關于煤化工行業降負荷生產響應重污染天氣應急的問題與思考

趙爽（蒲城清潔能源化工有限責任公司，陜西 蒲城715500）

0 引言

近年來，霧霾問題一直困擾著汾渭平原，也困擾著所有的地方執政者和各級環保工作者。2019生態環境部印發了《關于加強重污染天氣應對夯實應急減排措施的指導意見》（以下簡稱指導意見），對重點區域重點企業按環?？冃椒旨壒芸?，由于指導意見附件《重污染天氣重點行業應急減排措施制定技術指南》列舉了三十一個重點行業，針對其中的煉油與石油化工、煤制氮肥行業的應急減排措施均是以減產降負荷為主。通過實際操作執行以及相關數據統計，發現在煤化工行業單純實施該措施，不但不能實現節能減排，反而會使污染物不降反增，不利于治理大氣環境。

1 煤化工行業大氣污染物來源

煤炭的利用主要有兩種形式，一是作為燃燒直接獲取熱能，二是作為原料生產其他能源產品，也稱為煤的潔凈利用技術[1]。煤化工主要是煤的潔凈利用，是以煤為原料，經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程，其排放的廢氣主要有鍋爐煙氣、火炬燃燒廢氣和工藝尾氣。

1.1 鍋爐煙氣

燃煤鍋爐、燃氣鍋爐等作為配套建設的公用工程，使用煤作為燃料為生產工藝裝置提供蒸汽動力平衡，廣泛存在于煤化工裝置，其排放的煙氣是煤化工行業大氣污染物主要來源之一，占據大氣污染物排放總量的80%以上，其主要污染物為二氧化硫、氮氧化物、顆粒物，特點是煙氣量大，污染物總量占比多。

近年來，國內外針對大氣污染的研究很多，特別是針對火電廠和燃煤鍋爐煙囪等污染源已經形成了一套完整的研究體系，污染物控制水平已達到很高的水平，燃煤鍋爐、火電廠等重點工業源的各項污染物排放指標均能控制在合理范圍以內。

1.2 火炬燃燒排放

傳統煤化工行業大氣污染物來源主要有煤氣化時氣化爐開車過程中由于爐內結渣、火層傾斜等非正常情況導致的停車，爐內的排空氣形成部分廢氣、固定床氣化爐煤鎖卸壓馳放氣污染、粗煤氣的凈化工序中部分尾氣污染物、硫和酚類物質回收裝置的尾氣及酸性氣、氨回收吸收塔排放氣等[2]，其特點是煤氣化裝置火炬正常運行情況下燃燒廢氣排放少，異常情況下原本系統內的工藝氣須排火炬燃燒排放產生廢氣。由于火炬既是安全設施，常用于應急處置，其沒有脫硫、脫硝、除塵等環保設施，在此情況下，各種廢氣未經有效處置，便“直上云霄”、污染大氣。

1.3 工藝尾氣

煤化工裝置甲醇、合成氨工藝過程產生的酸性氣體經過硫回收裝置后由焚燒爐燃燒處理并從煙囪外排，其排放的尾氣主要污染物為二氧化硫，特點是煙氣量少，排放標準濃度限值較為寬松。

2 減負荷生產存在的問題

對于煤化工企業來說，治污降霾就是要做到節能減排，近幾年無論是錯峰生產還是重污染天氣應急，都粗暴要求企業以產品產量計算減產，效果并無顯現。煤化工生產裝置與其它生產線不同，不能簡單“一刀切”。一是開、停車和降負荷時間較長，正常一次開、停車一般需要3～5天，控制難度大，風險高，而且在開、停車過程中，設備狀態不穩定，污染物產生得更多；二是開、停車代價巨大，一次開停車經濟損失往往在百萬以上。因此減產只能通過減負荷實現，其工藝運行的設計范圍為70%～110%，最優操作負荷在100%左右。低負荷運行時裝置的運行穩定性不好，工況調整難度大，操作稍有不慎就可能造成裝置生產運行波動甚至安全事故。

2.1 打破蒸汽平衡，增加能耗和污染物總量

煤化工企業動力由鍋爐蒸汽提供，由于氣化裝置變換工段正常運行情況下會副產一部分蒸汽，原設計該富產蒸汽并入全廠蒸汽管網進行補充平衡，建立平衡后，減少鍋爐提供的蒸汽，節約了鍋爐燃煤。低負荷運行下，系統副產蒸汽量減少，蒸汽平衡被打破，為保障生產裝置穩定運行，需要提高鍋爐負荷補齊平衡蒸汽，填補變換富產蒸汽空缺，因此會增加鍋爐燃煤消耗，增加鍋爐煙氣排放。以蒲城清潔能源化工有限責任公司為例，100%生產運行負荷時，鍋爐的蒸汽供應量660噸，煙氣排放量為84 萬m3/h，而80%～85%負荷運行工況下，鍋爐蒸汽供量為870噸，煙氣排放量為110萬m3/h，煙氣排放量增加26萬m3/h，因此顆粒物、SO2、NOx排放總量均增加。

以2019 年實際生產為例，通過鍋爐煙氣在線數據計算，對比80%生產負荷與100%生產負荷兩種狀況下鍋爐大氣污染物總量排放情況。一月份響應錯峰生產以及重污染天氣，生產負荷降至80%，大氣污染物產生10.3 噸二氧化硫，25.7 噸氮氧化物，1.9 噸顆粒物；四月份解除錯峰生產和重污染天氣，生產負荷恢復100%，大氣污染物產生8.6 噸二氧化硫，20.7 噸氮氧化物，1.7 噸顆粒物。從以上數據可以明顯看出，降負荷生產期間，大氣污染物排放總量反而上升，增加率二氧化硫為20.7%，氮氧化物為24%，顆粒物為16%，對污染物減排起到反作用效果。

2.2 新增大量廢氣排放

低負荷運行工況下，工藝運行穩定性差，易引起工藝波動，必然會引起裝置的非計劃性排放機率增加甚至緊急停車。對于煤化工行業，工況波動、開、停車等非正常工況下的排放的工藝介質通過火炬燃燒，其排放速率、排放量大且難以控制，非正常工況一般歷時長短不一，多則數天，少則以小時計，在某些非正常工況時，污染源強會發生大的變化，額外產生大量大氣污染物，由于火炬監測難以實現，一般煤化工企業火炬都比較高，且火焰溫度大都在幾百度以上，目前還沒有比較好的辦法對其進行監測或采樣分析，也無法進行自動在線監測[3]，只能通過定性判斷，同時還容易形成短時間內集中排放，非常不利于大氣污染的防控，因此火炬燃燒排放往往是煤化工行業常常被忽略的一個重要大氣污染排放源。

火炬系統在生產裝置正常的情況下是能夠做到正常運行、正常燃燒、達標排放的。而一旦生產裝置非正常工況情形發生，為了保證安全，大量的可燃性氣體甚至包括原料都自動或認為緊急泄到火炬燃燒排放，此時火炬氣的燃燒往往是不充分的，外觀看排氣量增大，黑煙滾滾，噪聲巨大。此時即使保持火炬燃燒系統運轉正常，并采取加大消煙氣量調節等措施，火炬氣的燃燒也不能做到達標排放。

2.3 不利于企業安全生產

一是系統低負荷運行，閥門、測量儀表、儀表控制系統等參數均在運行下限附近，調節閥均在小閥位區間操作，調節線性差，操作彈性小，且低閥位容易造成閥門卡澀，部分物料堵塞，抗波動能力明顯變差，一旦系統波動，很可能由于調節不當，導致系統停車事故發生，安全風險增大。二是壓縮機等大型機組的喘振流量已接近或低于喘振設定值，小幅的波動即會造成機組的喘振等不安全運行情況的發生。三是MTO 流化床反應器的空速低，無法達到正常的流化效果，會導致反應組分紊亂，烷烴的產品增加，增加火炬的排放量；另外會導致變換催化劑床層、合成催化劑床層溫度無法及時帶走，反應器床層局部溫度高，發生反應器超溫事故，嚴重影響設備安全運行。

3 合理優化應急減排方案

通過上述分析發現，首先不能粗暴的讓企業減產限產，要按照“一廠一策”要求，維持最優負荷穩定運行，保障工況穩定不波動，確保穩定生產，盡可能減少甚至杜絕火炬燃燒排放。2019年江蘇省南京市生態環境局出臺了《南京市高架火炬環境管理辦法》，在全國率先針對化工企業高架火炬進行環境管理。要求化工企業的高架火炬將不得作為大氣污染日常處理設施。

4 結語

綜上所述，煤化工行業單純采用減產限產措施，不但不能實現節能減排，反而可能會起到反作用，使污染物不降反增，不利于治理大氣環境。通過優化工藝運行、提高環保設施運行效率等方法手段，以在線數據作為核查依據，落實重污染天氣應急減排措施。如企業可承諾在實現超低排放的基礎上進一步提高排放標準，制定具備“可操作、可監測、可核查”特點的有效措施，實現節能減排。