關(guān)于煤化工行業(yè)降負荷生產(chǎn)響應(yīng)重污染天氣應(yīng)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(zhí)政者和各級環(huán)保工作者。2019生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了《關(guān)于加強重污染天氣應(yīng)對夯實應(yīng)急減排措施的指導意見》（以下簡稱指導意見），對重點區(qū)域重點企業(yè)按環(huán)?？冃椒旨壒芸兀捎谥笇б庖姼郊吨匚廴咎鞖庵攸c行業(yè)應(yīng)急減排措施制定技術(shù)指南》列舉了三十一個重點行業(yè)，針對其中的煉油與石油化工、煤制氮肥行業(yè)的應(yīng)急減排措施均是以減產(chǎn)降負荷為主。通過實際操作執(zhí)行以及相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在煤化工行業(yè)單純實施該措施，不但不能實現(xiàn)節(jié)能減排，反而會使污染物不降反增，不利于治理大氣環(huán)境。

1 煤化工行業(yè)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(chǎn)其他能源產(chǎn)品，也稱為煤的潔凈利用技術(shù)[1]。煤化工主要是煤的潔凈利用，是以煤為原料，經(jīng)化學加工使煤轉(zhuǎn)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(shè)的公用工程，使用煤作為燃料為生產(chǎn)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(yè)大氣污染物主要來源之一，占據(jù)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(nèi)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(jīng)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(yè)源的各項污染物排放指標均能控制在合理范圍以內(nèi)。

1.2 火炬燃燒排放

傳統(tǒng)煤化工行業(yè)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(nèi)結(jié)渣、火層傾斜等非正常情況導致的停車，爐內(nèi)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(zhì)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(tǒng)內(nèi)的工藝氣須排火炬燃燒排放產(chǎn)生廢氣。由于火炬既是安全設(shè)施，常用于應(yīng)急處置，其沒有脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保設(shè)施，在此情況下，各種廢氣未經(jīng)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(chǎn)生的酸性氣體經(jīng)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(chǎn)存在的問題

對于煤化工企業(yè)來說，治污降霾就是要做到節(jié)能減排，近幾年無論是錯峰生產(chǎn)還是重污染天氣應(yīng)急，都粗暴要求企業(yè)以產(chǎn)品產(chǎn)量計算減產(chǎn)，效果并無顯現(xiàn)。煤化工生產(chǎn)裝置與其它生產(chǎn)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(shè)備狀態(tài)不穩(wěn)定，污染物產(chǎn)生得更多；二是開、停車代價巨大，一次開停車經(jīng)濟損失往往在百萬以上。因此減產(chǎn)只能通過減負荷實現(xiàn)，其工藝運行的設(shè)計范圍為70%～110%，最優(yōu)操作負荷在100%左右。低負荷運行時裝置的運行穩(wěn)定性不好，工況調(diào)整難度大，操作稍有不慎就可能造成裝置生產(chǎn)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(yè)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(chǎn)一部分蒸汽，原設(shè)計該富產(chǎn)蒸汽并入全廠蒸汽管網(wǎng)進行補充平衡，建立平衡后，減少鍋爐提供的蒸汽，節(jié)約了鍋爐燃煤。低負荷運行下，系統(tǒng)副產(chǎn)蒸汽量減少，蒸汽平衡被打破，為保障生產(chǎn)裝置穩(wěn)定運行，需要提高鍋爐負荷補齊平衡蒸汽，填補變換富產(chǎn)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(chǎn)運行負荷時，鍋爐的蒸汽供應(yīng)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(chǎn)為例，通過鍋爐煙氣在線數(shù)據(jù)計算，對比80%生產(chǎn)負荷與100%生產(chǎn)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(yīng)錯峰生產(chǎn)以及重污染天氣，生產(chǎn)負荷降至80%，大氣污染物產(chǎn)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(chǎn)和重污染天氣，生產(chǎn)負荷恢復100%，大氣污染物產(chǎn)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(shù)據(jù)可以明顯看出，降負荷生產(chǎn)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(wěn)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(yè)，工況波動、開、停車等非正常工況下的排放的工藝介質(zhì)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(shù)天，少則以小時計，在某些非正常工況時，污染源強會發(fā)生大的變化，額外產(chǎn)生大量大氣污染物，由于火炬監(jiān)測難以實現(xiàn)，一般煤化工企業(yè)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(jiān)測或采樣分析，也無法進行自動在線監(jiān)測[3]，只能通過定性判斷，同時還容易形成短時間內(nèi)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(yè)常常被忽略的一個重要大氣污染排放源。

火炬系統(tǒng)在生產(chǎn)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(chǎn)裝置非正常工況情形發(fā)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(tǒng)運轉(zhuǎn)正常，并采取加大消煙氣量調(diào)節(jié)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(yè)安全生產(chǎn)

一是系統(tǒng)低負荷運行，閥門、測量儀表、儀表控制系統(tǒng)等參數(shù)均在運行下限附近，調(diào)節(jié)閥均在小閥位區(qū)間操作，調(diào)節(jié)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(tǒng)波動，很可能由于調(diào)節(jié)不當，導致系統(tǒng)停車事故發(fā)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(shè)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(fā)生。三是MTO 流化床反應(yīng)器的空速低，無法達到正常的流化效果，會導致反應(yīng)組分紊亂，烷烴的產(chǎn)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(yīng)器床層局部溫度高，發(fā)生反應(yīng)器超溫事故，嚴重影響設(shè)備安全運行。

3 合理優(yōu)化應(yīng)急減排方案

通過上述分析發(fā)現(xiàn)，首先不能粗暴的讓企業(yè)減產(chǎn)限產(chǎn)，要按照“一廠一策”要求，維持最優(yōu)負荷穩(wěn)定運行，保障工況穩(wěn)定不波動，確保穩(wěn)定生產(chǎn)，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(tài)環(huán)境局出臺了《南京市高架火炬環(huán)境管理辦法》，在全國率先針對化工企業(yè)高架火炬進行環(huán)境管理。要求化工企業(yè)的高架火炬將不得作為大氣污染日常處理設(shè)施。

4 結(jié)語

綜上所述，煤化工行業(yè)單純采用減產(chǎn)限產(chǎn)措施，不但不能實現(xiàn)節(jié)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(huán)境。通過優(yōu)化工藝運行、提高環(huán)保設(shè)施運行效率等方法手段，以在線數(shù)據(jù)作為核查依據(jù)，落實重污染天氣應(yīng)急減排措施。如企業(yè)可承諾在實現(xiàn)超低排放的基礎(chǔ)上進一步提高排放標準，制定具備“可操作、可監(jiān)測、可核查”特點的有效措施，實現(xiàn)節(jié)能減排。