柳钢烧结烟气脱硫塔湿烟囱高度的计算.doc

柳钢烧结烟气脱硫塔湿烟囱高度的计算2010年第2期冶金环境保护柳钢烧结烟气脱硫塔湿烟囱高度的计算易慧王责明钟威(柳钢技术中心,广西柳州545002)摘要本文采用P值法对柳钢烧结机头烟气脱硫系统湿烟囱的高度进行计算,并分析了不同建设高度对周围区域环境影响的程度,为今后烧结机头烟气脱硫系统烟囱的高度设计提供借鉴.关键词烧结烟气氨法脱硫烟囱高度设计1前言广西柳州钢铁(集团)公司(以下简称柳钢)283m烧结机头烟气脱硫工程是国内首例钢铁企业成功实施运行的烧结烟气氨法脱硫工程.该项目针对冶金工业烧结机头烟气特点,采用自主研发的,具有自主知识产权的”氨一硫铵烧结烟气深度脱硫工艺”技术和”双循环三段式脱硫塔”装置,利用焦炉煤气中的废氨作为脱硫剂吸附烟气中的二氧化硫.该项目的实施,不仅填补了国内烧结机头烟气脱硫空白,而且二氧化硫脱除效率>95%以上,实现了烧结烟气深度脱硫,污染物减排的目的;所产生的硫铵副产品为优质的化工产品,具有较好的市场前景.该项目的实施,使企业真正实现了”以废治废,循环发展”.2008年2月,该项目在科技成果鉴定中被中国金属学会认定为达到国际先进水平;同年9月,被中国环保产业协会确定为“国家重点环境保护实用技术示范工程”.本工程采用氨法脱硫,烧结机机头的烟气通过增压风机升压后进入脱硫塔,在脱硫塔中先经过降温除尘段,然后进入吸收段,在吸收段与脱硫塔上部喷晒而至的吸收液(亚硫酸铵和氨水的混合液)逆向接触并发生化学反应,生成亚硫酸铵经过滤,氧化,蒸发结晶最终得到硫铵副产品,去除SO,的烟气经由除雾器除去水雾后,由布置于脱硫塔顶部的烟囱排人大气.烟囱设在脱硫塔顶,采用塔基湿烟囱,原设计总高63米,经实际运行,外排烟气含水量较大,在南风,低气压等极端天气下,尾气下沉,形成浅雾,影响感官,同时,烟气中所含NO也影响烧结办公楼,综合料场等区域岗位职工的健康.为避免烟气下沉的影响,可采用增加脱硫塔湿烟囱高度,或经烟气GGH(气气换热器)处理,或增设烟气加热器使脱硫后的60qC烟气升至露点80%以上等技术方案解决.其中采用烟气加热或冷凝技术占地大,投资和施工难度较高,而增加脱硫塔湿烟囱高度却是一种既满足大气污染的扩散稀释要求又节省投资的方法.2烟囱高度计算方法的选取在工程设计中烟囱的设计计算,主要是已知污染源有害物的排放量,确定烟囱高度的计算,常用的有三种方法:(1)保证地面最大浓度不超过容许浓度的计算方法.此方法是假定风速不变的情况下导出的,而当风速小于平均风速时,地面浓度就超标.(2)保证地面绝对最大浓度不超过容许浓度的计算方法.此方法不论风速大小,地面浓度皆不会超标,但按此方法设计的烟囱较高,造价也较高.(3)P值法是为防止空气污染,限制污染物的排放量而提出的一种控制理论.它规定每一种污染物必须小于容许排放量,否则这个污染源是不合格的.为保证脱硫塔出口烟气不影响职工正常冶金环境保护2010年第2期的工作和生活,本文采用第三种方法P值法对烟囱高度进行了重新设计计算.柳钢脱硫塔2008年1月1日至2009年1月1日污染物排放量在线烟气监测的日平均值:烟尘18.93kg/h,二氧化硫31.29kg/h,氮氧化物63.50kg/h.3烟囱有效高度日.的设计计算3.1设计依据Q=P10?H.(1)式中:QSO:容许排放量,设计烟囱高度时为SO:的实际排放量,kg/h;P排放指标,kg/(h?m).3.2计算结果P值按式(2)计算:P=P0P1P2P3P4(2)式中:P.平均风速稀释系数,kg/(h?m).P0=15.37Co?U(3)其中:C.大气环境质量标准中所规定的二氧化硫日平均浓度容许值,mg/m;烟囱出口处的平均风速,m/s.U:ZU10z系数,城区取1.778.烟囱所在市同名称气象台距地面10m高度处定时观测的最近5年风速平均值.柳州市为1.6m/s.P横向稀释系数,城区取5.5.P:风方位系数,农村地区和城区取1.p排气筒密集系数,城市远郊区及农村,P,一般取0.6;城区内P按下式计算:P,1+P.()(4)其中:污染分担率咖.=(1一P.)P(5)p,面源污染分担率,查环境工程设计手册中表1.7.3可知P为0.55.p区域污染分担率,查环境工程设计手册中表1.7.3可知p为0.95.AX:f1烟囱平均间距,经计算柳钢烟囱平均间距为2081.7m.咖多源系数,取60m.P3=0.4256p政治经济系数,取0.06.将P值的计算结果代人式(1),得到He=l84.3m4烟囱几何高度H的设计计算4.1设计依据H=He一日(6)式中:日烟气抬升高度,m,经计算烟气热释放率Q>2092kJ/s(计算过程见下文),且烟囱出口处烟气温度Ts(333K)与环境温度(柳州地区多年逐月平均温度293.5K)的差值大于35K,故用下式计算日:AH=n.?Q:H?U(7).式中:n0取0.29,n1取0.6,n2取0.4.Q热释放率,kJ/s.4.2计算结果Q按式(8)计算:一71Q353.5Q(8)s式中:烟囱出口处烟气温度,取年平均值333K;环境平均温度,取柳州市最近5年平均气温293.5K;Q实际排烟率,为烟囱出口处烟流速度和烟囱出口截面积的乘积,烟流速度年平均值为11.16m/s,排气筒出口直径为3.6m.计算得Q为4760.8kJ/s,代入式(7)得:日=16.4代人式(6),经拟合计算得H=87m5结果验证5.1验证依据由锥形烟流正态分布地面最大浓度模式和有效源公式导出另一种烟囱几何高度的计算方法:H=制.?.=eTr/zo-署t/&t/L+2010年第2期冶金环境保护日烟囱几何高度,m;日烟气抬升高度,m;p容许排放量,设计烟囱高度时为实际排放量,kg/h;烟囱出口处大气的平均风速,m/s;,分别为烟流中污染物在l,向和z向分布的标准差,in;C地面最大浓度,nlg/12”1.不同烟囱高度其他条件都相同的情况下,Q,瓦,都近似认为没有变化1?面5.2验证结果1.生:!璺垒:0.65.r,631二一(63+)即当烟囱高度增加到87m时,地面最大污染物浓度可降到原来的65%,可有效减少烟囱排放污染物对厂区及附近区域的影响.ll】?(上接第20页)同理可知:当日=90m时,c=0.62C6m3o当H=100m时,c:0.5363当H=110Ill时,c=0.47C6m36结语柳钢2X83In烧结机头烟气脱硫工程投产一年多以来,系统运行稳定,效果良好.但工程烟囱高度不够,在特殊气象条件下烟气稀释扩散能力有限.本文对烟囱的高度进行了计算,并分析了不同建设高度对周围区域环境影响的程度.烟囱高度大于87m时能有效减少烟囱排放污染物对厂区及附近区域的影响,综合