙羽長(zhǎng)度等進(jìn)行了計(jì)算，并對(duì)相關(guān)排放污染物的
最大落地濃度及其出現(xiàn)距離等環(huán)境問題進(jìn)行初步分析和探討。計(jì)算結(jié)果表明，該脫硫系統(tǒng)當(dāng)
前濕煙氣排放煙羽抬升高度為78～144 m，冬季明顯高于夏季；煙羽擴(kuò)散長(zhǎng)度為5O一220 m，隨
環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速等因素改變而改變；凈化濕煙氣中SO2、NO 和粉塵等污染物排放濃
度均滿足國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求。
關(guān)鍵詞：燒結(jié)煙氣脫硫；濕煙氣排放；煙羽；擴(kuò)散
中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1008—0716(2012)05—0037—04
doi：10．3969／j．issn．1008—0716．2012．05．008
Discussion on wet flue gas emission of sintering FGD
ZHOU Jing，LIU Daoqing and WANG Qingfeng
(Research Institute，Baoshan Iron&amp;amp; Steel Co．，Ltd．，Shanghai 201900，China)
Abstract：W et flue gas emission is adopted in the sintering FGD system of an iron and steel
company for the first time in China．This paper discusses the diffusion of the emitted wet flue gas of
the sintering FGD system，calculates the length of the smoke plume，and analyzes the effects of the
pollutants in the outlet flue gas Of the environment in terms of the maximum ground concentration
and its distance．Th e results show that the rising height of the wet flue gas is about 78—144 m，
higher in winter than in summer；the diffusion length of the smoke plume is about 50—220 m，and
changes with the temperature， relative humidity， wind velocity and SO on； the emission
concentrations of SO2，NO and dust in the outlet flue gas are lower than the values stipulated in the
state environmental standard of China．
Key words：sintering FGD；wet flue gas emission；plume；diffusion
U 刖昌
國(guó)內(nèi)某大型鋼鐵集團(tuán)燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫工程率
先采用自主研發(fā)的氣噴旋沖濕法脫硫工藝，自投
運(yùn)以來，具有運(yùn)行穩(wěn)定，污染物去除效率高等顯著
特點(diǎn)。在工程建設(shè)中，通過對(duì)國(guó)內(nèi)外濕法脫硫系
統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行的調(diào)研分析和基于節(jié)省投資的實(shí)際考
慮，該系統(tǒng)最終決定采用濕煙氣排放的尾排方式。
周 晶工程師1983年生2007年畢業(yè)于武漢大學(xué)
現(xiàn)從事環(huán)境工程研究電話26643972
E-mail zhouj@baostee1．com
濕煙氣排放不僅可以避免加裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的煙氣再
熱器(GGH)從而簡(jiǎn)化脫硫工藝，還可減少工程投
資和運(yùn)行費(fèi)用。但濕煙氣排放會(huì)在大氣中形成白
色煙羽并伴有少量煙囪雨，從而給使用方帶來一
定困擾。濕法脫硫系統(tǒng)濕煙氣排放產(chǎn)生的環(huán)境影
響一直以來也成為了國(guó)內(nèi)外專家關(guān)注的焦點(diǎn)。目
前，國(guó)內(nèi)有關(guān)濕煙氣排放過程中煙羽擴(kuò)散的理論
研究還處于起步階段H J，本文通過對(duì)該脫硫系
統(tǒng)白色煙羽的形成情況進(jìn)行估算分析，并對(duì)濕煙
氣出口污染物所帶來環(huán)境影響進(jìn)行初步探討，最
終為環(huán)?？己撕凸こ淘O(shè)計(jì)提供參考性的意見。
38 寶鋼技術(shù) 2012年第5期
1 某燒結(jié)煙氣脫硫工程概況
某燒結(jié)煙氣脫硫工程建于2008年10月底，
裝機(jī)能力為495 m 燒結(jié)機(jī)全煙氣脫硫(處理煙氣
量13×10 In ／h)。該系統(tǒng)自投運(yùn)以來，長(zhǎng)期保持
90％以上的脫硫效率和90％ 以上的同步運(yùn)行率，
具有穩(wěn)定高效的技術(shù)特點(diǎn)。該燒結(jié)機(jī)原煙囪建于
1998年，煙囪內(nèi)部鋪設(shè)普通耐溫磚，2008年底增
設(shè)煙氣脫硫工程后，考慮到濕煙氣排放對(duì)原煙囪
內(nèi)襯的腐蝕影響，特新設(shè)一自立式鋼煙囪作為備
用煙囪，內(nèi)涂防腐層。在原煙囪未進(jìn)行防腐前，脫
硫后凈煙氣通過備用煙囪進(jìn)行排放，兩套煙囪的
設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及排放濕煙氣的具體參數(shù)如表1所示。
表1 某燒結(jié)機(jī)脫硫工程煙氣排放相關(guān)參數(shù)
Table 1 Parameters related to flue gas emission of
a sintering FGD project
工程參數(shù) 臨時(shí)煙囪 原煙囪
煙氣量／(In ·h一 ) 13×105
出1：3煙氣速度／(in·s ) 9．38
出口煙氣溫度／qC 54
煙囪出口半徑／m 3．5
煙囪高度／m 60 200
環(huán)境風(fēng)速(地面上10 m)／(In·s ) 3．
， I 冬季 3
’ l 夏季 32
環(huán)境相對(duì)濕度／％ 76～90
2 濕煙羽的抬升與擴(kuò)散
2．1 濕煙羽的抬升高度
濕煙羽的抬升高度可依照《火電廠大氣污染
物排放標(biāo)準(zhǔn)》中城市、丘陵情況標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行類似估
算。根據(jù)該燒結(jié)脫硫系統(tǒng)煙氣排放參數(shù)(煙囪出
口處煙氣溫度按54℃ ，環(huán)境平均溫度按冬季3℃ 、
夏季32℃來計(jì))以及原煙囪和備用煙囪的具體設(shè)
計(jì)參數(shù)，可計(jì)算該燒結(jié)脫硫系統(tǒng)煙氣熱釋放率、煙
氣抬升高度和煙囪有效源高，具體如表2所示。
由表2可知，該脫硫系統(tǒng)備用煙囪煙氣抬升
高度為78～l44 In，有效源高為138—204 In；原煙
囪煙氣抬升高度為65～269 m，有效源高為265～
469 In。由于季節(jié)氣溫變化的原因，煙氣抬升高度
冬季明顯高于夏季。
2．2 濕煙羽的擴(kuò)散長(zhǎng)度
飽和濕煙氣中的水蒸氣在排放擴(kuò)散的過程中
會(huì)凝結(jié)形成白色煙羽，并在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生降雨
液滴是脫硫系統(tǒng)采用濕煙囪排放的一個(gè)備受爭(zhēng)議
的問題。白色煙羽的形成過程其實(shí)就是飽和大氣
中水蒸氣的凝結(jié)過程，具體原理可用圖1來說明。
表2 某燒結(jié)脫硫系統(tǒng)煙氣抬升具體參數(shù)
Table 2 Parameters related to plume rise of
a sinter plant FGD project
熱釋放率／ 煙氣抬升 有效源高／
(kJ·s一 ) 高度／m
冬季 25 415 144．73 2o4．73
備用煙囪
夏季 10 963 78．34 138．34
冬季 25 415 269．61 469．61
原煙囪
夏季 10 963 65．40 265．40
騫
、
蜊
捉
鞭
圖1 飽和大氣中的水蒸氣含量隨溫度變化曲線
Fig．1 Variation curve of water vapour content in
saturated air with temperature
如圖1所示，曲線BEC為飽和大氣中的水蒸
氣含量隨環(huán)境溫度的變化曲線。干煙氣或處于未
飽和狀態(tài)的濕煙氣排放前，其狀態(tài)位于A點(diǎn)，外
部環(huán)境狀態(tài)位于D點(diǎn)，在煙氣擴(kuò)散過程中，若沒
有發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象，煙羽的狀態(tài)將沿直線AD變化。
而飽和濕煙氣在排放過程中是會(huì)發(fā)生水蒸氣凝結(jié)
的，因此濕煙氣發(fā)生狀態(tài)變化沿直線AB到達(dá)B
點(diǎn)時(shí)，將沿曲線BEC變化，同時(shí)伴有液態(tài)水滴凝
結(jié)產(chǎn)生。煙氣中的水蒸氣凝結(jié)成白色小霧滴從而
造成煙羽呈現(xiàn)白色，直至擴(kuò)散盡頭，煙氣溫度降低
至重蒸發(fā)點(diǎn)C點(diǎn)，白色煙羽開始消失。在圖1
中，B點(diǎn)是白色煙羽的起點(diǎn)，c點(diǎn)是白色煙羽的終
點(diǎn)(重蒸發(fā)點(diǎn)) 。
加拿大Waterloo大學(xué)Slowson教授在1 972年
推算出適用于濕煙氣排放的擴(kuò)散模型，國(guó)電環(huán)境
保護(hù)研究所姚增權(quán)于2003年對(duì)該計(jì)算方法進(jìn)行
了推導(dǎo)處理，得出估算濕煙氣排放時(shí)白色煙羽長(zhǎng)
度的計(jì)算公式 J。假定煙羽離開煙囪口時(shí)處于
飽和狀態(tài)，即位于圖1中的B點(diǎn)，則從煙囪出口
周 晶等燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)濕煙氣排放的環(huán)境問題探討 39
至重蒸發(fā)點(diǎn)c的距離( )可用下式計(jì)算：
Ax = r 彳( ㈩
K ：
2
，(=———=_—一 (L 2z )
△r0=TpA一 (3)
AT= c—Ta (4)
上述各式中，r0為煙囪出口內(nèi)半徑，m； 為煙
囪出口處環(huán)境平均風(fēng)速，m／s； 。為煙氣排放速度，
m／s； 為煙氣排出煙囪時(shí)的溫度，K； 為白煙再
次蒸發(fā)點(diǎn)的煙氣溫度，K；依據(jù)環(huán)境空氣溫度和相
對(duì)濕度推算， 為環(huán)境大氣溫度，K；O／為卷入因
子，O／=0．34。煙囪出口處環(huán)境風(fēng)速按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB
13223-2003((火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中公
／H 、
式： =U。。l、 lU，l 計(jì)算，式中，U 。為地面10 m高
度處平均風(fēng)速，m／s，Hs為煙囪幾何高度。
根據(jù)以上公式，計(jì)算該燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)中
濕煙氣分別從備用煙囪和原煙囪排放時(shí)白色煙羽
的形成情況，具體結(jié)果如表3所示。
表3 備用煙囪和原煙囪分別排放時(shí)白色煙羽形成情況
Table 3 Parameters of smoke plume discharged from spare stack and original stack
環(huán)境風(fēng)速／ 煙氣速度／ 煙囪 煙囪 煙氣 環(huán)境 環(huán)境相對(duì) 煙羽有效 白色煙羽 季節(jié)
(m·s一 ) (m·s一 ) 半徑／m 高度／m 溫度／oC 溫度／℃ 濕度／％ 高度／m 長(zhǎng)度／m
3 76 2o4．7 82．2 冬
3 90 204．7 l87．3 冬
備用煙囪 4．10 9．38 3．5 60 54
32 76 138．3 47．7 夏
32 90 138．3 94．9 夏
3 76 469．6 93．4 冬
3 90 469．6 212．8 冬
原煙囪 4．86 9．38 3．5 200 54
32 76 265．4 54．2 夏
32 90 265．4 107．8 夏
由以上計(jì)算結(jié)果可知，通過備用煙囪排放，該
脫硫系統(tǒng)白色煙羽長(zhǎng)度為47～187 m；通過原煙
囪排放，該脫硫系統(tǒng)白色煙羽長(zhǎng)度為54—212 m；
且煙羽長(zhǎng)度隨環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速等因素改
變而改變。環(huán)境溫度的變化對(duì)白色煙羽的形成有
顯著影響，夏季白色煙羽長(zhǎng)度明顯比冬季要短，當(dāng)
夏季環(huán)境溫度比冬季環(huán)境溫度高約30℃時(shí)，不同
環(huán)境條件下白色煙羽長(zhǎng)度均減少將近一半。環(huán)境
相對(duì)濕度對(duì)白色煙羽長(zhǎng)度也有影響，當(dāng)環(huán)境相對(duì)
濕度從76％增加到90％時(shí)，不同環(huán)境條件下白色
煙羽長(zhǎng)度會(huì)增加至原來的2倍以上。此外，白色
煙羽長(zhǎng)度還隨環(huán)境風(fēng)速的增大而增大。原煙囪比
備用煙囪高140 m，當(dāng)煙囪高度增加時(shí)，出口處風(fēng)
速增大，風(fēng)速增加約0．8 m／s時(shí)，不同環(huán)境條件下
白色煙羽長(zhǎng)度相應(yīng)增加10～20 m。
3 濕煙羽的環(huán)境影響
濕煙羽的環(huán)境影響主要考慮脫硫系統(tǒng)排放凈
化煙氣中SO 、NO 和粉塵等污染物對(duì)周圍環(huán)境
的影響。由于該脫硫工藝具有較高的脫硫除塵效
率，經(jīng)除塵脫硫后，排放煙氣溫度約為54℃ ，煙氣
中各類污染物含量很低，sO 濃度在50 mg／m 以
下；NO 濃度在200 mg／m 以下；粉塵濃度在
20 mg／m 以下，且粒徑小于15 m。在不同大氣
穩(wěn)定度條件下，可根據(jù)高斯煙羽擴(kuò)散模型分別計(jì)
算冬夏兩季凈煙氣從備用煙囪和原煙囪排放時(shí)
SO 、NO 及煙塵的地面最大落地濃度，具體如圖
2、3所示，并據(jù)此對(duì)其環(huán)境影響作出初步判斷。
SO 、NO 和粉塵排放濃度分別按脫硫系統(tǒng)CEMS
監(jiān)測(cè)的最高值50、200、2O mg／m 計(jì)。
據(jù)計(jì)算得知，該脫硫系統(tǒng)通過備用煙囪進(jìn)行
濕煙氣排放時(shí)，其有效源高冬季為205 m，夏季為
138 m。如圖2所示，在大氣穩(wěn)定度最差，污染物
對(duì)環(huán)境影響最大的A級(jí)天氣情況下，煙氣通過備
用煙囪排放的SO 、NO 和粉塵的最大落地濃度
分別為：冬季0．027 13，0．108 50，0．027 13 mg／m ，
夏季0．047 97，0．191 90，0．047 97 me,／m ；根據(jù)我
國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 3095-2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)
準(zhǔn)》中規(guī)定的SO 、NO 和粉塵的小時(shí)平均濃度
二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(SO 為0．5 mg／m ，NO 為
0．25 mg／m ，粉塵為0．3 mg／m )計(jì)算可知，在大
氣穩(wěn)定度最差的A級(jí)天氣情況下，煙氣通過備用

寶鋼技術(shù) 2012年第5期
沒有顯著的粗化(圖3(a)、(b)、(c))，粗晶區(qū)的
寬度很小，因此在常溫拉伸試驗(yàn)中，焊縫表現(xiàn)出良
好的強(qiáng)度性能，BSTMUF601具有等同于進(jìn)口
Inconel601的焊接接頭性能。由于SUS310S和
16MnR鋼種本身強(qiáng)度低于BSTMUF601鋼，拉伸
試驗(yàn)均斷于低強(qiáng)度鋼種側(cè)。
16MnR在焊接熱循環(huán)作用下，高溫?zé)嵊绊憛^(qū)
的組織發(fā)生相變，有相變馬氏體的產(chǎn)生，因此
HAZ的硬度顯著升高(圖2(b))，直至達(dá)到焊縫
金屬的硬度(HV)220，由于其沒有達(dá)到產(chǎn)生冷裂
紋的最高硬度(HV)350，同時(shí)其常溫缺口沖擊值
達(dá)到150 J(見圖1)，因此實(shí)際焊接過程中不需要
進(jìn)行預(yù)熱以及焊后熱處理等。
BSTMUF601與Inconel601不但具有等同的
常溫拉伸性能，且其焊接熱影響區(qū)硬度值也具有
相同的變化趨勢(shì)(圖2(a)、(d))。原因是Ni—Cr
— Fe合金系在焊接熱循環(huán)作用下焊接熱影響區(qū)
不會(huì)發(fā)生相變，同時(shí)由于嚴(yán)格控制焊接熱輸入，沒
有M 。C 等相的析出，因此不會(huì)影響此類鋼種在
高溫服役過程中力學(xué)性能的降低，與國(guó)外進(jìn)口材
料高溫性能數(shù)據(jù)相當(dāng)。
4 結(jié)論
(1)常溫力學(xué)性能以及高溫力學(xué)性能結(jié)果表
明，一定焊接工藝條件下的BSTMUF601合金具
有等同進(jìn)口Inconel601的性能水平；
(2)組織分析表明，BSTMUF601鋼同種及異
種焊接，其熱影響區(qū)沒有顯著的粗化，HAZ顯微
硬度值具有與Inconel601等同變化趨勢(shì)；
(3)BSTMUF601合金板材焊接接頭具有與進(jìn)
口材料等同的950℃高溫抗拉強(qiáng)度。
參考文獻(xiàn)
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(上接第40頁)
氣抬升高度為65—269 in，且冬季煙氣抬升高度
明顯高于夏季。
(2)該燒結(jié)脫硫系統(tǒng)通過備用煙囪排放，白
色煙羽長(zhǎng)度在47—187 nl之間；若通過原煙囪排
放，白色煙羽長(zhǎng)度在54—212 In之間；煙羽長(zhǎng)度隨
環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速等因素改變而改變。環(huán)
境溫度越低，相對(duì)濕度越大，煙囪出口風(fēng)速越大，
白色煙羽越長(zhǎng)。
(3)該燒結(jié)脫硫系統(tǒng)濕煙羽排放的擴(kuò)散能力
相對(duì)較差，但凈煙氣中SO 、NO 、粉塵各項(xiàng)污染物
濃度較低，采用當(dāng)前備用煙囪排放完全滿足國(guó)家
環(huán)保要求。其中，NO 排放環(huán)境影響明顯，考慮到
所在地區(qū)大氣環(huán)境污染物本底值和國(guó)家鋼鐵行業(yè)
大氣污染物排放控制法律法規(guī)的日趨嚴(yán)格，若后
期該燒結(jié)煙氣脫硝壓力較大，可考慮將備用煙囪
適當(dāng)加高至120 1TI以上或增設(shè)脫硝裝置。
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