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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

   日期:2018-08-10     來源:《寶鋼技術(shù)》    作者:周晶 劉道清等    瀏覽:11479    評論:0    
 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,在國內(nèi)燒結(jié)脫硫領(lǐng)域尚屬首例。對該脫硫系統(tǒng)濕煙氣排放的擴(kuò)散情況、煙羽長度等進(jìn)行了計(jì)算,并對相關(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78~144m,冬季明顯高于夏季;煙羽擴(kuò)散長度為50-220m,隨環(huán)境溫度、相對濕度、風(fēng)速等因素改變而改變;凈化濕煙氣中S02、NOx和粉塵等污染物排放濃度均滿足國家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求。

0前言

國內(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,通過對國內(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。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內(nèi)外專家關(guān)注的焦點(diǎn)。目前,國內(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,本文通過對該脫硫系統(tǒng)白色煙羽的形成情況進(jìn)行估算分析,并對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。

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495m2燒結(jié)機(jī)全煙氣脫硫(處理煙氣量13×105m3/h)。該系統(tǒng)自投運(yùn)以來,長期保持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。

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78~144m,有效源高為138~204m;原煙囪煙氣抬升高度為65~269m,有效源高為265~469m。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。

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1972年推算出適用于濕煙氣排放的擴(kuò)散模型,國電環(huán)境保護(hù)研究所姚增權(quán)于2003年對該計(jì)算方法進(jìn)行了推導(dǎo)處理,得出估算濕煙氣排放時(shí)白色煙羽長度的計(jì)算公式。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),則從煙囪出口至重蒸發(fā)點(diǎn)C的距離(Δx)可用下式計(jì)算:



 
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)白色煙羽長度為47~187m;通過原煙囪排放,該脫硫系統(tǒng)白色煙羽長度為54~212m;且煙羽長度隨環(huán)境溫度、相對濕度、風(fēng)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(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(dāng)環(huán)境相對濕度從76%增加到90%時(shí),不同環(huán)境條件下白色煙羽長度會(huì)增加至原來的2倍以上。此外,白色煙羽長度還隨環(huán)境風(fēng)速的增大而增大。原煙囪比備用煙囪高140m,當(dāng)煙囪高度增加時(shí),出口處風(fēng)速增大,風(fēng)速增加約0.8m/s時(shí),不同環(huán)境條件下白色煙羽長度相應(yīng)增加10~20m。

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SO2、NOx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,SO2濃度在50mg/m3以下;NOx濃度在200mg/m3以下;粉塵濃度在20mg/m3以下,且粒徑小于15μm。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)SO2、NOx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。SO2、NOx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、20mg/m3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205m,夏季為138m。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SO2、NOx和粉塵的最大落地濃度分別為:冬季0.02713,0.10850,0.02713mg/m3,夏季0.04797,0.19190,0.04797mg/m3;根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的SO2、NOx和粉塵的小時(shí)平均濃度二級標(biāo)準(zhǔn)限值(SO2為0.5mg/m3,NOx為0.25mg/m3,粉塵為0.3mg/m3)計(jì)算可知,在大氣穩(wěn)定度最差的A級天氣情況下,煙氣通過備用煙囪排放時(shí),冬季SO2、NOx和粉塵的最大落地濃度分別為二級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值的5%、43%、9%,夏季SO2、NOx和粉塵的最大落地濃度分別為二級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值的10%、77%、16%。

據(jù)計(jì)算得知,該脫硫系統(tǒng)通過原煙囪進(jìn)行濕煙氣排放時(shí),其有效源高冬季為470m,夏季為265m。如圖3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,煙氣通過原煙囪排放的SO2、NOx和粉塵的最大落地濃度分別為:冬季0.00693,0.02773,0.00693mg/m3,夏季0.01564,0.06258,0.01564mg/m3。根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的SO2、NOx和粉塵的小時(shí)平均濃度二級標(biāo)準(zhǔn)限值(SO2為0.5mg/m3,NOx為0.25mg/m3,粉塵為0.3mg/m3)計(jì)算可知,在大氣穩(wěn)定度最差的A級天氣情況下,煙氣通過原煙囪排放時(shí),冬季SO2、NOx和粉塵的最大落地濃度分別為二級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值的1%、11%、2%,夏季SO2、NOx和粉塵的最大落地濃度分別為二級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值的3%、25%、5%。

綜合可知,該脫硫系統(tǒng)凈化煙氣通過備用煙囪排放時(shí)的最大落地濃度要高于通過原煙囪排放時(shí)的最大落地濃度。在同等天氣條件下,夏季時(shí)SO2、NOx和煙塵等污染物落地濃度值均要高于冬季;但即便在大氣穩(wěn)定度最差,污染物對環(huán)境影響最大的A級天氣情況下,該脫硫系統(tǒng)凈化煙氣通過備用煙囪排放,各項(xiàng)污染物濃度也完全滿足GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》排放要求,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(yán)格,若后期該燒結(jié)機(jī)煙氣脫硝壓力較大,可考慮將備用煙囪適當(dāng)加高至120m以上或增設(shè)專門的脫硝裝置。

4結(jié)論

(1)該燒結(jié)脫硫系統(tǒng)通過備用煙囪排放,煙氣抬升高度為78~144m;若通過原煙囪排放,煙氣抬升高度為65~269m,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,白色煙羽長度在47~187m之間;若通過原煙囪排放,白色煙羽長度在54~212m之間;煙羽長度隨環(huán)境溫度、相對濕度、風(fēng)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(fēng)速越大,白色煙羽越長。

(3)該燒結(jié)脫硫系統(tǒng)濕煙羽排放的擴(kuò)散能力相對較差,但凈煙氣中SO2、NOx、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家環(huán)保要求。其中,NOx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(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120m以上或增設(shè)脫硝裝置。
 
標(biāo)簽: 煙氣脫硫

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