火電廠事故灰場大氣環(huán)境防護距離取值合理性探討

陳才麗，許友澤，劉 凱

（湖南省環(huán)境保護科學(xué)研究院，湖南長沙 410004）

火電廠事故灰場大氣環(huán)境防護距離取值合理性探討

陳才麗，許友澤，劉 凱

（湖南省環(huán)境保護科學(xué)研究院，湖南長沙 410004）

為防止火電廠灰場的揚塵污染，環(huán)境影響評價中均會設(shè)置大氣環(huán)境防護距離，在該范圍內(nèi)不允許有常住居民，且土地利用性質(zhì)也會受到影響。但對事故灰場設(shè)置過大的大氣環(huán)境防護距離對電廠投資、土地資源都是一種浪費。文章以南方典型A火電廠為例，從控制起塵風(fēng)速、粉煤灰含水率、是否碾壓作業(yè)等方面，對事故灰場大氣環(huán)境防護距離取值的合理性進行了分析，結(jié)果表明，在采用小塊堆灰作業(yè)時，設(shè)置150 m的大氣環(huán)境防護距離，既能滿足灰場場界達標(biāo)排放的要求，又可防止揚塵對敏感目標(biāo)的污染影響。

火電廠；灰場；起塵量；達標(biāo)排放；防護距離

火電廠鍋爐煙氣除塵產(chǎn)生的粉煤灰為一般工業(yè)固體廢物，原來以灰場堆存為主，因粉煤灰的粒徑小于45.709μm的占到50.63%［1］，所以在干燥季節(jié)遇上大風(fēng)天氣、特別是在灰場管理不到位的情況下，極易產(chǎn)生二次揚塵污染，但由于干灰中含有CaO、Al2O3、SiO2等活性成分，遇水后可產(chǎn)生類似于水泥的水化固結(jié)反應(yīng)，因此干灰出廠前通過灑水加濕，加上灰場機械碾壓，能使灰場二次揚塵得到有效控制［2］。近年隨著城市的快速發(fā)展對建材的強烈需求，粉煤灰的綜合利用越來越好，粉煤灰的堆存量越來越小甚至零堆存，灰場的貯灰設(shè)計年限也由原來的3～5 a縮短為1 a（GB 50660-2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》），以保證電廠灰渣滯銷期的貯存，貯灰場由原來的常年貯灰性質(zhì)變?yōu)槭鹿驶覉鰝溆?，其堆灰作業(yè)率降低，在一定程度上可減輕其對環(huán)境的污染影響［3］。為了最大限度地減少無組織排放單元對人群健康的影響，HJ2.2-2008《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則-大氣環(huán)境》［4］要求設(shè)置大氣環(huán)境防護距離。環(huán)保部公告2013年第36號“關(guān)于發(fā)布《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18599 -2001）等3項國家污染物控制標(biāo)準(zhǔn)修改單的公告［5］”，取消了“場界距居民集中區(qū)500 m以外”的要求，將《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18599-2001）第5.1.2條修改為：應(yīng)根據(jù)環(huán)境影響評價結(jié)論確定場址的位置及其與周圍人群的距離。筆者認為，設(shè)置防護距離固然可緩解二次揚塵對人群健康的影響，避免污染糾紛，但更應(yīng)該督促建設(shè)單位采取措施滿足達標(biāo)排放的要求。因此，本文通過計算不同條件下貯灰場起塵量和環(huán)境影響預(yù)測結(jié)果，在滿足達標(biāo)排放的前提下，對南方某A火電廠事故貯灰場防護距離取值的合理性進行了分析探討。

1 灰場概況

南方A火電廠裝機容量2×660 MW，其灰渣產(chǎn)生量約67.2萬m3／a，脫硫副產(chǎn)品產(chǎn)生量約4.8萬m3／a，能做到全部綜合利用。根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》（GB 50660-2011）第9.6.2條［6］，“當(dāng)灰渣（含脫硫副產(chǎn)品）確能全部利用時，可按貯存1年灰渣量確定征地面積并建設(shè)事故備用灰場”，因此設(shè)計按貯存1年灰渣量選擇了1個低矮谷溝型干灰場，占地面積14.36×104m2，長約480 m，寬約250 m，當(dāng)堆灰高度為8 m時，有效庫容73.59×104m3?；以C合利用不暢時，出廠干灰加濕至含水率15%～25%，由封閉罐車運到灰場，分塊碾壓。灰場管理站配套有碾壓機械、灑水設(shè)施等。

2 灰場起塵量估算公式

灰場起塵量與氣象條件、灰場運行管理水平密切相關(guān)，如風(fēng)速、濕度、干灰含水率、是否碾壓、貯灰面積的大小等；因此，許多科研院所對灰場起塵量進行了研究驗證，總結(jié)出了不同條件下的經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式。

本文選取未經(jīng)碾壓和碾壓兩種典型情況的計算公式。

1.未碾壓時的半經(jīng)驗公式［7］：

式中：Qp為起塵量／mg·s-1；U為堆灰高度處的預(yù)測風(fēng)速／m·s-1；W為灰表面含水率／%；S為貯灰面積／m2。

2.西北電力設(shè)計院在灰場碾壓測試后得出的起塵量計算經(jīng)驗公式［8］：

式中：ρ1為灰的堆積密度／g·cm-3，取1.0；S為貯灰面積／m2；L為貯灰塊迎風(fēng)面長／m；Pe為降水蒸發(fā)指數(shù)，其中Pe依據(jù)世界糧農(nóng)組織（FAO）公布的公式并轉(zhuǎn)化成國際標(biāo)準(zhǔn)單位后，如下：

式中：pm為降水量／mm；tm為月平均氣溫／℃；灰場所在區(qū)域pm為1 361.1 mm，tm為16.9℃。經(jīng)計算，本地區(qū)Pe指數(shù)為117.8，為濕潤地區(qū)，符合本地區(qū)氣候特征。

世界糧農(nóng)組織（FAO）對Pe指數(shù)劃分與氣候濕潤度的劃分見表1。

表1 Pe指數(shù)與氣候特征對應(yīng)關(guān)系

3 大氣環(huán)境防護距離的計算

3.1 計算模式及修正

大氣環(huán)境防護距離計算模式是基于SCREEN3估算模式開發(fā)的計算模式，計算時默認采用了所有的氣象組合（共54組）方式，組合情況見表2。而灰場的起塵量與風(fēng)速有直接關(guān)聯(lián)，所以，某一風(fēng)速計算的起塵量與默認的氣象情況不對應(yīng)，因此需要對該計算模式進行修正，以保證風(fēng)速和模式的篩選過程一一對應(yīng)［9，10］。

表2 SCEEEN3模式中氣象條件組合情況

3.2 起塵量的計算結(jié)果

為了避免環(huán)評過程中出現(xiàn)相同的問題評價結(jié)論不同，2013年國家環(huán)保部環(huán)境工程評估中心舉辦了第二屆火電行業(yè)環(huán)境保護研討會，在該會議紀要中對灰場防護距離計算的相關(guān)參數(shù)和氣象條件的選取取得了較為一致的意見：灰場防護距離計算應(yīng)基于正常風(fēng)速和灰場正常運行情況下進行，應(yīng)以保守原則選擇起塵計算公式，按98%保證率下確定風(fēng)速參數(shù)，灰渣含水率南方取8%，貯灰塊面積取50 m× 50 m。

該電廠所在區(qū)域氣象站近1年的地面逐時氣象統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，98%保證率下的風(fēng)速為8.1 m／s，對應(yīng)的大氣穩(wěn)定度為C類和D類。

經(jīng)計算，未碾壓時灰場起塵量為3.42 g／s，在碾壓時灰場起塵量為0.28 g／s，碾壓時灰場起塵量為未碾壓時的8.2%，灰場起塵量及參數(shù)見表3，碾壓可有效控制揚塵的二次污染。

表3 灰場起塵量及參數(shù)

根據(jù)表3確定的起塵量和修正過的SCREEN3模式計算出無組織源的環(huán)境空氣質(zhì)量的最遠達標(biāo)距離，該距離是以污染源的中心算起。在設(shè)置大氣環(huán)境防護距離時，該模式默認最遠達標(biāo)距離小于100 m時，級差為10 m，超過100 m，級差為50 m。本谷溝型灰場設(shè)計堆灰高度不超過谷脊的1 m，所以面源有效高度取1 m。環(huán)境中TSP的小時濃度限值根據(jù)HJ2.2-2008《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則-大氣環(huán)境》中相關(guān)規(guī)定，取日均濃度二級標(biāo)準(zhǔn)（0.3 mg／m3）的3倍（0.9 mg／m3）。大氣環(huán)境防護距離計算結(jié)果見表4。

表4 灰場大氣環(huán)境防護距離

4 大氣環(huán)境防護距離取值的合理性分析

4.1 原因

顆粒物TSP場界無組織排放監(jiān)控濃度限值執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）（1.0 mg／m3），在對應(yīng)上述條件時，灰場場界TSP無組織排放濃度預(yù)測值超過了GB16297-1996無組織排放監(jiān)控濃度限值（表5、圖1），不能滿足達標(biāo)排放的要求，因此有必要對起塵量進行校正，并對大氣環(huán)境防護距離取值的合理性進行研究。

表5 灰場場界TSP無組織排放濃度預(yù)測結(jié)果

圖1 灰場場界TSP濃度預(yù)測值和大氣環(huán)境防護距離示意圖

4.2 起塵量的修正及控制條件

在HJ2.2-2008《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則-大氣環(huán)境》中關(guān)于“大氣環(huán)境防護距離參數(shù)選擇”的要求是“有場界排放濃度標(biāo)準(zhǔn)的，大氣環(huán)境影響預(yù)測結(jié)果應(yīng)首先滿足場界排放標(biāo)準(zhǔn)，如預(yù)測結(jié)果在場界監(jiān)控點出現(xiàn)超標(biāo)，應(yīng)要求削減排放源強，計算大氣環(huán)境防護距離的污染物排放源強應(yīng)采用削減達標(biāo)后的源強”。因此，本文選擇了具有代表性的不同氣象組合情況，采用模式反推計算出灰場TSP滿足場界無組織排放監(jiān)控濃度限值對應(yīng)的起塵量，見表6。風(fēng)速小于5 m／s時，E類穩(wěn)定度下的起塵量最小，風(fēng)速大于5 m／s時，D類穩(wěn)定度下的起塵量最小。

表6 SCEEEN3模式中氣象條件組合情況下灰場TSP滿足場界無組織排放監(jiān)控濃度限值時對應(yīng)的起塵量g／s

由公式（1）可知，在堆灰面積一定時，無碾壓灰場起塵量受風(fēng)速和粉煤灰含水率的影響。根據(jù)計算結(jié)果，如果要使不同風(fēng)速時的灰場起塵量最小，必須控制含水率不大于表7中對應(yīng)的數(shù)值。一般火電廠通過對出廠干灰灑水加濕、在灰場配套灑水、碾壓設(shè)施等措施，均可控制灰渣含水率不小于15%。

根據(jù)公式（2），當(dāng)風(fēng)速為20 m／s時，即使采取碾壓措施，其灰場起塵量也將達到3.44 g／s，對環(huán)境的污染影響將超出設(shè)定的大氣環(huán)境防護距離，因此，在大風(fēng)天，灰場應(yīng)停止堆灰作業(yè)，同時對灰場內(nèi)灑水使灰渣的含水率不低于15%，抑制揚塵的產(chǎn)生。

表7 不同風(fēng)速時最小起塵量需要控制的灰渣含水率%

4.3 設(shè)置合理的大氣環(huán)境防護距離

在場界達標(biāo)排放對起塵量進行修正的基礎(chǔ)上，采用修訂后的SCREEN3模式再次計算大氣環(huán)境防護距離。灰場場界TSP達標(biāo)時大氣環(huán)境防護距離計算結(jié)果見表8。

根據(jù)計算結(jié)果，考慮50m級差，認為設(shè)置150 m大氣環(huán)境防護距離是合理的。因為：

1.大氣環(huán)境防護距離計算考慮了各種不同氣象條件的組合，對起塵量進行修正時，考慮了灰渣含水率控制措施的可達性。

2.A廠的灰場為事故灰場，其作業(yè)率比常年堆灰的灰場要低得多，設(shè)置過大的大氣環(huán)境防護距離對電廠投資、土地資源都是一種浪費。

表8 TSP滿足場界無組織排放監(jiān)控濃度限值時對應(yīng)的最遠達標(biāo)距離m

5 結(jié) 論

1.按第二屆火電行業(yè)環(huán)境保護研討會會議紀要中的灰場起塵量估算保守原則，南方A火電廠事故灰場需要設(shè)置200 m大氣環(huán)境防護距離，但是灰場場界TSP無組織排放預(yù)測值超過了GB16297-1996無組織排放監(jiān)控濃度限值，不能滿足達標(biāo)排放的要求。

2.在事故灰場采用小塊堆灰作業(yè)，TSP滿足場界達標(biāo)排放的前提下，南方A火電廠事故灰場設(shè)置150 m的大氣環(huán)境防護距離是合適的。一方面可緩解二次揚塵對人群健康的影響、避免污染糾紛，另一方面可提高灰場周邊土地利用率，節(jié)約電廠建設(shè)投資。

3.加強灰場的作業(yè)管理，采用小灰塊堆灰的方式，通過灑水和碾壓，在場界周邊植樹綠化減小灰場內(nèi)的起塵風(fēng)速等措施，可有效控制揚塵的二次污染。

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Discussion on Reasonability of Prevention Distance Between the Ash Fields and Protection Areas

CHEN Cai-li，XU You-ze，LIU Kai
（Hunan Research Academy of Environment Science，Changsha 410004，China）

To control ash field TSP pollution，it needs to set atmospheric environment prevention distance at coal-fired power plant EIA，but too big distance is awaste in investment and land resources.In this paper，according to different dust treatment and demand of standardized emission，calculates emission source in ash field of coal-fired power plant，analyses the reasonability of prevention distance between the ash field and protection areas.Results show that 150 meters atmospheric environment prevention distance is suitable，when ash block is less than 50 meters×50 meters and TSP emission concentration meets field limits.

coal-fired power plant；ash field；emission source；standardized emission；prevention distance

X701.2

A

1003-5540（2016）03-0072-04

2016-04-24

陳才麗（1967-），女，副研究員，主要從事環(huán)境影響評價工作和廢水處理技術(shù)研究工作。