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燒結煙氣脫硫系統(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		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年03月11日
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2012年第5期 寶鋼技術 37
燒結煙氣脫硫系統(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)大型燒結煙氣濕法脫硫系統(tǒng)采用濕煙氣排放，在國內燒結脫硫領域尚屬
首例。對該脫硫系統(tǒng)濕煙氣排放的擴散情況、煙羽長度等進行了計算，并對相關排放污染物的
最大落地濃度及其出現(xiàn)距離等環(huán)境問題進行初步分析和探討。計算結果表明，該脫硫系統(tǒng)當
前濕煙氣排放煙羽抬升高度為78～144 m，冬季明顯高于夏季；煙羽擴散長度為5O一220 m，隨
環(huán)境溫度、相對濕度、風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
度均滿足國家環(huán)境標準要求。
關鍵詞：燒結煙氣脫硫；濕煙氣排放；煙羽；擴散
中圖分類號：X703 文獻標志碼：B 文章編號：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
國內某大型鋼鐵集團燒結機煙氣脫硫工程率
先采用自主研發(fā)的氣噴旋沖濕法脫硫工藝，自投
運以來，具有運行穩(wěn)定，污染物去除效率高等顯著
特點。在工程建設中，通過對國內外濕法脫硫系
統(tǒng)設計運行的調研分析和基于節(jié)省投資的實際考
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
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構復雜的煙氣再
熱器(GGH)從而簡化脫硫工藝，還可減少工程投
資和運行費用。但濕煙氣排放會在大氣中形成白
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內外專家關注的焦點。目
前，國內有關濕煙氣排放過程中煙羽擴散的理論
研究還處于起步階段H J，本文通過對該脫硫系
統(tǒng)白色煙羽的形成情況進行估算分析，并對濕煙
氣出口污染物所帶來環(huán)境影響進行初步探討，最
終為環(huán)?？己撕凸こ淘O計提供參考性的意見。
38 寶鋼技術 2012年第5期
1 某燒結煙氣脫硫工程概況
某燒結煙氣脫硫工程建于2008年10月底，
裝機能力為495 m 燒結機全煙氣脫硫(處理煙氣
量13×10 In ／h)。該系統(tǒng)自投運以來，長期保持
90％以上的脫硫效率和90％ 以上的同步運行率，
具有穩(wěn)定高效的技術特點。該燒結機原煙囪建于
1998年，煙囪內部鋪設普通耐溫磚，2008年底增
設煙氣脫硫工程后，考慮到濕煙氣排放對原煙囪
內襯的腐蝕影響，特新設一自立式鋼煙囪作為備
用煙囪，內涂防腐層。在原煙囪未進行防腐前，脫
硫后凈煙氣通過備用煙囪進行排放，兩套煙囪的
設計數(shù)據(jù)及排放濕煙氣的具體參數(shù)如表1所示。
表1 某燒結機脫硫工程煙氣排放相關參數(shù)
Table 1 Parameters related to flue gas emission of
a sintering FGD project
工程參數(shù) 臨時煙囪 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)境風速(地面上10 m)／(In·s ) 3．
， I 冬季 3
’ l 夏季 32
環(huán)境相對濕度／％ 76～90
2 濕煙羽的抬升與擴散
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
物排放標準》中城市、丘陵情況標準進行類似估
算。根據(jù)該燒結脫硫系統(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)以及原煙囪和備用煙囪的具體設
計參數(shù)，可計算該燒結脫硫系統(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 濕煙羽的擴散長度
飽和濕煙氣中的水蒸氣在排放擴散的過程中
會凝結形成白色煙羽，并在一定范圍內產(chǎn)生降雨
液滴是脫硫系統(tǒng)采用濕煙囪排放的一個備受爭議
的問題。白色煙羽的形成過程其實就是飽和大氣
中水蒸氣的凝結過程，具體原理可用圖1來說明。
表2 某燒結脫硫系統(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，外
部環(huán)境狀態(tài)位于D點，在煙氣擴散過程中，若沒
有發(fā)生凝結現(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發(fā)生水蒸氣凝結
的，因此濕煙氣發(fā)生狀態(tài)變化沿直線AB到達B
點時，將沿曲線BEC變化，同時伴有液態(tài)水滴凝
結產(chǎn)生。煙氣中的水蒸氣凝結成白色小霧滴從而
造成煙羽呈現(xiàn)白色，直至擴散盡頭，煙氣溫度降低
至重蒸發(fā)點C點，白色煙羽開始消失。在圖1
中，B點是白色煙羽的起點，c點是白色煙羽的終
點(重蒸發(fā)點) 。
加拿大Waterloo大學Slowson教授在1 972年
推算出適用于濕煙氣排放的擴散模型，國電環(huán)境
保護研究所姚增權于2003年對該計算方法進行
了推導處理，得出估算濕煙氣排放時白色煙羽長
度的計算公式 J。假定煙羽離開煙囪口時處于
飽和狀態(tài)，即位于圖1中的B點，則從煙囪出口
周 晶等燒結煙氣脫硫系統(tǒng)濕煙氣排放的環(huán)境問題探討 39
至重蒸發(fā)點c的距離( )可用下式計算：
Ax = r 彳( ㈩
K ：
2
，(=———=_—一 (L 2z )
△r0=TpA一 (3)
AT= c—Ta (4)
上述各式中，r0為煙囪出口內半徑，m； 為煙
囪出口處環(huán)境平均風速，m／s； 。為煙氣排放速度，
m／s； 為煙氣排出煙囪時的溫度，K； 為白煙再
次蒸發(fā)點的煙氣溫度，K；依據(jù)環(huán)境空氣溫度和相
對濕度推算， 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)境風速按國家標準GB
13223-2003((火電廠大氣污染物排放標準》中公
／H 、
式： =U。。l、 lU，l 計算，式中，U 。為地面10 m高
度處平均風速，m／s，Hs為煙囪幾何高度。
根據(jù)以上公式，計算該燒結煙氣脫硫系統(tǒng)中
濕煙氣分別從備用煙囪和原煙囪排放時白色煙羽
的形成情況，具體結果如表3所示。
表3 備用煙囪和原煙囪分別排放時白色煙羽形成情況
Table 3 Parameters of smoke plume discharged from spare stack and original stack
環(huán)境風速／ 煙氣速度／ 煙囪 煙囪 煙氣 環(huán)境 環(huán)境相對 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
由以上計算結果可知，通過備用煙囪排放，該
脫硫系統(tǒng)白色煙羽長度為47～187 m；通過原煙
囪排放，該脫硫系統(tǒng)白色煙羽長度為54—212 m；
且煙羽長度隨環(huán)境溫度、相對濕度、風速等因素改
變而改變。環(huán)境溫度的變化對白色煙羽的形成有
顯著影響，夏季白色煙羽長度明顯比冬季要短，當
夏季環(huán)境溫度比冬季環(huán)境溫度高約30℃時，不同
環(huán)境條件下白色煙羽長度均減少將近一半。環(huán)境
相對濕度對白色煙羽長度也有影響，當環(huán)境相對
濕度從76％增加到90％時，不同環(huán)境條件下白色
煙羽長度會增加至原來的2倍以上。此外，白色
煙羽長度還隨環(huán)境風速的增大而增大。原煙囪比
備用煙囪高140 m，當煙囪高度增加時，出口處風
速增大，風速增加約0．8 m／s時，不同環(huán)境條件下
白色煙羽長度相應增加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)高斯煙羽擴散模型分別計
算冬夏兩季凈煙氣從備用煙囪和原煙囪排放時
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)測的最高值50、200、2O mg／m 計。
據(jù)計算得知，該脫硫系統(tǒng)通過備用煙囪進行
濕煙氣排放時，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
對環(huán)境影響最大的A級天氣情況下，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
國國家標準GB 3095-2012《環(huán)境空氣質量標
準》中規(guī)定的SO 、NO 和粉塵的小時平均濃度
二級標準限值(SO 為0．5 mg／m ，NO 為
0．25 mg／m ，粉塵為0．3 mg／m )計算可知，在大
氣穩(wěn)定度最差的A級天氣情況下，煙氣通過備用

寶鋼技術 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中，焊縫表現(xiàn)出良
好的強度性能，BSTMUF601具有等同于進口
Inconel601的焊接接頭性能。由于SUS310S和
16MnR鋼種本身強度低于BSTMUF601鋼，拉伸
試驗均斷于低強度鋼種側。
16MnR在焊接熱循環(huán)作用下，高溫熱影響區(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))，直至達到焊縫
金屬的硬度(HV)220，由于其沒有達到產(chǎn)生冷裂
紋的最高硬度(HV)350，同時其常溫缺口沖擊值
達到150 J(見圖1)，因此實際焊接過程中不需要
進行預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(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)
不會發(fā)生相變，同時由于嚴格控制焊接熱輸入，沒
有M 。C 等相的析出，因此不會影響此類鋼種在
高溫服役過程中力學性能的降低，與國外進口材
料高溫性能數(shù)據(jù)相當。
4 結論
(1)常溫力學性能以及高溫力學性能結果表
明，一定焊接工藝條件下的BSTMUF601合金具
有等同進口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；
(3)BSTMUF601合金板材焊接接頭具有與進
口材料等同的950℃高溫抗拉強度。
參考文獻
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(收稿日期：2011—12—14)
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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)該燒結脫硫系統(tǒng)通過備用煙囪排放，白
色煙羽長度在47—187 nl之間；若通過原煙囪排
放，白色煙羽長度在54—212 In之間；煙羽長度隨
環(huán)境溫度、相對濕度、風速等因素改變而改變。環(huán)
境溫度越低，相對濕度越大，煙囪出口風速越大，
白色煙羽越長。
(3)該燒結脫硫系統(tǒng)濕煙羽排放的擴散能力
相對較差，但凈煙氣中SO 、NO 、粉塵各項污染物
濃度較低，采用當前備用煙囪排放完全滿足國家
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家鋼鐵行業(yè)
大氣污染物排放控制法律法規(guī)的日趨嚴格，若后
期該燒結煙氣脫硝壓力較大，可考慮將備用煙囪
適當加高至120 1TI以上或增設脫硝裝置。
參考文獻
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