关于煤化工行业降负荷生产响应重污染天气应急的问题与思考

赵爽（蒲城清洁能源化工有限责任公司，陕西 蒲城715500）

0 引言

近年来，雾霾问题一直困扰着汾渭平原，也困扰着所有的地方执政者和各级环保工作者。2019生态环境部印发了《关于加强重污染天气应对夯实应急减排措施的指导意见》（以下简称指导意见），对重点区域重点企业按环保绩效水平分级管控，由于指导意见附件《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南》列举了三十一个重点行业，针对其中的炼油与石油化工、煤制氮肥行业的应急减排措施均是以减产降负荷为主。通过实际操作执行以及相关数据统计，发现在煤化工行业单纯实施该措施，不但不能实现节能减排，反而会使污染物不降反增，不利于治理大气环境。

1 煤化工行业大气污染物来源

煤炭的利用主要有两种形式，一是作为燃烧直接获取热能，二是作为原料生产其他能源产品，也称为煤的洁净利用技术[1]。煤化工主要是煤的洁净利用，是以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程，其排放的废气主要有锅炉烟气、火炬燃烧废气和工艺尾气。

1.1 锅炉烟气

燃煤锅炉、燃气锅炉等作为配套建设的公用工程，使用煤作为燃料为生产工艺装置提供蒸汽动力平衡，广泛存在于煤化工装置，其排放的烟气是煤化工行业大气污染物主要来源之一，占据大气污染物排放总量的80%以上，其主要污染物为二氧化硫、氮氧化物、颗粒物，特点是烟气量大，污染物总量占比多。

近年来，国内外针对大气污染的研究很多，特别是针对火电厂和燃煤锅炉烟囱等污染源已经形成了一套完整的研究体系，污染物控制水平已达到很高的水平，燃煤锅炉、火电厂等重点工业源的各项污染物排放指标均能控制在合理范围以内。

1.2 火炬燃烧排放

传统煤化工行业大气污染物来源主要有煤气化时气化炉开车过程中由于炉内结渣、火层倾斜等非正常情况导致的停车，炉内的排空气形成部分废气、固定床气化炉煤锁卸压驰放气污染、粗煤气的净化工序中部分尾气污染物、硫和酚类物质回收装置的尾气及酸性气、氨回收吸收塔排放气等[2]，其特点是煤气化装置火炬正常运行情况下燃烧废气排放少，异常情况下原本系统内的工艺气须排火炬燃烧排放产生废气。由于火炬既是安全设施，常用于应急处置，其没有脱硫、脱硝、除尘等环保设施，在此情况下，各种废气未经有效处置，便“直上云霄”、污染大气。

1.3 工艺尾气

煤化工装置甲醇、合成氨工艺过程产生的酸性气体经过硫回收装置后由焚烧炉燃烧处理并从烟囱外排，其排放的尾气主要污染物为二氧化硫，特点是烟气量少，排放标准浓度限值较为宽松。

2 减负荷生产存在的问题

对于煤化工企业来说，治污降霾就是要做到节能减排，近几年无论是错峰生产还是重污染天气应急，都粗暴要求企业以产品产量计算减产，效果并无显现。煤化工生产装置与其它生产线不同，不能简单“一刀切”。一是开、停车和降负荷时间较长，正常一次开、停车一般需要3～5天，控制难度大，风险高，而且在开、停车过程中，设备状态不稳定，污染物产生得更多；二是开、停车代价巨大，一次开停车经济损失往往在百万以上。因此减产只能通过减负荷实现，其工艺运行的设计范围为70%～110%，最优操作负荷在100%左右。低负荷运行时装置的运行稳定性不好，工况调整难度大，操作稍有不慎就可能造成装置生产运行波动甚至安全事故。

2.1 打破蒸汽平衡，增加能耗和污染物总量

煤化工企业动力由锅炉蒸汽提供，由于气化装置变换工段正常运行情况下会副产一部分蒸汽，原设计该富产蒸汽并入全厂蒸汽管网进行补充平衡，建立平衡后，减少锅炉提供的蒸汽，节约了锅炉燃煤。低负荷运行下，系统副产蒸汽量减少，蒸汽平衡被打破，为保障生产装置稳定运行，需要提高锅炉负荷补齐平衡蒸汽，填补变换富产蒸汽空缺，因此会增加锅炉燃煤消耗，增加锅炉烟气排放。以蒲城清洁能源化工有限责任公司为例，100%生产运行负荷时，锅炉的蒸汽供应量660吨，烟气排放量为84 万m3/h，而80%～85%负荷运行工况下，锅炉蒸汽供量为870吨，烟气排放量为110万m3/h，烟气排放量增加26万m3/h，因此颗粒物、SO2、NOx排放总量均增加。

以2019 年实际生产为例，通过锅炉烟气在线数据计算，对比80%生产负荷与100%生产负荷两种状况下锅炉大气污染物总量排放情况。一月份响应错峰生产以及重污染天气，生产负荷降至80%，大气污染物产生10.3 吨二氧化硫，25.7 吨氮氧化物，1.9 吨颗粒物；四月份解除错峰生产和重污染天气，生产负荷恢复100%，大气污染物产生8.6 吨二氧化硫，20.7 吨氮氧化物，1.7 吨颗粒物。从以上数据可以明显看出，降负荷生产期间，大气污染物排放总量反而上升，增加率二氧化硫为20.7%，氮氧化物为24%，颗粒物为16%，对污染物减排起到反作用效果。

2.2 新增大量废气排放

低负荷运行工况下，工艺运行稳定性差，易引起工艺波动，必然会引起装置的非计划性排放机率增加甚至紧急停车。对于煤化工行业，工况波动、开、停车等非正常工况下的排放的工艺介质通过火炬燃烧，其排放速率、排放量大且难以控制，非正常工况一般历时长短不一，多则数天，少则以小时计，在某些非正常工况时，污染源强会发生大的变化，额外产生大量大气污染物，由于火炬监测难以实现，一般煤化工企业火炬都比较高，且火焰温度大都在几百度以上，目前还没有比较好的办法对其进行监测或采样分析，也无法进行自动在线监测[3]，只能通过定性判断，同时还容易形成短时间内集中排放，非常不利于大气污染的防控，因此火炬燃烧排放往往是煤化工行业常常被忽略的一个重要大气污染排放源。

火炬系统在生产装置正常的情况下是能够做到正常运行、正常燃烧、达标排放的。而一旦生产装置非正常工况情形发生，为了保证安全，大量的可燃性气体甚至包括原料都自动或认为紧急泄到火炬燃烧排放，此时火炬气的燃烧往往是不充分的，外观看排气量增大，黑烟滚滚，噪声巨大。此时即使保持火炬燃烧系统运转正常，并采取加大消烟气量调节等措施，火炬气的燃烧也不能做到达标排放。

2.3 不利于企业安全生产

一是系统低负荷运行，阀门、测量仪表、仪表控制系统等参数均在运行下限附近，调节阀均在小阀位区间操作，调节线性差，操作弹性小，且低阀位容易造成阀门卡涩，部分物料堵塞，抗波动能力明显变差，一旦系统波动，很可能由于调节不当，导致系统停车事故发生，安全风险增大。二是压缩机等大型机组的喘振流量已接近或低于喘振设定值，小幅的波动即会造成机组的喘振等不安全运行情况的发生。三是MTO 流化床反应器的空速低，无法达到正常的流化效果，会导致反应组分紊乱，烷烃的产品增加，增加火炬的排放量；另外会导致变换催化剂床层、合成催化剂床层温度无法及时带走，反应器床层局部温度高，发生反应器超温事故，严重影响设备安全运行。

3 合理优化应急减排方案

通过上述分析发现，首先不能粗暴的让企业减产限产，要按照“一厂一策”要求，维持最优负荷稳定运行，保障工况稳定不波动，确保稳定生产，尽可能减少甚至杜绝火炬燃烧排放。2019年江苏省南京市生态环境局出台了《南京市高架火炬环境管理办法》，在全国率先针对化工企业高架火炬进行环境管理。要求化工企业的高架火炬将不得作为大气污染日常处理设施。

4 结语

综上所述，煤化工行业单纯采用减产限产措施，不但不能实现节能减排，反而可能会起到反作用，使污染物不降反增，不利于治理大气环境。通过优化工艺运行、提高环保设施运行效率等方法手段，以在线数据作为核查依据，落实重污染天气应急减排措施。如企业可承诺在实现超低排放的基础上进一步提高排放标准，制定具备“可操作、可监测、可核查”特点的有效措施，实现节能减排。