焦化行業苯并芘排放量與廠界達標預測分析

(1.山西省生態環境研究中心，山西 太原 030009；2.山西省環境科學研究院，山西 太原 030027)

多環芳烴是各種含碳有機物的熱解和不完全燃燒的產物，經吸收進入人體后產生多種有毒中間代謝產物，在人體內不斷累積而危及人體健康。在眾多多環芳烴化合物中，苯并芘是第一個被發現且最具代表性的環境化學致癌物，其性質非常穩定、污染較廣、致癌性較強，因此成為多環芳烴類化合物研究領域的典型代表[1]。

山西省是全國最大的煉焦用煤資源基地，煉焦用煤資源探明儲量1493億噸，占全國的60%。依托豐富的焦煤資源，山西目前已發展成為全國乃至全球重要的焦炭生產基地，焦炭產量和外調量居全國首位，目前焦炭產能達到1.6億噸/年[2]。

受市場需求拉動和利益驅動，山西焦炭行業近年來過度投資、低水平擴張、重復建設現象十分突出，同時帶來嚴重的環境污染問題，為此，山西省政府對焦化行業進行整頓，預期實現淘汰落后產能4000萬噸/年[3]。焦炭行業特征污染物有苯并芘、硫化氫、氨等，其中苯并芘對人體和環境會產生較大危害，對該污染物的排放進行控制使之滿足排放要求，成為當前焦炭行業日益關注的焦點問題。2012年，環保部發布《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB16171-2012，以下簡稱《排放標準》)[4]，規定了煉焦化學工業企業水、氣污染物排放限值的要求。本文根據《排放標準》中對苯并芘廠界濃度的要求，預測分析山西省北部某產能為100萬噸/年的獨立焦化企業在風速、地形參數變化的條件下，在距離焦爐爐體中心-1000～1000m范圍內各網格點的苯并芘濃度超標概率的變化情況，以期為同行業工作人員提供參考。

1 苯并芘排放預測

1.1 預測模式

依據《環境影響評價技術導則 大氣環境》(HJ2·2-2008，以下簡稱08《大氣導則》)推薦模式清單，本次分析預測模式采用推薦模式清單中的AERMOD進行預測計算。

1.2 污染物排放濃度限值

焦化生產過程中苯并芘產生環節為裝煤工段、焦爐爐頂以及各類貯槽，《排放標準》濃度限值如表1、表2所示。

表1 焦爐爐頂及企業邊界大氣污染物濃度限值(《排放標準》表7 )

表2 新建企業大氣污染物排放濃度限值(《排放標準》表5)

1.3 預測源強及參數

1.3.1 點源源強及相關參數確定

按照裝煤過程中BaP排放量0.908g/t煤考慮[5]，100萬噸焦化裝煤過程中BaP排放量為1210kg/a，按照裝煤集氣罩捕集率為99%考慮，裝煤地面站除塵效率99.5%，則裝煤點源排放量6 kg/a；另外焦化生產過程中冷鼓、庫區焦油各類貯槽產生BaP，由于此處排放量未有確切的出處，本文引用《排放標準》限值要求，具體參數見表3。

1.3.2 體源源強及相關參數確定

有資料表明，裝煤過程產生的煙塵是正常結焦過程的7倍，而苯并芘是附著于煙塵表面外排的，因此焦爐爐體排放量按照裝煤過程產生量的1/7倍與裝煤無組織量之和考慮。裝煤無組織量按照裝煤過程中BaP排放量中未補集的1%考慮，確定為12.1 kg/a；結焦過程產生的無組織量為172.9kg/a。

按照《大氣導則》要求，焦爐爐體為體源，體源應劃分為多個正方形的邊長，焦爐爐體南北長170米，東西寬17米，因此劃分為10個邊長為17米的正方形，參數見表4。

表3 點源參數及源強表

表4 體源參數調查清單

1.3.3風速、地形參數情況

風速變化情況見表5，全年風玫瑰見圖1。

地形參數設置為平坦地形及復雜地形，預測范圍內的復雜地形及焦爐位置見圖2。

表5 年平均風速的月變化

圖1 全年風玫瑰圖

圖2 復雜地形圖

2 預測結果及討論

在調整風速及地形參數的條件下，以焦爐爐體北邊界中點為A(0，0)，焦爐縱向布置，預測距離A點-1000～1000米范圍內，各網格點超出廠界濃度限值的概率。具體見圖3至圖6。

圖3 風速較小、復雜地形的情況下超標概率的變化情況

圖4 風速較小、平坦地形情況下超標概率的變化情況

圖5 風速較大、復雜地形情況下超標概率的變化情況

圖6 風速較大、平坦地形情況下超標概率的變化情況

通過對參數變化預測分析，得出以下結論：

從圖4和圖6中可以看出，在平坦地形條件下，風速增大時污染物濃度下降趨勢很明顯，下風向與上風向達標距離基本相同；而風速較低時，邊界污染物濃度升高，且下風向與上風向達標距離不同。圖3與圖5相比，在復雜地形條件下，焦爐近距離范圍(-300～300m)內風速大小對濃度超標概率影響較小；隨著距離的增加，風速大時超標概率下降速度較快，相比而言，風速小的情況下超標概率下降速度較緩慢。在復雜地形、風速較小條件下，污染物在擴散過程中受到山體阻隔，擴散速度非常緩慢，當附近山體海拔接近時，污染物濃度基本不變；當局部山體高度增加，污染物濃度變大；而在復雜地形、風速較大條件下時，污染物在擴散過程中受山體阻隔影響較小。

從地形角度來看，在平坦地形條件下，焦爐近距離范圍內污染物濃度超標概率比復雜地形條件下大，但由于平坦地形條件下污染物擴散速度快，超標概率下降速度快，較遠距離處污染物濃度超標概率比復雜地形條件下小。

在平坦地形條件下，風速大時，近距離下風向污染物超標概率遠大于同距離上風向的超標概率，距離較遠時，同等距離處上下風向污染物超標概率基本相等；風速小時，下風向污染物超標概率較上風向同距離處高10%以上。

3 結論及建議

(1)本文是以100萬噸/年焦化工程為例，按照國內現有焦化廠平均技術水平，通過具體分析焦化特征污染物——苯并芘排放源強，利用08《大氣導則》以及《排放標準》提供的要求進行苯并芘廠界濃度達標排放預測分析，得出焦爐750m范圍內達標難度較大。

(2)就焦化行業苯并芘污染物而言，無組織排放量對環境的影響較大，因此企業應在焦爐的密封方面加強管理方面，如：導煙孔蓋采用水封結構，增加其嚴密性；上升管蓋、橋管承插口采用水封裝置；上升管根部，采用編織耐火繩填塞，特制泥漿封閉；爐門采用彈簧刀邊、厚爐門框、大保護板等一系列的措施，減少爐體的無組織溢散。

(3)本次評價僅分析了風速、地形變化對環境的影響，對焦爐爐體無組織排放廢氣的抬升高度等未進行深入研究，筆者希望能通過本篇文章與同仁進行分析探討，尋找是否有更合適的焦化廠苯并芘排放源強及更合理的參數調整，合理解決焦化項目苯并芘廠界達標的問題，為后期的工作提供幫助。

參考文獻：

[1]盧濤.苯并(a)芘對某焦化廠的空氣污染調查以及對學習記憶能力的影響[D]，2010.

[2]山西省人民政府辦公廳(晉政辦發〔2007〕91號)《關于印發山西省焦化工業“十一五”發展規劃的通知》[R].

[3]山西省政府(晉政發〔2011〕29號)《關于山西省焦化行業兼并重組的指導意見》[R].

[4]中華人民共和國國家標準(GB16171-2012)《煉焦化學工業污染物排放標準》[R].

[5]李廣忠.焦爐裝煤推焦全干式除塵[J].燃料與化工，2002，5：132-135.