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烧结烟气脱硫系统湿烟气排放的环境问题探讨

文档作者：周晶，刘道清，汪庆丰文档来源：宝山钢铁股份有限公司研究院		点击数：	更新时间： 2022年03月11日
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2012年第5期 宝钢技术 37
烧结烟气脱硫系统湿烟气排放的环境问题探讨
周 晶，刘道清，汪庆丰
(宝山钢铁股份有限公司研究院，上海201900)
摘要：某钢铁企业大型烧结烟气湿法脱硫系统采用湿烟气排放，在国内烧结脱硫领域尚属
首例。对该脱硫系统湿烟气排放的扩散情况、烟羽长度等进行了计算，并对相关排放污染物的
最大落地浓度及其出现距离等环境问题进行初步分析和探讨。计算结果表明，该脱硫系统当
前湿烟气排放烟羽抬升高度为78～144 m，冬季明显高于夏季；烟羽扩散长度为5O一220 m，随
环境温度、相对湿度、风速等因素改变而改变；净化湿烟气中SO2、NO 和粉尘等污染物排放浓
度均满足国家环境标准要求。
关键词：烧结烟气脱硫；湿烟气排放；烟羽；扩散
中图分类号：X703 文献标志码：B 文章编号：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
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。
周 晶工程师1983年生2007年毕业于武汉大学
现从事环境工程研究电话26643972
E-mail zhouj@baostee1．com
湿烟气排放不仅可以避免加装结构复杂的烟气再
热器(GGH)从而简化脱硫工艺，还可减少工程投
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
响一直以来也成为了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H J，本文通过对该脱硫系
统白色烟羽的形成情况进行估算分析，并对湿烟
气出口污染物所带来环境影响进行初步探讨，最
终为环保考核和工程设计提供参考性的意见。
38 宝钢技术 2012年第5期
1 某烧结烟气脱硫工程概况
某烧结烟气脱硫工程建于2008年10月底，
装机能力为495 m 烧结机全烟气脱硫(处理烟气
量13×10 In ／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，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，两套烟囱的
设计数据及排放湿烟气的具体参数如表1所示。
表1 某烧结机脱硫工程烟气排放相关参数
Table 1 Parameters related to flue gas emission of
a sintering FGD project
工程参数 临时烟囱 原烟囱
烟气量／(In ·h一 ) 13×105
出1：3烟气速度／(in·s ) 9．38
出口烟气温度／qC 54
烟囱出口半径／m 3．5
烟囱高度／m 60 200
环境风速(地面上10 m)／(In·s ) 3．
， I 冬季 3
’ l 夏季 32
环境相对湿度／％ 76～90
2 湿烟羽的抬升与扩散
2．1 湿烟羽的抬升高度
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)以及原烟囱和备用烟囱的具体设
计参数，可计算该烧结脱硫系统烟气热释放率、烟
气抬升高度和烟囱有效源高，具体如表2所示。
由表2可知，该脱硫系统备用烟囱烟气抬升
高度为78～l44 In，有效源高为138—204 In；原烟
囱烟气抬升高度为65～269 m，有效源高为265～
469 In。由于季节气温变化的原因，烟气抬升高度
冬季明显高于夏季。
2．2 湿烟羽的扩散长度
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大气
中水蒸气的凝结过程，具体原理可用图1来说明。
表2 某烧结脱硫系统烟气抬升具体参数
Table 2 Parameters related to plume rise of
a sinter plant FGD project
热释放率／ 烟气抬升 有效源高／
(kJ·s一 ) 高度／m
冬季 25 415 144．73 2o4．73
备用烟囱
夏季 10 963 78．34 138．34
冬季 25 415 269．61 469．61
原烟囱
夏季 10 963 65．40 265．40
骞
、
蜊
捉
鞭
图1 饱和大气中的水蒸气含量随温度变化曲线
Fig．1 Variation curve of water vapour content in
saturated air with temperature
如图1所示，曲线BEC为饱和大气中的水蒸
气含量随环境温度的变化曲线。干烟气或处于未
饱和状态的湿烟气排放前，其状态位于A点，外
部环境状态位于D点，在烟气扩散过程中，若没
有发生凝结现象，烟羽的状态将沿直线AD变化。
而饱和湿烟气在排放过程中是会发生水蒸气凝结
的，因此湿烟气发生状态变化沿直线AB到达B
点时，将沿曲线BEC变化，同时伴有液态水滴凝
结产生。烟气中的水蒸气凝结成白色小雾滴从而
造成烟羽呈现白色，直至扩散尽头，烟气温度降低
至重蒸发点C点，白色烟羽开始消失。在图1
中，B点是白色烟羽的起点，c点是白色烟羽的终
点(重蒸发点) 。
加拿大Waterloo大学Slowson教授在1 972年
推算出适用于湿烟气排放的扩散模型，国电环境
保护研究所姚增权于2003年对该计算方法进行
了推导处理，得出估算湿烟气排放时白色烟羽长
度的计算公式 J。假定烟羽离开烟囱口时处于
饱和状态，即位于图1中的B点，则从烟囱出口
周 晶等烧结烟气脱硫系统湿烟气排放的环境问题探讨 39
至重蒸发点c的距离( )可用下式计算：
Ax = r 彳( ㈩
K ：
2
，(=———=_—一 (L 2z )
△r0=TpA一 (3)
AT= c—Ta (4)
上述各式中，r0为烟囱出口内半径，m； 为烟
囱出口处环境平均风速，m／s； 。为烟气排放速度，
m／s； 为烟气排出烟囱时的温度，K； 为白烟再
次蒸发点的烟气温度，K；依据环境空气温度和相
对湿度推算， 为环境大气温度，K；O／为卷入因
子，O／=0．34。烟囱出口处环境风速按国家标准GB
13223-2003((火电厂大气污染物排放标准》中公
／H 、
式： =U。。l、 lU，l 计算，式中，U 。为地面10 m高
度处平均风速，m／s，Hs为烟囱几何高度。
根据以上公式，计算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，具体结果如表3所示。
表3 备用烟囱和原烟囱分别排放时白色烟羽形成情况
Table 3 Parameters of smoke plume discharged from spare stack and original stack
环境风速／ 烟气速度／ 烟囱 烟囱 烟气 环境 环境相对 烟羽有效 白色烟羽 季节
(m·s一 ) (m·s一 ) 半径／m 高度／m 温度／oC 温度／℃ 湿度／％ 高度／m 长度／m
3 76 2o4．7 82．2 冬
3 90 204．7 l87．3 冬
备用烟囱 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
原烟囱 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为47～187 m；通过原烟
囱排放，该脱硫系统白色烟羽长度为54—212 m；
且烟羽长度随环境温度、相对湿度、风速等因素改
变而改变。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，不同环境条件下白色
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140 m，当烟囱高度增加时，出口处风
速增大，风速增加约0．8 m／s时，不同环境条件下
白色烟羽长度相应增加10～20 m。
3 湿烟羽的环境影响
湿烟羽的环境影响主要考虑脱硫系统排放净
化烟气中SO 、NO 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，sO 浓度在50 mg／m 以
下；NO 浓度在200 mg／m 以下；粉尘浓度在
20 mg／m 以下，且粒径小于15 m。在不同大气
稳定度条件下，可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
SO 、NO 及烟尘的地面最大落地浓度，具体如图
2、3所示，并据此对其环境影响作出初步判断。
SO 、NO 和粉尘排放浓度分别按脱硫系统CEMS
监测的最高值50、200、2O mg／m 计。
据计算得知，该脱硫系统通过备用烟囱进行
湿烟气排放时，其有效源高冬季为205 m，夏季为
138 m。如图2所示，在大气稳定度最差，污染物
对环境影响最大的A级天气情况下，烟气通过备
用烟囱排放的SO 、NO 和粉尘的最大落地浓度
分别为：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 ；根据我
国国家标准GB 3095-2012《环境空气质量标
准》中规定的SO 、NO 和粉尘的小时平均浓度
二级标准限值(SO 为0．5 mg／m ，NO 为
0．25 mg／m ，粉尘为0．3 mg／m )计算可知，在大
气稳定度最差的A级天气情况下，烟气通过备用

宝钢技术 2012年第5期
没有显著的粗化(图3(a)、(b)、(c))，粗晶区的
宽度很小，因此在常温拉伸试验中，焊缝表现出良
好的强度性能，BSTMUF601具有等同于进口
Inconel601的焊接接头性能。由于SUS310S和
16MnR钢种本身强度低于BSTMUF601钢，拉伸
试验均断于低强度钢种侧。
16MnR在焊接热循环作用下，高温热影响区
的组织发生相变，有相变马氏体的产生，因此
HAZ的硬度显著升高(图2(b))，直至达到焊缝
金属的硬度(HV)220，由于其没有达到产生冷裂
纹的最高硬度(HV)350，同时其常温缺口冲击值
达到150 J(见图1)，因此实际焊接过程中不需要
进行预热以及焊后热处理等。
BSTMUF601与Inconel601不但具有等同的
常温拉伸性能，且其焊接热影响区硬度值也具有
相同的变化趋势(图2(a)、(d))。原因是Ni—Cr
— Fe合金系在焊接热循环作用下焊接热影响区
不会发生相变，同时由于严格控制焊接热输入，没
有M 。C 等相的析出，因此不会影响此类钢种在
高温服役过程中力学性能的降低，与国外进口材
料高温性能数据相当。
4 结论
(1)常温力学性能以及高温力学性能结果表
明，一定焊接工艺条件下的BSTMUF601合金具
有等同进口Inconel601的性能水平；
(2)组织分析表明，BSTMUF601钢同种及异
种焊接，其热影响区没有显著的粗化，HAZ显微
硬度值具有与Inconel601等同变化趋势；
(3)BSTMUF601合金板材焊接接头具有与进
口材料等同的950℃高温抗拉强度。
参考文献
[1] 美国焊接协会．焊接手册第四卷[M]．北京：机械工业出版
社，1991：315—323．
[2] 韩红梅，赵瑞奇．Inconel600合金材料的焊接研究[J]．四川
冶金，2007，29(2)：47—48．
(收稿日期：2011—12—14)
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(上接第40页)
气抬升高度为65—269 in，且冬季烟气抬升高度
明显高于夏季。
(2)该烧结脱硫系统通过备用烟囱排放，白
色烟羽长度在47—187 nl之间；若通过原烟囱排
放，白色烟羽长度在54—212 In之间；烟羽长度随
环境温度、相对湿度、风速等因素改变而改变。环
境温度越低，相对湿度越大，烟囱出口风速越大，
白色烟羽越长。
(3)该烧结脱硫系统湿烟羽排放的扩散能力
相对较差，但净烟气中SO 、NO 、粉尘各项污染物
浓度较低，采用当前备用烟囱排放完全满足国家
环保要求。其中，NO 排放环境影响明显，考虑到
所在地区大气环境污染物本底值和国家钢铁行业
大气污染物排放控制法律法规的日趋严格，若后
期该烧结烟气脱硝压力较大，可考虑将备用烟囱
适当加高至120 1TI以上或增设脱硝装置。
参考文献
[1] 姚增权．火电厂烟羽的传输与扩散[M]．北京：中国电力出
版社，20o3：128—135．
[2] 李丹．利用冷却塔排放脱硫湿烟气对环境影响的初探[C]
∥中国环境科学年会学术年会优秀论文集．北京：中国环
境科学出版社，2006：2483—2487．
[3] 姚增权．湿法脱硫烟气直接排放的环境问题探讨[J]．电力
环境保护，2003，6(2)：5—8．
[4] 姚增权．湿烟气的抬升与凝结[J]．国际电力，2003，7(1)：
42—46．
(收稿日期：2011—12—12)

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