焦油渣干化裝置VOCs減排量核算及環境影響研究

關鍵詞：焦油渣；干化；VOCs；減排量；AERMOD

中圖分類號：X820.3 文獻標志碼：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出而產生的一種黏稠狀固態或半固態的混合物，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芳烴類和高分子樹脂物質，屬于重點行業重點監管的危險固體廢物。

目前，焦化行業處理焦油渣主要是運往配煤系統，采用油渣分離方式處理，將分離后的油渣與煉焦煤進行摻混后配煤人焦爐使用，利用焦爐環境對焦油渣實現最終處置。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，對焦油渣配煤入爐后燃燒造成煤焦油損失，降低化產品收得率；（2）焦油渣由于其黏度較大腐蝕性強，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氣體無組織溢散現象，對環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，對煤氣精制焦油渣采取干化處理方案，根據VOCs產污系數、廢氣收集方式的捕集效率、敞開面控制風速等，核算煤氣精制區域VOCs無組織減排量，并利用AERMOD預測模型，計算焦化廠煤氣精制區域VOCs無組織減排前后大氣環境的影響變化情況。

1工程實例

1.1原有焦油渣處理工藝

廣東省某焦化廠年產焦炭510萬噸，配套建設干熄焦裝置。焦化廠煤氣凈化線由煤氣冷凝鼓風單元、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。焦油渣主要產生于煤氣冷凝鼓風單元，主要包括焦爐荒煤氣的間接初冷、電捕除焦油、煤氣輸送及焦油、氨水分離等過程。該焦化廠現有2條煤氣凈化線，共配備超級離心機6臺。其中，1#煤氣精制線配備超級離心機4臺（2用2備），焦油渣產量8t/臺·天；2#煤氣精制線配備超級離心機2臺（1用1備），焦油渣產量5t/臺·天。集氣管來的荒煤氣經氣液分離器分離出焦油、氨水后，煤氣進入立管式間接冷卻器。采用立式焦油氨水分離工藝，分離后的混合液導人焦油氨水分離槽，焦油通過超級離心機三級脫渣、排渣，焦油渣通過焦油渣箱收集。

1.2焦油渣干化裝置技術改造方案

該廠對焦油渣處理工藝實施技術改造，采用焦油渣干化技術，對現有2條煤氣精制線增設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，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。本工藝依托現有超級離心機框架建設，在每臺超級離心機下部增設焦油渣液化罐，液化罐設有加熱和攪拌功能，液化罐可添加焦油，焦油渣通過超級離心機進入液化罐，通過夾套采用循環氨水間接加熱，焦油渣在液化罐內通過特殊的刮篩結構把大顆粒破碎，加入焦油進行混合，使焦油渣變為利于輸送的流體，進入研磨機進一步把顆粒碾碎，再通過輸送泵送至固液分離器進行分離，固液分離器與現有尾氣總管連接，密封作業中產生的VOCs氣體通過固液分離器上方的預留口接人負壓煤氣系統進行燃燒處理。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煉焦。

由于焦油渣連續排出，因此液化罐能否穩定運行較為關鍵。若出口出現堵塞，不能及時疏通，將直接影響焦油渣分離設備正常運行，嚴重時將影響焦油正常輸送。根據現場經驗，當配入焦油比例不少于30%時，可保證液化罐內混合物有較好流動性。在每次焦油渣干化處理后，為防止混合物粘結或堵塞在設備及管道，在液化罐焦油渣出口管道上設蒸汽自動吹掃及氨水自動沖洗，氨水沖洗后隨焦油渣進入液化罐，經固液分離器后返回焦油氨水分離系統再利用。焦油渣箱為氣動蓋，渣箱開合處四周設圍擋。焦油渣經過處理后，整體呈現粉末狀態，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入配煤系統。焦油渣干化處理裝置工藝流程示意見圖1。主要設備清單見表1。

焦油渣干化系統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使用少量蒸汽）熱源，不增加焦化廢水。全系統密閉作業，無二次污染，可徹底改變焦油渣生產區域及道路的污染，以及添加過程中焦油渣的滴漏、焦油渣對皮帶及通廊造成腐蝕等問題，同時，消除原有焦油回收過程中存在的跑冒滴漏和VOCs無組織排放對環境的影響，產生的焦油渣干粉基本上聞不到味道，解決了運輸和使用（包括摻混、輸送）過程中的污染，焦油渣收集現場的環境狀況得到根本上的改觀。焦油渣處理工藝的技術改造不影響生產，施工簡便，操作間歇式、簡易，投資低、設備成熟可靠。

2 VOCs減排量核算

根據第二次全國污染源普查《煤炭加工行業系數手冊》（2019年試行版）“精煤、濕熄焦、篩分、轉運、煤氣凈化等”VOCs產污系數0.000277kg/t焦炭。該焦化廠均采用干熄焦工藝，精煤、篩分、轉運環節均為封閉皮帶輸送，煤氣凈化環節除焦油渣落料處產生VOCs無組織逸散外，其它環節焦油均采用密閉管道輸送。焦油渣由超級離心機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置圍擋。因此，此研究焦油渣區域VOCs產污系數按0.000277kg/t焦炭進行核算，改造前焦油渣區域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，液化罐與固液分離器作業過程產生的VOCs廢氣經管道全部引入煤氣負壓系統進行燃燒處理，僅渣箱氣動蓋開合過程排放VOCs廢氣。參考《廣東省工業源揮發性有機物減排量核算方法（2023修訂版）》中廢氣收集集氣效率參考值，渣箱氣動蓋開合過程按照“僅保留物料進出通道，通道敞開面小于1個操作工位面”且“VOC尾氣回收主管設計流速8～10m/s，支管設計流速2～3 m/s”的控制條件進行設計和驗收，可以認為VOCs捕集效率達到65%。渣箱氣動蓋開合過程VOCs無組織排放量為0.48t/a。

3改造前后環境影響分析

3.1模擬預測

3.1.1污染源參數

此研究假設兩種情景，即在原有超級離心機出口處增設焦油渣干化裝置前／后（以下簡稱“改造前／后”），分別計算焦油渣落料區無組織排放VOCs的區域最大地面小時平均質量濃度及其占標率，繪制區域最大地面濃度分布圖，分析對周邊大氣環境的影響。改造前后焦油渣面源參數見表2。

3.1.2模型參數

此研究采用《環境影響評價技術導則大氣環境》（HJ 2.2-2018）中附錄A推薦的AERMOD作為大氣擴散模型，AERMOD是美國環保署和中國環境保護部推薦的法規模式之一，可用于多種排放源（包括點源、面源、體源）的排放情形。該模型是一種穩態煙羽模型，以擴散統計理論為出發點，假設污染物的濃度分布在一定程度上服從高斯分布。

3.1.3氣象數據

地面氣象數據來自距建設項目24km的地面氣象觀測站2021年的逐小時數據，其中風向、風速、溫度等原始地面氣象觀測數據來源于國家氣象局，云量數據來源于國家環境保護影響評價值模擬重點實驗室衛星觀測總云量（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據有地形高度、土地利用、陸地-水體標志、植被組成等數據，數據源主要為美國的USGS數據。

3.1.4地形數據

該焦化廠位于廣東省沿海地區，地勢開闊且較為平坦，主要為平原地帶，地形高程在0m～30m之間，高差變化不大。地形數據資料取自SRTM3數據庫，分辨率約90m。

3.1.5地表參數

由于該焦化廠位于廣東省沿海地區，故地表參數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預測方案

研究區域為以焦油渣改造區域中心為原點，兼顧區域內環境空氣敏感點相對位置，劃定邊長5km的正方形預測區域，預測網格采用直角坐標網格，網格距50m加密布設。預測2處焦油渣落料區無組織排放源A1、A2對區域內8處環境空氣敏感點的環境影響，計算點為區域內環境空氣敏感點和區域最大地面濃度點，繪制改造前后VOCs區域小時最大地面濃度等值線分布圖。此研究只對建設項目的貢獻濃度進行預測分析，暫不考慮區域環境背景值的疊加影響。評價區污染源及敏感點相對位置見圖2。

3.2地面濃度貢獻情況

此研究區域環境空氣質量標準參考《大氣污染物綜合排放標準詳解》，VOCs以非甲烷總烴計（NMHC），小時平均標準值2.0mg/m³。經AER-MOD模型定量預測，分別統計兩種情景下VOCs對各環境空氣敏感點貢獻情況及區域最大地面濃度變化情況。計算結果表明，改造后各計算點VOCs小時濃度貢獻值為與改造前相比下降2.00μg/m³～14.26μg/m³，降低幅度占標率0.10%～0.71%。改造前VOCs區域最大小時濃度為1185.71μg/m³，改造后VOCs區域最大小時濃度為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%。各計算點小時平均濃度均可以達到《大氣污染物綜合排放標準詳解》中非甲烷總烴小時平均標準限值要求。廠區邊界VOCs排放濃度可以滿足廣東省地方標準《大氣污染物排放限值》（DB44/27-2001）以及《固定污染源揮發性有機物綜合排放標準》（DB44/2367-2022）非甲烷總烴無組織排放限值。改造前后VOCs區域小時最大地面濃度等值線分布見圖3-圖4。

4結論

擬對焦化廠現有煤氣精制線焦油渣處理進行技術改造，增加焦油渣干化裝置，焦油渣落料區VOCs無組織捕集效率可達到65%，作業中產生的VOCs尾氣經管道全部接人負壓煤氣系統進行燃燒處理。VOCs減排量源強核算可參考《煤炭加工行業系數手冊》（2019年試行版）“精煤、濕熄焦、篩分、轉運、煤氣凈化等”，VOCs產污系數0.000277kg/t焦炭。經預測計算，改造后區域最大地面小時濃度與改造前相比下降65%，VOCs影響面積減少79%。各計算點小時濃度均可以達到《大氣污染物綜合排放標準詳解》中非甲烷總烴小時平均標準值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氣體無組織溢散現象，區域污染物貢獻濃度顯著降低，凈化效果明顯，可以實現較好的環境效益。