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                  江蘇天地人環保設備有限公司

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                  燒結煙氣脫硫系統濕煙氣排放的環境問題探討


                  2018-08-27 16:11:14 | 閱讀:0

                  某鋼鐵企業大型燒結煙氣濕法脫硫系統采用濕煙氣排放,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距離等環境問題進行初步分析和探討。計算結果表明,該脫硫系統當前濕煙氣排放煙羽抬升高度為78~144m,冬季明顯高于夏季;煙羽擴散長度為50-220m,隨環境溫度、相對濕度、風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境標準要求。

                  前言

                  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的氣噴旋沖濕法脫硫工藝,自投運以來,具有運行穩定,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設計運行的調研分析和基于節省投資的實際考慮,該系統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。濕法脫硫系統濕煙氣排放產生的環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,本文通過對該脫硫系統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境影響進行初步探討,最終為環??己撕凸こ淘O計提供參考性的意見。

                  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495m2燒結機全煙氣脫硫(處理煙氣量13×105m3/h)。該系統自投運以來,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,兩套煙囪的設計數據及排放濕煙氣的具體參數如表1所示。

                  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。根據該燒結脫硫系統煙氣排放參數(煙囪出口處煙氣溫度按54℃,環境平均溫度按冬季3℃、夏季32℃來計)以及原煙囪和備用煙囪的具體設計參數,可計算該燒結脫硫系統煙氣熱釋放率、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,并在一定范圍內產生降雨液滴是脫硫系統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。

                  如圖1所示,曲線BEC為飽和大氣中的水蒸氣含量隨環境溫度的變化曲線。干煙氣或處于未飽和狀態的濕煙氣排放前,其狀態位于A點,外部環境狀態位于D點,在煙氣擴散過程中,若沒有發生凝結現象,煙羽的狀態將沿直線AD變化。而飽和濕煙氣在排放過程中是會發生水蒸氣凝結的,因此濕煙氣發生狀態變化沿直線AB到達B點時,將沿曲線BEC變化,同時伴有液態水滴凝結產生。煙氣中的水蒸氣凝結成白色小霧滴從而造成煙羽呈現白色,直至擴散盡頭,煙氣溫度降低至重蒸發點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(重蒸發點)。

                  加拿大Waterloo大學Slowson教授在1972年推算出適用于濕煙氣排放的擴散模型,國電環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。假定煙羽離開煙囪口時處于飽和狀態,即位于圖1中的B點,則從煙囪出口至重蒸發點C的距離(Δx)可用下式計算:

                  由以上計算結果可知,通過備用煙囪排放,該脫硫系統白色煙羽長度為47~187m;通過原煙囪排放,該脫硫系統白色煙羽長度為54~212m;且煙羽長度隨環境溫度、相對濕度、風速等因素改變而改變。環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,當夏季環境溫度比冬季環境溫度高約30℃時,不同環境條件下白色煙羽長度均減少將近一半。環境相對濕度對白色煙羽長度也有影響,當環境相對濕度從76%增加到90%時,不同環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境風速的增大而增大。原煙囪比備用煙囪高140m,當煙囪高度增加時,出口處風速增大,風速增加約0.8m/s時,不同環境條件下白色煙羽長度相應增加10~20m。

                  3、濕煙羽的環境影響

                  濕煙羽的環境影響主要考慮脫硫系統排放凈化煙氣中SO2、NOx和粉塵等污染物對周圍環境的影響。由于該脫硫工藝具有較高的脫硫除塵效率,經除塵脫硫后,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。在不同大氣穩定度條件下,可根據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SO2、NOx及煙塵的地面最大落地濃度,具體如圖2、3所示,并據此對其環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CEMS監測的最高值50、200、20mg/m3計。

                  據計算得知,該脫硫系統通過備用煙囪進行濕煙氣排放時,其有效源高冬季為205m,夏季為138m。如圖2所示,在大氣穩定度最差,污染物對環境影響最大的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;根據我國國家標準GB3095—2012《環境空氣質量標準》中規定的SO2、NOx和粉塵的小時平均濃度二級標準限值(SO2為0.5mg/m3,NOx為0.25mg/m3,粉塵為0.3mg/m3)計算可知,在大氣穩定度最差的A級天氣情況下,煙氣通過備用煙囪排放時,冬季SO2、NOx和粉塵的最大落地濃度分別為二級標準規定限值的5%、43%、9%,夏季SO2、NOx和粉塵的最大落地濃度分別為二級標準規定限值的10%、77%、16%。

                  據計算得知,該脫硫系統通過原煙囪進行濕煙氣排放時,其有效源高冬季為470m,夏季為265m。如圖3所示,在大氣穩定度最差,污染物對環境影響最大的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。根據我國國家標準GB3095—2012《環境空氣質量標準》中規定的SO2、NOx和粉塵的小時平均濃度二級標準限值(SO2為0.5mg/m3,NOx為0.25mg/m3,粉塵為0.3mg/m3)計算可知,在大氣穩定度最差的A級天氣情況下,煙氣通過原煙囪排放時,冬季SO2、NOx和粉塵的最大落地濃度分別為二級標準規定限值的1%、11%、2%,夏季SO2、NOx和粉塵的最大落地濃度分別為二級標準規定限值的3%、25%、5%。

                  綜合可知,該脫硫系統凈化煙氣通過備用煙囪排放時的最大落地濃度要高于通過原煙囪排放時的最大落地濃度。在同等天氣條件下,夏季時SO2、NOx和煙塵等污染物落地濃度值均要高于冬季;但即便在大氣穩定度最差,污染物對環境影響最大的A級天氣情況下,該脫硫系統凈化煙氣通過備用煙囪排放,各項污染物濃度也完全滿足GB3095—2012《環境空氣質量標準》排放要求,考慮到所在地區大氣環境污染物本底值和國家鋼鐵行業大氣污染物排放控制法律法規的日趨嚴格,若后期該燒結機煙氣脫硝壓力較大,可考慮將備用煙囪適當加高至120m以上或增設專門的脫硝裝置。

                  4、結論

                  (1)該燒結脫硫系統通過備用煙囪排放,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)該燒結脫硫系統通過備用煙囪排放,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;煙羽長度隨環境溫度、相對濕度、風速等因素改變而改變。環境溫度越低,相對濕度越大,煙囪出口風速越大,白色煙羽越長。

                  (3)該燒結脫硫系統濕煙羽排放的擴散能力相對較差,但凈煙氣中SO2、NOx、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保要求。其中,NOx排放環境影響明顯,考慮到所在地區大氣環境污染物本底值和國家鋼鐵行業大氣污染物排放控制法律法規的日趨嚴格,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120m以上或增設脫硝裝置。

                   

                   

                  (轉自網絡)

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