焦化行业苯并芘排放量与厂界达标预测分析

(1.山西省生态环境研究中心，山西 太原 030009；2.山西省环境科学研究院，山西 太原 030027)

多环芳烃是各种含碳有机物的热解和不完全燃烧的产物，经吸收进入人体后产生多种有毒中间代谢产物，在人体内不断累积而危及人体健康。在众多多环芳烃化合物中，苯并芘是第一个被发现且最具代表性的环境化学致癌物，其性质非常稳定、污染较广、致癌性较强，因此成为多环芳烃类化合物研究领域的典型代表[1]。

山西省是全国最大的炼焦用煤资源基地，炼焦用煤资源探明储量1493亿吨，占全国的60%。依托丰富的焦煤资源，山西目前已发展成为全国乃至全球重要的焦炭生产基地，焦炭产量和外调量居全国首位，目前焦炭产能达到1.6亿吨/年[2]。

受市场需求拉动和利益驱动，山西焦炭行业近年来过度投资、低水平扩张、重复建设现象十分突出，同时带来严重的环境污染问题，为此，山西省政府对焦化行业进行整顿，预期实现淘汰落后产能4000万吨/年[3]。焦炭行业特征污染物有苯并芘、硫化氢、氨等，其中苯并芘对人体和环境会产生较大危害，对该污染物的排放进行控制使之满足排放要求，成为当前焦炭行业日益关注的焦点问题。2012年，环保部发布《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012，以下简称《排放标准》)[4]，规定了炼焦化学工业企业水、气污染物排放限值的要求。本文根据《排放标准》中对苯并芘厂界浓度的要求，预测分析山西省北部某产能为100万吨/年的独立焦化企业在风速、地形参数变化的条件下，在距离焦炉炉体中心-1000～1000m范围内各网格点的苯并芘浓度超标概率的变化情况，以期为同行业工作人员提供参考。

1 苯并芘排放预测

1.1 预测模式

依据《环境影响评价技术导则 大气环境》(HJ2·2-2008，以下简称08《大气导则》)推荐模式清单，本次分析预测模式采用推荐模式清单中的AERMOD进行预测计算。

1.2 污染物排放浓度限值

焦化生产过程中苯并芘产生环节为装煤工段、焦炉炉顶以及各类贮槽，《排放标准》浓度限值如表1、表2所示。

表1 焦炉炉顶及企业边界大气污染物浓度限值(《排放标准》表7 )

表2 新建企业大气污染物排放浓度限值(《排放标准》表5)

1.3 预测源强及参数

1.3.1 点源源强及相关参数确定

按照装煤过程中BaP排放量0.908g/t煤考虑[5]，100万吨焦化装煤过程中BaP排放量为1210kg/a，按照装煤集气罩捕集率为99%考虑，装煤地面站除尘效率99.5%，则装煤点源排放量6 kg/a；另外焦化生产过程中冷鼓、库区焦油各类贮槽产生BaP，由于此处排放量未有确切的出处，本文引用《排放标准》限值要求，具体参数见表3。

1.3.2 体源源强及相关参数确定

有资料表明，装煤过程产生的烟尘是正常结焦过程的7倍，而苯并芘是附着于烟尘表面外排的，因此焦炉炉体排放量按照装煤过程产生量的1/7倍与装煤无组织量之和考虑。装煤无组织量按照装煤过程中BaP排放量中未补集的1%考虑，确定为12.1 kg/a；结焦过程产生的无组织量为172.9kg/a。

按照《大气导则》要求，焦炉炉体为体源，体源应划分为多个正方形的边长，焦炉炉体南北长170米，东西宽17米，因此划分为10个边长为17米的正方形，参数见表4。

表3 点源参数及源强表

表4 体源参数调查清单

1.3.3风速、地形参数情况

风速变化情况见表5，全年风玫瑰见图1。

地形参数设置为平坦地形及复杂地形，预测范围内的复杂地形及焦炉位置见图2。

表5 年平均风速的月变化

图1 全年风玫瑰图

图2 复杂地形图

2 预测结果及讨论

在调整风速及地形参数的条件下，以焦炉炉体北边界中点为A(0，0)，焦炉纵向布置，预测距离A点-1000～1000米范围内，各网格点超出厂界浓度限值的概率。具体见图3至图6。

图3 风速较小、复杂地形的情况下超标概率的变化情况

图4 风速较小、平坦地形情况下超标概率的变化情况

图5 风速较大、复杂地形情况下超标概率的变化情况

图6 风速较大、平坦地形情况下超标概率的变化情况

通过对参数变化预测分析，得出以下结论：

从图4和图6中可以看出，在平坦地形条件下，风速增大时污染物浓度下降趋势很明显，下风向与上风向达标距离基本相同；而风速较低时，边界污染物浓度升高，且下风向与上风向达标距离不同。图3与图5相比，在复杂地形条件下，焦炉近距离范围(-300～300m)内风速大小对浓度超标概率影响较小；随着距离的增加，风速大时超标概率下降速度较快，相比而言，风速小的情况下超标概率下降速度较缓慢。在复杂地形、风速较小条件下，污染物在扩散过程中受到山体阻隔，扩散速度非常缓慢，当附近山体海拔接近时，污染物浓度基本不变；当局部山体高度增加，污染物浓度变大；而在复杂地形、风速较大条件下时，污染物在扩散过程中受山体阻隔影响较小。

从地形角度来看，在平坦地形条件下，焦炉近距离范围内污染物浓度超标概率比复杂地形条件下大，但由于平坦地形条件下污染物扩散速度快，超标概率下降速度快，较远距离处污染物浓度超标概率比复杂地形条件下小。

在平坦地形条件下，风速大时，近距离下风向污染物超标概率远大于同距离上风向的超标概率，距离较远时，同等距离处上下风向污染物超标概率基本相等；风速小时，下风向污染物超标概率较上风向同距离处高10%以上。

3 结论及建议

(1)本文是以100万吨/年焦化工程为例，按照国内现有焦化厂平均技术水平，通过具体分析焦化特征污染物——苯并芘排放源强，利用08《大气导则》以及《排放标准》提供的要求进行苯并芘厂界浓度达标排放预测分析，得出焦炉750m范围内达标难度较大。

(2)就焦化行业苯并芘污染物而言，无组织排放量对环境的影响较大，因此企业应在焦炉的密封方面加强管理方面，如：导烟孔盖采用水封结构，增加其严密性；上升管盖、桥管承插口采用水封装置；上升管根部，采用编织耐火绳填塞，特制泥浆封闭；炉门采用弹簧刀边、厚炉门框、大保护板等一系列的措施，减少炉体的无组织溢散。

(3)本次评价仅分析了风速、地形变化对环境的影响，对焦炉炉体无组织排放废气的抬升高度等未进行深入研究，笔者希望能通过本篇文章与同仁进行分析探讨，寻找是否有更合适的焦化厂苯并芘排放源强及更合理的参数调整，合理解决焦化项目苯并芘厂界达标的问题，为后期的工作提供帮助。

参考文献：

[1]卢涛.苯并(a)芘对某焦化厂的空气污染调查以及对学习记忆能力的影响[D]，2010.

[2]山西省人民政府办公厅(晋政办发〔2007〕91号)《关于印发山西省焦化工业“十一五”发展规划的通知》[R].

[3]山西省政府(晋政发〔2011〕29号)《关于山西省焦化行业兼并重组的指导意见》[R].

[4]中华人民共和国国家标准(GB16171-2012)《炼焦化学工业污染物排放标准》[R].

[5]李广忠.焦炉装煤推焦全干式除尘[J].燃料与化工，2002，5：132-135.