蘆祖光

（中國(guó)電力工程集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)春 130021）

貯灰場(chǎng)是火力發(fā)電廠重要的污染源之一，其揚(yáng)塵環(huán)境影響評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確與否，已成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。鑒于GB 18599—2001《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》修改單的頒布（環(huán)境保護(hù)部公告2013年第36號(hào)），取消了貯灰場(chǎng)場(chǎng)界距居民集中區(qū)500m 以外的要求，而是由環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)論確定場(chǎng)址的位置及其與周圍人群的距離，經(jīng)具有審批權(quán)的環(huán)境保護(hù)行政主管部門批準(zhǔn)，并作為規(guī)劃控制的依據(jù)，因此如何進(jìn)行貯灰場(chǎng)揚(yáng)塵的環(huán)境影響預(yù)測(cè)，確定合理的貯灰場(chǎng)與環(huán)境敏感點(diǎn)（本文主要指居民區(qū)）的距離就顯得尤為重要。以下在對(duì)美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局推薦的堆料揚(yáng)塵排放量的估算方法［1－2］進(jìn)行適當(dāng)修正的基礎(chǔ)上，估算貯灰場(chǎng)總懸浮顆粒物（TSP）及PM10的排放量，采用HJ 2.2—2008《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則——大氣環(huán)境》中推薦的估算模式進(jìn)行影響預(yù)測(cè)，確定合理的貯灰場(chǎng)與環(huán)境敏感點(diǎn)（居民區(qū)）間的防護(hù)距離。

1 貯灰場(chǎng)揚(yáng)塵環(huán)境影響評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀

燃煤電廠貯灰場(chǎng)揚(yáng)塵環(huán)境影響評(píng)價(jià)，關(guān)鍵的問(wèn)題就是如何確定灰場(chǎng)揚(yáng)塵的起塵量，然而貯灰場(chǎng)堆灰被風(fēng)吹起的過(guò)程極其復(fù)雜，迄今為止人們對(duì)其機(jī)理的了解甚微［3］，很難通過(guò)大氣現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定其起塵量。有些學(xué)者通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)確定了影響該物理過(guò)程的一些因子，如風(fēng)速、濕度、顆粒物粒徑等［4］，然而目前國(guó)內(nèi)對(duì)于堆料場(chǎng)揚(yáng)塵的環(huán)境影響評(píng)價(jià)尚沒(méi)有統(tǒng)一的源強(qiáng)估算方法，積累的資料亦較少。采用秦皇島煤堆起塵量計(jì)算方法［5－6］對(duì)煤場(chǎng)揚(yáng)塵的影響因素做了分析，通過(guò)對(duì)煤場(chǎng)起塵量及不同風(fēng)速不同含水率下對(duì)煤場(chǎng)揚(yáng)塵進(jìn)行估算，并采用HJ/T 2.2－93《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則——大氣環(huán)境》中的模式對(duì)煤場(chǎng)下風(fēng)向的TSP落地濃度進(jìn)行了預(yù)測(cè)，其揚(yáng)塵源強(qiáng)估算模式考慮了煤場(chǎng)平均風(fēng)速、煤塵啟動(dòng)風(fēng)速、煤塵表面含水率及年堆煤量等因素，但沒(méi)有考慮顆粒物的粒徑分級(jí)，其采用的風(fēng)速亦為地面10 m 的監(jiān)測(cè)風(fēng)速，而沒(méi)有考慮近地面風(fēng)速廓線變化規(guī)律及地面粗糙度的影響；《遼寧沈撫連接帶熱電廠“上大壓小”新建項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書》采用R.A 拜格諾半經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)貯灰場(chǎng)揚(yáng)塵進(jìn)行環(huán)境影響預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)，該半經(jīng)驗(yàn)公式主要考慮了平均風(fēng)速及干灰的含水率等因素，經(jīng)驗(yàn)公式考慮的影響因素較為單一；《西寧熱電廠一期2×300 MW 級(jí)熱電聯(lián)產(chǎn)工程環(huán)境影響報(bào)告書》采用西安冶金建筑學(xué)院的起塵量推算公式對(duì)該工程的貯灰場(chǎng)揚(yáng)塵進(jìn)行了環(huán)境影響評(píng)價(jià)，其灰場(chǎng)揚(yáng)塵排放量估算模式主要考慮了啟動(dòng)風(fēng)速、干灰的含水率及灰場(chǎng)的起塵面積等因素，沒(méi)有考慮到顆粒物粒徑分級(jí)、近地面風(fēng)速廓線變化規(guī)律及地面粗糙度等影響［1］；采用等效點(diǎn)源模式對(duì)不碾壓及碾壓狀態(tài)下的貯灰場(chǎng)二次揚(yáng)塵進(jìn)行了環(huán)境影響預(yù)測(cè)分析，其采用的灰場(chǎng)揚(yáng)塵排放量估算模式與秦皇島煤堆起塵量相似，不同的是考慮了顆粒物的粒徑分級(jí)，但是沒(méi)有考慮啟動(dòng)風(fēng)速、近地面風(fēng)速廓線變化規(guī)律。

目前國(guó)內(nèi)的幾種灰場(chǎng)揚(yáng)塵排放量的估算方法均在不同程度上存在缺陷及不足，最主要的問(wèn)題在于其揚(yáng)塵排放量估算方法均沒(méi)有考慮近地面的摩擦風(fēng)速及地表粗糙度的影響。鑒于目前國(guó)內(nèi)在灰場(chǎng)揚(yáng)塵排放量估算上存在的不足，充分考慮顆粒物的粒徑分級(jí)、近地面摩擦風(fēng)速及地表粗糙度、灰渣加濕及碾壓對(duì)揚(yáng)塵起塵量的影響，因此有必要對(duì)美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局推薦的堆料揚(yáng)塵排放量的估算方法［1，7］進(jìn)行適當(dāng)修正的基礎(chǔ)上，估算貯灰場(chǎng)TSP及PM10的排放量，采用HJ 2.2—2008中推薦的估算模式進(jìn)行影響預(yù)測(cè)，確定合理的貯灰場(chǎng)與環(huán)境敏感點(diǎn)（居民區(qū)）間的防護(hù)距離。

2 灰場(chǎng)揚(yáng)塵源強(qiáng)的估算方法

貯灰場(chǎng)灰表面受風(fēng)擾動(dòng)后引起的顆粒物排放的排放因子EP可以用下式計(jì)算：

式中：k為粒徑大小因子，無(wú)量綱，其大小隨顆粒物粒徑的大小變化而變化，當(dāng)粒徑小于100μm、30 μm、15μm、10μm、2.5μm 時(shí)，對(duì)應(yīng)的k值分別是2.1、1.0、0.6、0.5、0.2；N為堆料受擾動(dòng)的次數(shù)；Pi為第i次擾動(dòng)中觀察的最大風(fēng)速的風(fēng)蝕潛勢(shì)。

干燥暴露表面的風(fēng)蝕潛勢(shì)可由式（2）計(jì)算得到：

式中：u＊為摩擦風(fēng)速；為閾值摩擦風(fēng)速，即起塵的臨界摩擦風(fēng)速，低于此值時(shí)就認(rèn)為不起塵。

由于灰場(chǎng)堆灰時(shí)均需對(duì)灰渣進(jìn)行加濕及碾壓處理，故結(jié)合火電廠實(shí)際情況對(duì)加濕及碾壓后的灰面風(fēng)蝕潛勢(shì)進(jìn)行適當(dāng)修正，修正后的風(fēng)蝕潛勢(shì)為：

式中n為灰渣加濕及碾壓修正系數(shù)。

另根據(jù)混合長(zhǎng)理論［8］，有：

式 中：Km為 湍 流 粘 性 系 數(shù)；u為 地 面 風(fēng) 速；z為 風(fēng) 速檢測(cè)高度；κ為卡曼常數(shù)，一般取0.4，此值在大氣邊界層中經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，與流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)一致［8］。

則由式（4）、（5）得到：

假設(shè)近地面層摩擦風(fēng)速不隨高度變化，對(duì)式（6）積分，并設(shè)z＝z0處，u＝0，得到對(duì)數(shù)風(fēng)速廓線：

式中z0為地表粗糙度，作為近地面層下邊界出現(xiàn)的幾何長(zhǎng)度。

3 計(jì)算模式選擇

采用估算模式（SCREEN3）對(duì)貯灰場(chǎng)的揚(yáng)塵環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，SCREEN3 采用了單源高斯煙羽擴(kuò)散模式，適合模擬小尺度范圍內(nèi)流場(chǎng)一致的氣態(tài)污染物的傳輸與擴(kuò)散，可用于模擬點(diǎn)源、面源和體源等污染源的最大地面濃度，其嵌入了多種預(yù)設(shè)的氣象組合條件，包括一些最不利的氣象條件，此類氣象條件有可能發(fā)生，也有可能不發(fā)生，經(jīng)估算模式計(jì)算出的最大地面濃度大于進(jìn)一步預(yù)測(cè)模式的計(jì)算結(jié)果，因此其計(jì)算結(jié)果是保守的。計(jì)算方程為［9］：

式中：C為接受點(diǎn)污染物的落地質(zhì)量濃度；Q為污染源排放強(qiáng)度；U為排氣筒出口風(fēng)速；σy、σz分別y和z方向擴(kuò)散參數(shù)；z為接受點(diǎn)離地面的高度；He為排氣筒有效高度；h為混合層高度；k為煙羽從地面到混合層之間的反射系數(shù)，一般大于4。

面源模式則是通過(guò)把每個(gè)面源單元簡(jiǎn)化為一個(gè)“等效點(diǎn)源”，可用點(diǎn)源公式來(lái)計(jì)算面源造成的污染濃度或者通過(guò)面源積分的方法得到全部面源造成的濃度分布。

4 計(jì)算實(shí)例

北方某300 MW 級(jí)城市供熱電廠，對(duì)貯灰場(chǎng)揚(yáng)塵環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測(cè)分析與評(píng)價(jià)。根據(jù)電廠所在地近20年氣象資料，該地年平均氣溫為2.5 ℃，多年平均風(fēng)速為2.5m/s，最大風(fēng)速為18m/s。該電廠為2臺(tái)350 MW 超臨界供熱機(jī)組，單臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)煤質(zhì)燃煤量為219.58t/h，收到基灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.84%，采用雙室五電場(chǎng)靜電除塵器，除塵效率為99.80%，灰渣產(chǎn)生量為74.5t/h，粉煤灰堆積密度按555kg/m3考慮，則該電廠產(chǎn)生灰渣約為134.23 m3/h。在電廠灰渣綜合利用不暢時(shí)，電廠滿負(fù)荷運(yùn)行1h產(chǎn)生的灰渣全部進(jìn)入臨時(shí)備用貯灰場(chǎng)堆存，按堆存高度1m 考慮，則灰渣在灰場(chǎng)1h的堆存面積為134.23m2，按單臺(tái)貯灰罐車運(yùn)灰量20t考慮，則每小時(shí)需4輛運(yùn)灰罐車，每輛車卸灰寬度按5 m考慮，則1h 內(nèi)形成的堆灰長(zhǎng)度為20 m，寬度為6.71m。

為了確定貯灰場(chǎng)與環(huán)境敏感點(diǎn)（居民區(qū)）的防護(hù)距離，假定最不利工況，即在大風(fēng)季節(jié)電廠灰渣綜合利用不暢，電廠產(chǎn)生的1h灰渣全部進(jìn)入貯灰場(chǎng)堆存。則在此最不利工況條件下，根據(jù)（1）至（8）式計(jì)算，貯灰場(chǎng)排放TSP為21.66kg/h、PM10為5.11 kg/h。（該項(xiàng)目貯灰場(chǎng)坐在位置地表類型為多樹及樹籬、少有建筑物，故取0.3m；依據(jù)參考文獻(xiàn)［9］，閾值摩擦風(fēng)速取0.57m/s。）

應(yīng)用SCREEN3估算模式進(jìn)行計(jì)算，貯灰場(chǎng)下風(fēng)向不同距離處的TSP 及PM10落地濃度計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 貯灰場(chǎng)下風(fēng)向不同距離處的TSP及PM10落地質(zhì)量濃度 μg/m3

由于GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中沒(méi)有TSP及PM10小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)限值，參照HJ 2.2—2008響評(píng)價(jià)及文獻(xiàn)［2］，取TSP及PM10日平均濃度的3倍值進(jìn)行評(píng)價(jià)，即TSP二級(jí)小時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為900μg/m3，PM10二級(jí)小時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為450μg/m3。

由表1可以看出，該電廠貯灰場(chǎng)在最不利工況下，在貯灰場(chǎng)下風(fēng)向650 m 處TSP 的落地濃度為811.00μg/m3，達(dá)到了二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值的要求；在貯灰場(chǎng)下風(fēng)向400m 處PM10的落地濃度為436.00 μg/m3，達(dá)到了二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，因此針對(duì)該電廠貯灰場(chǎng)建議的貯灰場(chǎng)與環(huán)境敏感點(diǎn)（本文主要指居民區(qū)）最近距離不得小于650m。

5 結(jié)論

本文對(duì)美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局推薦的對(duì)料場(chǎng)揚(yáng)塵起塵量計(jì)算方法進(jìn)行了適當(dāng)修正，綜合考慮顆粒物的粒徑分級(jí)、近地面摩擦風(fēng)速及地表粗糙度、灰渣加濕及碾壓對(duì)貯灰場(chǎng)揚(yáng)塵起塵量的影響，采用HJ 2.2—2008中推薦的估算模式，在電廠貯灰場(chǎng)最不利運(yùn)行工況下，計(jì)算了貯灰場(chǎng)下風(fēng)向TSP 與PM10的落地濃度，結(jié)果表明：在貯灰場(chǎng)下風(fēng)向650 m 處，TSP落地濃度達(dá)到了二級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值的要求；在貯灰場(chǎng)下風(fēng)向400m 處，PM10落地濃度達(dá)到了二級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值的要求。

根據(jù)國(guó)內(nèi)同類工程貯灰場(chǎng)驗(yàn)收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合公式預(yù)測(cè)結(jié)果，建議貯灰場(chǎng)與環(huán)境敏感點(diǎn)（居民區(qū)）的最近距離為650m。

［1］ 郭宇宏，申家慧，高利軍.火力發(fā)電廠及供熱站灰渣場(chǎng)二次揚(yáng)塵環(huán)境影響的定量核算及其綜合治理途徑探討［C］//大氣環(huán)境科學(xué)技術(shù)研究進(jìn)展.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2005：231－238.

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