焦油渣干化裝置VOCs減排量核算及環(huán)境影響研究

關(guān)鍵詞：焦油渣；干化；VOCs；減排量；AERMOD

中圖分類號(hào)：X820.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

焦油渣是煉焦過程中煤在熱解、氣化中伴隨著煤焦油的產(chǎn)出而產(chǎn)生的一種黏稠狀固態(tài)或半固態(tài)的混合物，具有刺激性氣味，并含有萘、蒽、菲、芘、芴等多種有毒有害的多環(huán)芳烴類和高分子樹脂物質(zhì)，屬于重點(diǎn)行業(yè)重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)固體廢物。

目前，焦化行業(yè)處理焦油渣主要是運(yùn)往配煤系統(tǒng)，采用油渣分離方式處理，將分離后的油渣與煉焦煤進(jìn)行摻混后配煤人焦?fàn)t使用，利用焦?fàn)t環(huán)境對(duì)焦油渣實(shí)現(xiàn)最終處置。但是也存在以下問題：（1）這種方法處理后的焦油渣含30～40%左右煤焦油，對(duì)焦油渣配煤入爐后燃燒造成煤焦油損失，降低化產(chǎn)品收得率；（2）焦油渣由于其黏度較大腐蝕性強(qiáng)，容易造成配煤過程下料不暢造成堵塞；（3）在添加過程中滴漏的焦油渣對(duì)皮帶及通廊極易造成腐蝕；（4）焦油渣收集過程存在滴漏及VOCs氣體無組織溢散現(xiàn)象，對(duì)環(huán)境造成污染并影響崗位操作人員身心健康。

焦油渣干化裝置可以有效解決以上問題，此研究以廣東省某焦化廠為例，對(duì)煤氣精制焦油渣采取干化處理方案，根據(jù)VOCs產(chǎn)污系數(shù)、廢氣收集方式的捕集效率、敞開面控制風(fēng)速等，核算煤氣精制區(qū)域VOCs無組織減排量，并利用AERMOD預(yù)測(cè)模型，計(jì)算焦化廠煤氣精制區(qū)域VOCs無組織減排前后大氣環(huán)境的影響變化情況。

1工程實(shí)例

1.1原有焦油渣處理工藝

廣東省某焦化廠年產(chǎn)焦炭510萬噸，配套建設(shè)干熄焦裝置。焦化廠煤氣凈化線由煤氣冷凝鼓風(fēng)單元、脫硫單元、制酸單元、硫銨單元、蒸氨單元、終冷洗苯單元、粗苯蒸餾單元等組成。焦油渣主要產(chǎn)生于煤氣冷凝鼓風(fēng)單元，主要包括焦?fàn)t荒煤氣的間接初冷、電捕除焦油、煤氣輸送及焦油、氨水分離等過程。該焦化廠現(xiàn)有2條煤氣凈化線，共配備超級(jí)離心機(jī)6臺(tái)。其中，1#煤氣精制線配備超級(jí)離心機(jī)4臺(tái)（2用2備），焦油渣產(chǎn)量8t/臺(tái)·天；2#煤氣精制線配備超級(jí)離心機(jī)2臺(tái)（1用1備），焦油渣產(chǎn)量5t/臺(tái)·天。集氣管來的荒煤氣經(jīng)氣液分離器分離出焦油、氨水后，煤氣進(jìn)入立管式間接冷卻器。采用立式焦油氨水分離工藝，分離后的混合液導(dǎo)人焦油氨水分離槽，焦油通過超級(jí)離心機(jī)三級(jí)脫渣、排渣，焦油渣通過焦油渣箱收集。

1.2焦油渣干化裝置技術(shù)改造方案

該廠對(duì)焦油渣處理工藝實(shí)施技術(shù)改造，采用焦油渣干化技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有2條煤氣精制線增設(shè)4套焦油渣干化處理裝置（2用2備）。焦油渣干化處理裝置主要由液化罐，研磨機(jī)，輸送泵，固液分離器等組成，單套固液分離器處理能力5～8t/h。本工藝依托現(xiàn)有超級(jí)離心機(jī)框架建設(shè)，在每臺(tái)超級(jí)離心機(jī)下部增設(shè)焦油渣液化罐，液化罐設(shè)有加熱和攪拌功能，液化罐可添加焦油，焦油渣通過超級(jí)離心機(jī)進(jìn)入液化罐，通過夾套采用循環(huán)氨水間接加熱，焦油渣在液化罐內(nèi)通過特殊的刮篩結(jié)構(gòu)把大顆粒破碎，加入焦油進(jìn)行混合，使焦油渣變?yōu)槔谳斔偷牧黧w，進(jìn)入研磨機(jī)進(jìn)一步把顆粒碾碎，再通過輸送泵送至固液分離器進(jìn)行分離，固液分離器與現(xiàn)有尾氣總管連接，密封作業(yè)中產(chǎn)生的VOCs氣體通過固液分離器上方的預(yù)留口接人負(fù)壓煤氣系統(tǒng)進(jìn)行燃燒處理。分離出的煤焦油外送，干渣粉至焦油渣箱緩存，后送往煤場回配煤系統(tǒng)煉焦。

由于焦油渣連續(xù)排出，因此液化罐能否穩(wěn)定運(yùn)行較為關(guān)鍵。若出口出現(xiàn)堵塞，不能及時(shí)疏通，將直接影響焦油渣分離設(shè)備正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)將影響焦油正常輸送。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)配入焦油比例不少于30%時(shí)，可保證液化罐內(nèi)混合物有較好流動(dòng)性。在每次焦油渣干化處理后，為防止混合物粘結(jié)或堵塞在設(shè)備及管道，在液化罐焦油渣出口管道上設(shè)蒸汽自動(dòng)吹掃及氨水自動(dòng)沖洗，氨水沖洗后隨焦油渣進(jìn)入液化罐，經(jīng)固液分離器后返回焦油氨水分離系統(tǒng)再利用。焦油渣箱為氣動(dòng)蓋，渣箱開合處四周設(shè)圍擋。焦油渣經(jīng)過處理后，整體呈現(xiàn)粉末狀態(tài)，顏色為黑灰色，焦油渣含水（油）量不大于15%，煤粉、焦粉約占80%，可直接作為煉焦煤進(jìn)入配煤系統(tǒng)。焦油渣干化處理裝置工藝流程示意見圖1。主要設(shè)備清單見表1。

焦油渣干化系統(tǒng)能夠有效提高焦油的回收率，改善配煤過程下料不暢造成堵塞。利用剩余氨水余熱（在冬季氣溫特別低時(shí)使用少量蒸汽）熱源，不增加焦化廢水。全系統(tǒng)密閉作業(yè)，無二次污染，可徹底改變焦油渣生產(chǎn)區(qū)域及道路的污染，以及添加過程中焦油渣的滴漏、焦油渣對(duì)皮帶及通廊造成腐蝕等問題，同時(shí)，消除原有焦油回收過程中存在的跑冒滴漏和VOCs無組織排放對(duì)環(huán)境的影響，產(chǎn)生的焦油渣干粉基本上聞不到味道，解決了運(yùn)輸和使用（包括摻混、輸送）過程中的污染，焦油渣收集現(xiàn)場的環(huán)境狀況得到根本上的改觀。焦油渣處理工藝的技術(shù)改造不影響生產(chǎn)，施工簡便，操作間歇式、簡易，投資低、設(shè)備成熟可靠。

2 VOCs減排量核算

根據(jù)第二次全國污染源普查《煤炭加工行業(yè)系數(shù)手冊(cè)》（2019年試行版）“精煤、濕熄焦、篩分、轉(zhuǎn)運(yùn)、煤氣凈化等”VOCs產(chǎn)污系數(shù)0.000277kg/t焦炭。該焦化廠均采用干熄焦工藝，精煤、篩分、轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)均為封閉皮帶輸送，煤氣凈化環(huán)節(jié)除焦油渣落料處產(chǎn)生VOCs無組織逸散外，其它環(huán)節(jié)焦油均采用密閉管道輸送。焦油渣由超級(jí)離心機(jī)出口直接落人焦油渣箱收集，焦油渣箱非密閉，僅在焦油渣箱四周設(shè)置圍擋。因此，此研究焦油渣區(qū)域VOCs產(chǎn)污系數(shù)按0.000277kg/t焦炭進(jìn)行核算，改造前焦油渣區(qū)域VOCs排放量為1.38t/a。

改造后焦油渣干化裝置采取全密閉式作業(yè)，液化罐與固液分離器作業(yè)過程產(chǎn)生的VOCs廢氣經(jīng)管道全部引入煤氣負(fù)壓系統(tǒng)進(jìn)行燃燒處理，僅渣箱氣動(dòng)蓋開合過程排放VOCs廢氣。參考《廣東省工業(yè)源揮發(fā)性有機(jī)物減排量核算方法（2023修訂版）》中廢氣收集集氣效率參考值，渣箱氣動(dòng)蓋開合過程按照“僅保留物料進(jìn)出通道，通道敞開面小于1個(gè)操作工位面”且“VOC尾氣回收主管設(shè)計(jì)流速8～10m/s，支管設(shè)計(jì)流速2～3 m/s”的控制條件進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)收，可以認(rèn)為VOCs捕集效率達(dá)到65%。渣箱氣動(dòng)蓋開合過程VOCs無組織排放量為0.48t/a。

3改造前后環(huán)境影響分析

3.1模擬預(yù)測(cè)

3.1.1污染源參數(shù)

此研究假設(shè)兩種情景，即在原有超級(jí)離心機(jī)出口處增設(shè)焦油渣干化裝置前／后（以下簡稱“改造前／后”），分別計(jì)算焦油渣落料區(qū)無組織排放VOCs的區(qū)域最大地面小時(shí)平均質(zhì)量濃度及其占標(biāo)率，繪制區(qū)域最大地面濃度分布圖，分析對(duì)周邊大氣環(huán)境的影響。改造前后焦油渣面源參數(shù)見表2。

3.1.2模型參數(shù)

此研究采用《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》（HJ 2.2-2018）中附錄A推薦的AERMOD作為大氣擴(kuò)散模型，AERMOD是美國環(huán)保署和中國環(huán)境保護(hù)部推薦的法規(guī)模式之一，可用于多種排放源（包括點(diǎn)源、面源、體源）的排放情形。該模型是一種穩(wěn)態(tài)煙羽模型，以擴(kuò)散統(tǒng)計(jì)理論為出發(fā)點(diǎn)，假設(shè)污染物的濃度分布在一定程度上服從高斯分布。

3.1.3氣象數(shù)據(jù)

地面氣象數(shù)據(jù)來自距建設(shè)項(xiàng)目24km的地面氣象觀測(cè)站2021年的逐小時(shí)數(shù)據(jù)，其中風(fēng)向、風(fēng)速、溫度等原始地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)來源于國家氣象局，云量數(shù)據(jù)來源于國家環(huán)境保護(hù)影響評(píng)價(jià)值模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)星觀測(cè)總云量（CTAS）。原始高空氣象采用中尺度氣象模MM5模擬，分辨率為30km×30km。該模式采用的原始數(shù)據(jù)有地形高度、土地利用、陸地-水體標(biāo)志、植被組成等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源主要為美國的USGS數(shù)據(jù)。

3.1.4地形數(shù)據(jù)

該焦化廠位于廣東省沿海地區(qū)，地勢(shì)開闊且較為平坦，主要為平原地帶，地形高程在0m～30m之間，高差變化不大。地形數(shù)據(jù)資料取自SRTM3數(shù)據(jù)庫，分辨率約90m。

3.1.5地表參數(shù)

由于該焦化廠位于廣東省沿海地區(qū)，故地表參數(shù)需綜合考慮水面和城市等影響。此研究不考慮海岸線薰煙。

3.1.6預(yù)測(cè)方案

研究區(qū)域?yàn)橐越褂驮脑靺^(qū)域中心為原點(diǎn)，兼顧區(qū)域內(nèi)環(huán)境空氣敏感點(diǎn)相對(duì)位置，劃定邊長5km的正方形預(yù)測(cè)區(qū)域，預(yù)測(cè)網(wǎng)格采用直角坐標(biāo)網(wǎng)格，網(wǎng)格距50m加密布設(shè)。預(yù)測(cè)2處焦油渣落料區(qū)無組織排放源A1、A2對(duì)區(qū)域內(nèi)8處環(huán)境空氣敏感點(diǎn)的環(huán)境影響，計(jì)算點(diǎn)為區(qū)域內(nèi)環(huán)境空氣敏感點(diǎn)和區(qū)域最大地面濃度點(diǎn)，繪制改造前后VOCs區(qū)域小時(shí)最大地面濃度等值線分布圖。此研究只對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的貢獻(xiàn)濃度進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，暫不考慮區(qū)域環(huán)境背景值的疊加影響。評(píng)價(jià)區(qū)污染源及敏感點(diǎn)相對(duì)位置見圖2。

3.2地面濃度貢獻(xiàn)情況

此研究區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)參考《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)詳解》，VOCs以非甲烷總烴計(jì)（NMHC），小時(shí)平均標(biāo)準(zhǔn)值2.0mg/m³。經(jīng)AER-MOD模型定量預(yù)測(cè)，分別統(tǒng)計(jì)兩種情景下VOCs對(duì)各環(huán)境空氣敏感點(diǎn)貢獻(xiàn)情況及區(qū)域最大地面濃度變化情況。計(jì)算結(jié)果表明，改造后各計(jì)算點(diǎn)VOCs小時(shí)濃度貢獻(xiàn)值為與改造前相比下降2.00μg/m³～14.26μg/m³，降低幅度占標(biāo)率0.10%～0.71%。改造前VOCs區(qū)域最大小時(shí)濃度為1185.71μg/m³，改造后VOCs區(qū)域最大小時(shí)濃度為416.26μg/m³，降低幅度65%，改造后VOCs影響面積由改造前的6.16m²縮小至1.29m²，影響面積減少79%。各計(jì)算點(diǎn)小時(shí)平均濃度均可以達(dá)到《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)詳解》中非甲烷總烴小時(shí)平均標(biāo)準(zhǔn)限值要求。廠區(qū)邊界VOCs排放濃度可以滿足廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物排放限值》（DB44/27-2001）以及《固定污染源揮發(fā)性有機(jī)物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB44/2367-2022）非甲烷總烴無組織排放限值。改造前后VOCs區(qū)域小時(shí)最大地面濃度等值線分布見圖3-圖4。

4結(jié)論

擬對(duì)焦化廠現(xiàn)有煤氣精制線焦油渣處理進(jìn)行技術(shù)改造，增加焦油渣干化裝置，焦油渣落料區(qū)VOCs無組織捕集效率可達(dá)到65%，作業(yè)中產(chǎn)生的VOCs尾氣經(jīng)管道全部接人負(fù)壓煤氣系統(tǒng)進(jìn)行燃燒處理。VOCs減排量源強(qiáng)核算可參考《煤炭加工行業(yè)系數(shù)手冊(cè)》（2019年試行版）“精煤、濕熄焦、篩分、轉(zhuǎn)運(yùn)、煤氣凈化等”，VOCs產(chǎn)污系數(shù)0.000277kg/t焦炭。經(jīng)預(yù)測(cè)計(jì)算，改造后區(qū)域最大地面小時(shí)濃度與改造前相比下降65%，VOCs影響面積減少79%。各計(jì)算點(diǎn)小時(shí)濃度均可以達(dá)到《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)詳解》中非甲烷總烴小時(shí)平均標(biāo)準(zhǔn)值2.0 mg/m³。焦油渣干化裝置可以有效地改善焦油渣收集過程存在滴漏及VOCs氣體無組織溢散現(xiàn)象，區(qū)域污染物貢獻(xiàn)濃度顯著降低，凈化效果明顯，可以實(shí)現(xiàn)較好的環(huán)境效益。