脱硫衬胶管道烧结脱硫湿烟气排放对环境影响分析

脱硫衬胶管道烧结脱硫湿烟气排放对环境影响分析脱硫衬胶管道烧结脱硫湿烟气排放对环境影响分析国内某大型钢铁集团烧结机烟气脱硫工程率先采用自主研发的气喷旋冲湿法脱硫工艺，自投运以来，具有运行稳定、污染物去除效率高等显著特点。在工程建设中，通过对国内外湿法脱硫系统设计运行的调研分析和基于节省投资的实际考虑，该系统最终决定采用湿烟气排放的尾排方式。湿烟气排放不仅可以避免加装结构复杂的烟气再热器（GGH）简化脱硫工艺，还可减少大额投资和运行费用。但湿烟气排放会在大气中形成白色烟羽并伴有少量降水，俗称“烟囱雨”，从而给使用方带来一定困扰。湿法脱硫系统湿烟气排放产生的环境影响一直以来也成为国内外专家关注的焦点。目前，国内有关湿烟气排放过程中烟羽扩散的理论研究还处于起步阶段。针对该脱硫系统白色烟羽的形成情况，研究人员进行了估算分析，并初步探讨了湿烟气出口污染物所带来的环境影响。备用烟囱防腐蚀某烧结烟气脱硫工程建于2008年10月底，装机能力为495m2烧结机全烟气脱硫（处理烟气量1.3×106m3/h）。该系统自投运以来，长期保持90%以上的脱硫效率和90%以上的同步运行率，具有稳定高效的技术特点。该烧结机原烟囱建于1998年，烟囱内部铺设普通耐温砖。2008年底增设烟气脱硫工程后，考虑到湿烟气排放对原烟囱内衬的腐蚀影响，该系统特新设一自立式钢烟囱作为备用烟囱，内涂防腐层。在原烟囱未进行防腐前，脱硫后净烟气通过备用烟囱进行排放。烟羽受环境因素影响大湿烟羽的抬升高度可依照《火电厂大气污染物排放标准》中城市、丘陵情况标准进行类似估算。根据该烧结脱硫系统烟气排放参数（烟囱出口处烟气温度按54℃，环境平均温度按冬季3℃、夏季32℃来计算）以及原烟囱和备用烟囱的具体设计参数，可计算烟气热释放率、烟气抬升高度和烟囱有效源高度。该脱硫系统备用烟囱烟气抬升高度为78m～144m，有效源高度为138m～204m；原烟囱烟气抬升高度为65m～269m，有效源高度为265m～469m。由于季节气温变化的原因，烟气抬升高度冬季明显大于夏季。饱和湿烟气中的水蒸气在排放扩散的过程中会凝结形成白色烟羽，并在一定范围内产生降雨液滴。这是脱硫系统采用湿烟囱排放的一个备受争议的问题。白色烟羽的形成过程其实就是饱和湿烟气的凝结过程。加拿大某大学教授在1972年推算出适用于湿烟气排放的扩散模型，国电环境保护研究所某人士于2003年对该计算方法进行了推导处理，得出了估算湿烟气排放时白色烟羽长度的计算公式。根据该公式，研究人员计算出该烧结烟气脱硫系统中湿烟气分别从备用烟囱和原烟囱排放时白色烟羽的形成情况，具体结果见附表。由以上计算结果可知，通过备用烟囱排放，该脱硫系统白色烟羽长度在47m～187m；通过原烟囱排放，该脱硫系统白色烟羽长度在54m～212m。烟羽长度与环境温度、相对湿度、风速等因素有关。环境温度的变化对白色烟羽的形成有显著影响，夏季白色烟羽长度明显比冬季要短。当夏季环境温度比冬季环境温度高约30℃时，不同环境条件下白色烟羽长度均减少将近一半。环境相对湿度对白色烟羽长度也有影响。当环境相对湿度从76%增加到90%时，白色烟羽长度会增加至原来的2倍以上。此外，白色烟羽长度还随环境风速的增大而增大。原烟囱比备用烟囱高140m，当烟囱高度增加时，出口处风速增大。风速增加约0.8m/s时，不同环境条件下白色烟羽长度相应增加10m～20m。湿烟气对环境的影响可控研究湿烟气对环境的影响，主要考虑脱硫系统排放的净化烟气中SO2、NOx和粉尘等污染物对周围环境的影响。由于该脱硫工艺具有较高的脱硫除尘效率，经除尘脱硫后，排放烟气温度约为54℃，烟气中各类污染物含量很低，SO2浓度在50mg/m3以下，NOx浓度在200mg/m3以下，粉尘浓度在20mg/m3以下。在不同大气稳定度条件下，根据高斯烟羽扩散模型分别计算冬夏两季净烟气从备用烟囱和原烟囱排放时SO2、NOx及烟尘的地面最大落地浓度，并据此对其环境影响作出初步判断。SO2、NOx和粉尘排放浓度分别按脱硫系统CEMS（在线烟气监测系统）监测的最高值50mg/m3、200mg/m3、20mg/m3计算。根据计算得知，通过备用烟囱进行湿烟气排放时，其有效源高度冬季为205m，夏季为138m。在大气稳定度最差、污染物对环境影响最大的天气情况下，烟气通过备用烟囱排放的SO2、NOx和粉尘的最大落地浓度分别为：冬季0.02713mg/m3、0.1085mg/m3、0.02713mg/m3，夏季0.04797mg/m3、0.1919mg/m3、0.04797mg/m3。根据我国国家标准GB3095-2012《环境空气质量标准》中规定的SO2、NOx和粉尘的小时平均浓度二级标准限值（SO2：0.5mg/m3，NOx：0.25mg/m3，粉尘：0.3mg/m3）计算可知：在大气稳定度最差的天气情况下，烟气通过备用烟囱排放时，冬季SO2、NOx和粉尘的最大落地浓度分别为二级标准规定限值的5%、43%、9%，夏季SO2、NOx和粉尘的最大落地浓度分别为二级标准规定限值的10%、77%、16%。根据计算得知，当通过原烟囱进行湿烟气排放时，其有效源高度冬季为470m，夏季为265m。在大气稳定度最差、污染物对环境影响最大的天气情况下，烟气通过原烟囱排放的SO2、NOx和粉尘的最大落地浓度冬季分别为0.00693mg/m3、0.02773mg/m3、0.00693mg/m3，夏季分别为0.01564mg/m3、0.06258mg/m3、0.01564mg/m3。同理可知，在大气稳定度最差的天气情况下，烟气通过原烟囱排放时，冬季SO2、NOx和粉尘的最大落地浓度分别为二级标准规定限值的1%、11%、2%，夏季分别为二级标准规定限值的3%、25%、5%。综合可知，该脱硫系统净化烟气通过备用烟囱排放时的最大落地浓度要高于通过原烟囱排放时的最大落地浓度。在同等天气条件下，夏季时SO2、NOx和烟尘等污染物落地浓度值均要高于冬季。但即便在大气稳定度最差、污染物对环境影响最大的天气情况下，净化烟气通过备用烟囱排放，各项污染物落地浓度也完全满足GB3095-2012《环境空气质量标准》要求。考虑到国家对钢铁行业大气污染物排放控制得日趋严格，若后期该烧结机烟气脱硝压力较大，可将备用烟囱适当加高至120米以上或增设专门的脱硝装置。