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(jié)果表明，該脫硫系統(tǒng)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(huán)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(huán)境標準要求。
0前言
國內(nèi)某大型鋼鐵集團燒結(jié)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(nèi)外濕法脫硫系統(tǒng)設計運行的調(diào)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。濕煙氣排放不僅可以避免加裝結(jié)構(gòu)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(nèi)外專家關注的焦點。目前，國內(nèi)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(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。
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，裝機能力為495m2燒結(jié)機全煙氣脫硫(處理煙氣量13×105m3/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(shù)特點。該燒結(jié)機原煙囪建于1998年，煙囪內(nèi)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(nèi)襯的腐蝕影響，特新設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。
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(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)以及原煙囪和備用煙囪的具體設計參數(shù)，可計算該燒結(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(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(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，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(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B點時，將沿曲線BEC變化，同時伴有液態(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1972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(quán)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(tài)，即位于圖1中的B點，則從煙囪出口至重蒸發(fā)點C的距離(Δx)可用下式計算:
由以上計算結(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(huán)境條件下白色煙羽長度相應增加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(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。
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)我國國家標準GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中規(guī)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(wěn)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(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準規(guī)定限值的10%、77%、16%。
據(jù)計算得知，該脫硫系統(tǒng)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(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)我國國家標準GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中規(guī)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(wěn)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(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準規(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(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，各項污染物濃度也完全滿足GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》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)的日趨嚴格，若后期該燒結(jié)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(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(jié)脫硫系統(tǒng)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(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加高至120m以上或增設脫硝裝置。
0前言
國內(nèi)某大型鋼鐵集團燒結(jié)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(nèi)外濕法脫硫系統(tǒng)設計運行的調(diào)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。濕煙氣排放不僅可以避免加裝結(jié)構(gòu)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(nèi)外專家關注的焦點。目前，國內(nèi)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(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。
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，裝機能力為495m2燒結(jié)機全煙氣脫硫(處理煙氣量13×105m3/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(shù)特點。該燒結(jié)機原煙囪建于1998年，煙囪內(nèi)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(nèi)襯的腐蝕影響，特新設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。
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(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)以及原煙囪和備用煙囪的具體設計參數(shù)，可計算該燒結(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(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(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，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(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B點時，將沿曲線BEC變化，同時伴有液態(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1972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(quán)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(tài)，即位于圖1中的B點，則從煙囪出口至重蒸發(fā)點C的距離(Δx)可用下式計算:
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(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。
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)我國國家標準GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中規(guī)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(wěn)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(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準規(guī)定限值的10%、77%、16%。
據(jù)計算得知，該脫硫系統(tǒng)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(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)我國國家標準GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中規(guī)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(wěn)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(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準規(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(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，各項污染物濃度也完全滿足GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》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)的日趨嚴格，若后期該燒結(jié)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(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(jié)脫硫系統(tǒng)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(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加高至120m以上或增設脫硝裝置。
