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VOCs（Volatile Organic Compounds，VOCs，揮發(fā)性有機(jī)物）不但會(huì)危害人類健康，而且是形成城市光化學(xué)煙霧的重要原因。煉焦過程會(huì)產(chǎn)生并釋放大量大氣污染物，以苯系物居多，是大氣VOCs 的重要來源之一，具有較大毒性和致癌性。受大氣污染物排放的影響，焦化廠員工的流行病學(xué)患病率顯著升高，廠區(qū)和周邊土壤中苯系物含量也較高，煉焦過程產(chǎn)生的VOCs 排放對(duì)區(qū)域環(huán)境影響不容忽視。

賈記紅、陸海明、蕫艷平等分別采用不銹鋼采樣罐和全自動(dòng)預(yù)濃縮/GC/MS 系統(tǒng)，研究了煉焦過程中VOCs 的組成分布，并分析了其反應(yīng)活性；何秋生等以山西省為例研究了煉焦過程VOCs 排放成分譜特征[4]；李國(guó)昊等通過對(duì)2 種不同焦?fàn)t的采樣分析，研究了煉焦過程VOCs 排放特征及臭氧生成潛勢(shì)；王伯光等通過區(qū)域大范圍采樣和模型分析的方法推算出煉焦工藝對(duì)廣州地區(qū)環(huán)境空氣中（C2 ~ C9）非甲烷總烴(NMHCs) 的年平均貢獻(xiàn)率為1.9%；何秋生等以山西省為例估算了煉焦工藝噸焦產(chǎn)量的VOCs 排放系數(shù)及山西省焦化工藝的NMHC 年排放量及其占比[9]。已有研究著重于煉焦過程VOCs 排放的成分、特征及反應(yīng)活性，認(rèn)為焦化行業(yè)VOCs 排放以苯系物、烯烴、烷烴為主，并對(duì)大氣光化學(xué)煙霧、臭氧污染的生成具有突出貢獻(xiàn)作用，且多以區(qū)域和行業(yè)為著眼點(diǎn)，宏觀定量分析了煉焦工業(yè)VOCs 排放，具有開創(chuàng)意義。隨著無組織排放管控標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格及對(duì)特征污染物環(huán)保課稅制度步入正軌，對(duì)焦化過程VOCs 排放的宏觀、定性研究已略顯不足，對(duì)具體過程的定量分析需求日漸迫切。探討某一具體煉焦過程VOCs 的無組織排放量，不但可以幫助焦化企業(yè)明確自身短板提出針對(duì)性解決措施，且可以為管理部門政策制定提供科學(xué)支撐。

分別采取歐洲環(huán)境署大氣污染物排放清單指南（Air Pollutant Emission Inventory Guidebook）、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)環(huán)保管理部門揮發(fā)性有機(jī)物之行業(yè)制程排放系數(shù)、上海市環(huán)境保護(hù)局VOCs 通用計(jì)算方法、美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（US EPA）大氣污染排放系數(shù)匯編文件（AP-42：Compilation of Air Emission Factors）規(guī)定的排放系數(shù)和公式法，對(duì)某煉焦工藝的VOCs 無組織排放量進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，比較了幾種方法的計(jì)算結(jié)果，提出了煉焦過程VOCs 無組織排放計(jì)算模式完善的方1 典型煉焦工藝VOCs 無組織排放源

煉焦過程污染物來源集中于裝煤過程、出焦過程、熄焦過程、焦?fàn)t煤氣燃燒廢氣、煤氣凈化系統(tǒng)和生產(chǎn)過程中其他的廢氣無組織排放。

對(duì)于無組織排放，劉馳等認(rèn)為煉焦過程中廢氣的無組織排放主要集中在3 個(gè)方面：（1）裝煤煙氣的無組織逸散；主要為裝煤車在裝煤時(shí)從裝煤口逸散的煙氣。（2）推焦過程的無組織逸散；最主要的是炭化室爐門打開后散發(fā)出殘余煤氣和出焦時(shí)焦炭從導(dǎo)焦槽落到熄焦車中產(chǎn)生的大量粉塵、煙氣。（3）焦?fàn)t爐體煙氣的連續(xù)性無組織逸散；包括機(jī)、焦兩側(cè)爐門摘門和對(duì)門過程中，爐門磚上的焦油渣高溫遇空氣燃燒不完全產(chǎn)生煙氣，以及爐門刀邊變形穿孔造成密封不嚴(yán)所造成的煙氣逸散。

美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（USEPA）大氣排放監(jiān)測(cè)中心（EMC）在其副產(chǎn)回收焦?fàn)t組監(jiān)測(cè)方法（Method 303-By-product Coke Oven Batteries）中提出，煉焦過程的可見無組織排放可能發(fā)生于爐頂?shù)难b煤孔、氣體排送系統(tǒng)、爐門、以及焦?fàn)t的裝煤過程。國(guó)際能源署（IEA）在其煤炭利用過程的有機(jī)化合物（OrganicCompounds from Coal Utilisation）中提出，煉焦過程的多環(huán)芳烴（PAH）和苯系物（BTX）的無組織排放主要來自裝煤孔，爐門泄漏、管道和爐蓋泄漏，以及推焦和熄焦過程[12]。美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（USEPA）大氣污染排放系數(shù)匯編文件（AP-42： Compilation of AirEmission Factors）煉焦章節(jié)的最終報(bào)告中總結(jié)的無組織泄漏源項(xiàng)包括：裝煤泄漏、碎煤及壓煤泄漏、煤預(yù)熱、爐蓋泄漏、爐門泄漏、氣體排送系統(tǒng)泄漏、燃燒過程泄漏、推焦、篩焦、熄焦泄漏等。

2 國(guó)內(nèi)外煉焦過程VOCs 無組織排放量計(jì)算方法

國(guó)內(nèi)外煉焦過程VOCs 排放量的計(jì)算方法主要為排放系數(shù)法、公式法、模型法，其中排放系數(shù)法使用最為廣泛。

2.1 歐洲

歐洲環(huán)境署（European Environment Agency，隸屬歐盟）和歐洲監(jiān)測(cè)與評(píng)估計(jì)劃（European Monitoringand Evaluation Programme，EMEP）合作出臺(tái)的大氣污染物排放清單指南（Air Pollutant Emission InventoryGuidebook）2016 年版中，將煉焦工藝歸入能源生產(chǎn)章節(jié)中的“固體燃料轉(zhuǎn)化”（Solid Fuel Transformation）類目，并給出了工藝過程中包括VOCs 在內(nèi)的各類污染物無組織排放量的3 級(jí)估算方法。

第1 級(jí)（Tier 1）估算采用系數(shù)法，針對(duì)整個(gè)國(guó)家層面煉焦工業(yè)的無組織排放量估算。對(duì)于VOCs，該指南排放系數(shù)規(guī)定為7.7 g/t（焦炭產(chǎn)量）。第2 級(jí)（Tier 2）估算同為系數(shù)法。將煉焦無組織排放細(xì)分至各個(gè)源項(xiàng)，共給出了7 種無組織排放源各自對(duì)應(yīng)的不同污染物排放系數(shù)，分別是裝煤、爐門和爐蓋泄漏、氣體排送系統(tǒng)泄漏、熄焦、推焦、燜爐、脫碳。其中，僅在裝煤和燜爐2 個(gè)環(huán)節(jié)中給出了VOCs 的排放系數(shù)：裝煤7.7 g/Mg（焦炭產(chǎn)量）、燜爐3 g/Mg（焦炭產(chǎn)量）。第3 級(jí)（Tier 3）估算則是針對(duì)某一具體裝置的數(shù)學(xué)建模估算方法（見表1）。

2.2 日本

日本環(huán)境省公布的VOCs 排放量計(jì)算方法中，并未涵蓋煉焦工藝。其歷年公布的全國(guó)VOCs 排放清單中，煉焦行業(yè)VOCs 排放量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于鋼鐵行業(yè)協(xié)會(huì)，并以苯這一特征污染物的排放量表征全體VOCs 排放量。

日本學(xué)者冰見康二在其研究中估計(jì)了煉焦行業(yè)的碳?xì)浠衔锱欧帕縖14]。在以焦?fàn)t煤氣為燃料的煉焦工藝中，碳?xì)浠衔锱欧畔禂?shù)為59.8 kg/108 kcal（燃料消耗），其中碳?xì)浠衔镆訡H4 計(jì)。

2.3 中國(guó)臺(tái)灣

2.4 上海

上海市環(huán)境保護(hù)局于2017 年公布的《上海市工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放量通用計(jì)算方法（試行）》中，將煉焦工藝歸為溶劑加工類工藝，采用實(shí)測(cè)法、公式法或系數(shù)法估算工藝過程中各排污節(jié)點(diǎn)的廢氣VOCs 排放量。

其中，實(shí)測(cè)法適用于經(jīng)立火道燃燒并經(jīng)由小大煙道排出的有組織燃燒廢氣中VOCs 排放量的計(jì)算，不適用于煉焦過程的無組織排放；公式法適用于有加料損失、升溫?fù)p失、表面蒸發(fā)損失、氣體吹掃排放、氣體逸出損失、減壓損失等環(huán)節(jié)的VOCs 排放量計(jì)算，亦不適用于煉焦過程的無組織排放；系數(shù)法中則給出了不同產(chǎn)生源的VOCs 產(chǎn)污系數(shù)（見表3），其中，焦?fàn)t煙囪屬于有組織排放源項(xiàng)。

2.5 美國(guó)

美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（USEPA）大氣污染排放系數(shù)匯編文件（AP-42: Compilation of Air Emission Factors）將煉焦工藝歸入冶金工業(yè)（Metallurgical Industry），對(duì)不同情況下焦?fàn)t的無組織排放計(jì)算方法予以了載明。對(duì)于因監(jiān)測(cè)、運(yùn)營(yíng)管理等原因，無法獲知其爐門或爐蓋泄漏數(shù)量等準(zhǔn)確排放信息的焦?fàn)t組，該文件給出了典型焦?fàn)t組對(duì)應(yīng)不同污染控制措施下的排放源排放系數(shù)（ 見表4）。其中，VOCs 污染因子以BSO（Benzene Soluble Organics，苯溶性有機(jī)物）表征。

同時(shí)， 該文件指出：總VOCs 排放量與BSO 排放量的比率為2.2（推焦過程除外）。

3 煉焦過程VOCs 排放量演算

3.1 參數(shù)設(shè)置

某焦?fàn)t組年產(chǎn)焦255 萬t，爐組總孔數(shù)250 個(gè)，總爐門數(shù)500 個(gè)，總爐蓋數(shù)1 283 個(gè)，煉焦周期23 h。根據(jù)美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（USEPA）副產(chǎn)回收焦?fàn)t組監(jiān)測(cè)方法（Method 303）實(shí)地勘測(cè)得出，作業(yè)時(shí)可見爐門泄漏（PLD）數(shù)為3，泄漏比例為0.6%；作業(yè)時(shí)可見爐蓋泄漏（PLL）為3，泄漏比例為0.23%；裝煤平均可見泄漏排放時(shí)間為1 440 s，年工時(shí)數(shù)8 000 h。

3.2 排放系數(shù)法計(jì)算結(jié)果

3.2.1 歐洲環(huán)境署系數(shù)

根據(jù)歐洲環(huán)境署（European Environment Agency）大氣污染物排放清單指南（Air Pollutant EmissionInventory Guidebook）第2級(jí)（Tier 2）估算方法，本焦?fàn)t組年VOCs 無組織排放量E1。

歐洲環(huán)境署排放系數(shù)法計(jì)算結(jié)果E1 最小的可能原因是，其規(guī)定的不同源項(xiàng)VOCs 無組織排放系數(shù)只包含了裝煤和燜爐環(huán)節(jié)，對(duì)于其他環(huán)節(jié)的無組織排放并未納入考慮，而這一部分排放量仍然很可觀；E4 NESHAP（后控制措施）相對(duì)較小的可能原因是，若能夠達(dá)到美國(guó)國(guó)家環(huán)保局危險(xiǎn)大氣污染物國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)（NESHAP）的后控制標(biāo)準(zhǔn)，其無組織排放控制已經(jīng)比較完備，因此排放量估算較小；臺(tái)灣環(huán)保管理部門排放系數(shù)法計(jì)算結(jié)果E2、美國(guó)國(guó)家環(huán)保局公式法計(jì)算結(jié)果E5、美國(guó)國(guó)家環(huán)保局NESHAP 預(yù)控制標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果E4 NESHAP（預(yù)控制措施）、上海地區(qū)排放系數(shù)法計(jì)算結(jié)果E3 計(jì)算結(jié)果相差不大。其中，美國(guó)國(guó)家環(huán)保局公式法計(jì)算結(jié)果E5 與美國(guó)國(guó)家環(huán)保局NESHAP 預(yù)控制標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果E4 NESHAP（預(yù)控制措施）數(shù)值想當(dāng)，說明若能夠達(dá)到危險(xiǎn)大氣污染物國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)（NESHAP）的預(yù)控制標(biāo)準(zhǔn)，則其肉眼可見的泄漏排放也將處于較低水平；上海地區(qū)排放系數(shù)法計(jì)算結(jié)果E3 與E5 和E4NESHAP（預(yù)控制措施）相比都偏大，其可能原因是，E3 對(duì)于推焦環(huán)節(jié)的無組織排放也納入了估算，且其在整個(gè)無組織排放中具有想當(dāng)?shù)恼急龋?1%）；而美國(guó)國(guó)家環(huán)保局大氣污染排放系數(shù)匯編文件（AP-42）并未將推焦環(huán)節(jié)納入。而對(duì)于美國(guó)國(guó)家環(huán)保局NESHAP 無控制措施計(jì)算結(jié)果E4（無控制措施），其數(shù)量級(jí)與前述結(jié)果差異巨大，且案例焦?fàn)t組已采取了相關(guān)無組織排放控制措施，因此其結(jié)果無法在此做出有效討論。

4 結(jié)論

本研究探討了煉焦過程的VOCs 無組織排放量的多種計(jì)算方法，對(duì)某煉焦工藝的VOCs 無組織排放量進(jìn)行實(shí)例計(jì)算并比較了幾種方法的計(jì)算結(jié)果。

4.1 世界范圍內(nèi)的煉焦過程VOCs 無組織排放量的計(jì)算方法仍存在較大差異，計(jì)算結(jié)果存在數(shù)量級(jí)差距；歐洲環(huán)境署排放系數(shù)法存在較多的源項(xiàng)遺漏；美國(guó)國(guó)家環(huán)保局排放系數(shù)法、公式法分類較細(xì)，但未將推焦環(huán)節(jié)納入估算；上海地區(qū)排放系數(shù)法對(duì)推焦環(huán)節(jié)VOCs 無組織排放占整體比例的估計(jì)值達(dá)到了51%，與美國(guó)國(guó)家環(huán)保局有一定差異。

4.2 值得注意的是，對(duì)于年產(chǎn)250 萬t 產(chǎn)能級(jí)別的焦?fàn)t組，即使按照美國(guó)國(guó)家環(huán)保局危險(xiǎn)大氣污染物國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)（NESHAP）的最優(yōu)控制措施運(yùn)行，其VOCs年無組織排放量估計(jì)值仍然達(dá)到了40 t 級(jí)，十分可觀。對(duì)于控制措施一般情形下的估計(jì)值則達(dá)到了150 t 級(jí)。因此，煉焦過程的VOCs 無組織排放不容小覷。

4.3 煉焦過程的VOCs 無組織排放源項(xiàng)、過程都很復(fù)雜，有毒有害物質(zhì)多、排放量大，需要引起重視；但目前國(guó)內(nèi)外的無組織排放量計(jì)算方法仍存在較大差異，計(jì)算結(jié)果存在數(shù)量級(jí)差距。后續(xù)研究可以以具體排放源項(xiàng)和過程為切入點(diǎn)，對(duì)排放量計(jì)算方法進(jìn)一步細(xì)化研究。