生物質(zhì)發(fā)電廠干料棚火災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

張宇

（中冶華天工程技術(shù)有限公司，安徽馬鞍山243000）

生物質(zhì)發(fā)電廠干料棚火災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

張宇

（中冶華天工程技術(shù)有限公司，安徽馬鞍山243000）

生物質(zhì)作為一種農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，是一種很好的清潔可再生能源。近年來(lái)，生物質(zhì)發(fā)電廠在全國(guó)各地紛紛建成投產(chǎn)。但生物質(zhì)作為固態(tài)燃料，集中堆放于干料棚，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)隱患較大。基于此，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則要求，對(duì)生物質(zhì)發(fā)電廠干料棚火災(zāi)事故進(jìn)行最不利情況下的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，并依據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)防范措施，以期降低發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)造成的危害。

生物質(zhì)發(fā)電廠；火災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)；風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)；風(fēng)險(xiǎn)防范措施

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，對(duì)能源的需求量也日益增加。而我國(guó)能源結(jié)構(gòu)不合理，煤炭消費(fèi)能源供應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位，造成生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。生物質(zhì)作為一種農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，產(chǎn)量大、分布廣，是一種很好的清潔可再生能源。開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能源對(duì)緩解我國(guó)能源供需矛盾，改善能源結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村都具有十分重要的意義。

生物質(zhì)發(fā)電是一個(gè)新型產(chǎn)業(yè)，干料棚作為生物質(zhì)發(fā)電廠的配套設(shè)施是必不可少的。但是，生物質(zhì)本身為固態(tài)物料，屬易燃物質(zhì)，儲(chǔ)存量較大，在天氣干燥情況下特別容易引發(fā)火災(zāi)。針對(duì)此，以上海電氣天長(zhǎng)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目為例，對(duì)干料棚在發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)影響進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)的防治措施。

1 研究背景

天長(zhǎng)生物質(zhì)發(fā)電廠采用小麥秸稈、水稻秸稈、大豆秸稈和林業(yè)廢料等作為主要燃料，用量較大，收集的生物質(zhì)在廠區(qū)內(nèi)集中儲(chǔ)存，設(shè)置物料堆場(chǎng)。工程建設(shè)1座半封閉式秸稈棚，設(shè)于廠區(qū)北面，東西向布置，總面積為11 748m2，其中長(zhǎng)178m，寬66m，共2跨，跨度33m。其中，1跨用于存放黃色秸稈，堆放密度按0.12t/m3計(jì)算，可儲(chǔ)存約3 800t。另1跨部分用于存放黃色秸稈，堆放密度按0.12t/m3計(jì)算，可儲(chǔ)存約2 545t；部分用于存放灰色秸稈，堆放密度按0.3t/m3計(jì)算，可儲(chǔ)存約3 132t。秸稈棚共可存放黃、灰秸稈約9 477t，可滿足秸稈爐約9d的燃料消耗量。

為保證燃料的代表性，建設(shè)單位分別在天長(zhǎng)市隨機(jī)選取小麥秸稈、水稻秸稈、大豆秸稈和林業(yè)廢料樣品，委托安徽省煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站對(duì)小麥秸稈和大豆秸稈樣品進(jìn)行成分分析，委托山東泰山礦產(chǎn)資源檢測(cè)研究院對(duì)水稻秸稈和林業(yè)廢料樣品進(jìn)行成分分析，并出具了檢驗(yàn)報(bào)告。該工程生物質(zhì)燃料成分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 工程生物質(zhì)燃料（收到基）成分分析

2 火災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)

電廠可能發(fā)生火災(zāi)事故的物質(zhì)主要為存放黃色秸稈和灰色秸稈的干料棚。由于黃色秸稈和灰色秸稈本身為固態(tài)物料，屬易燃物質(zhì)，在天氣干燥情況下特別容易引發(fā)火災(zāi)，在不完全燃燒情況下產(chǎn)生CO、煙塵、SO2、NOX等，對(duì)區(qū)域環(huán)境及人體健康產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)影響。本次主要對(duì)伴生的CO污染物風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)。

2.1 理化性質(zhì)

CO理化特性數(shù)值如表2所示。根據(jù)OSHA資料，CO氣體立即致死量（IDLH）值為1 500mg/m3；CO氣體的LC50為小鼠2 300～5 700mg/m3，豚鼠1 000～3 300mg/m3，兔4 600～17 200mg/m3，貓4 600～45 800mg/m3，狗34 400～45 800mg/m3。

表2 CO理化特性一覽表

CO對(duì)人體健康的危害主要是經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體肺泡，迅速被吸收進(jìn)入血液，與血紅蛋白結(jié)合成碳氧血紅蛋白（HbCO），使血紅蛋白失去攜氧能力，使人體缺氧中毒。根據(jù)有關(guān)資料介紹，CO毒作用同CO濃度、接觸時(shí)間以及血液中HbCO關(guān)系密切，具體見(jiàn)表3。

表3 空氣中CO濃度和接觸時(shí)間與HbCO關(guān)系

空氣中的一氧化碳濃度達(dá)到50mg/m3時(shí)，健康成年人可以承受8h；達(dá)到200mg/m3時(shí)，健康成年人2～3h后，輕微頭痛、乏力；達(dá)到400mg/m3時(shí)，健康成年人1～2h內(nèi)前額痛，3h后威脅生命；到800mg/m3時(shí)，健康成年人45min內(nèi)眼花、惡心、痙攣，2h內(nèi)失去知覺(jué)，2～3h內(nèi)死亡；達(dá)到1 600mg/m3時(shí)，健康成年人20min內(nèi)頭痛、眼花、惡心，1h內(nèi)死亡；達(dá)到3 200mg/m3時(shí)，健康成年人5～10min內(nèi)頭痛、眼花、惡心，25～30min內(nèi)死亡；達(dá)到6 400mg/m3時(shí)，健康成年人1～2min內(nèi)頭痛、眼花、惡心，10～15min死亡；達(dá)到12 800mg/m3時(shí)，健康成年人1～3min內(nèi)死亡。

2.2 影響預(yù)測(cè)

根據(jù)研究資料顯示，生物質(zhì)燃料在開(kāi)始燃燒后，煙氣中CO含量隨燃燒的進(jìn)行不斷升高并達(dá)到最大；進(jìn)入運(yùn)行階段后，其含量則大大降低（見(jiàn)圖1）；正常運(yùn)行時(shí)，8種生物質(zhì)顆粒燃料[即落葉松、紅松、玉米秸、木屑+花生殼、玉米秸（含添加劑）、混合木質(zhì)、麥秸和棉稈]的CO排放濃度范圍為29.18～555.37mg/m3[1]。水稻秸稈在明火和悶火燃燒狀態(tài)下，污染物的排放特征差異顯著（見(jiàn)圖2）；明火燃燒時(shí)持續(xù)時(shí)間較短，燃料消耗較大，燃燒溫度相對(duì)較高，燃燒比較徹底，CO2濃度高，其峰值要早于CO；悶火燃燒時(shí)，持續(xù)冒青白色煙，偶爾出現(xiàn)劇烈火焰，燃燒速率穩(wěn)定且緩慢，燃燒溫度較低，CO有一個(gè)較長(zhǎng)穩(wěn)定排放階段，濃度維持在25mg/m3左右[2]。

圖1 不同生物質(zhì)燃料在不同燃燒階段煙氣中CO排放濃度

圖2 水稻秸稈典型燃燒過(guò)程

依據(jù)電廠燃料成分分析（具體見(jiàn)表1），按最不利情況下，即取干料棚中全部為除去固定碳后含碳量最高的水稻秸稈（根據(jù)計(jì)算，除去固定碳后含碳量最高為26.14%）進(jìn)行預(yù)測(cè)。取水稻秸稈中除去固定碳后碳50%氣化計(jì)，火災(zāi)時(shí)CO和CO2轉(zhuǎn)化率取1∶1；依據(jù)可研資料，電廠干料棚火災(zāi)持續(xù)時(shí)間按6h全部燃燒結(jié)束計(jì)算，則干料棚發(fā)生火災(zāi)時(shí)，CO排放強(qiáng)度為6 900g/s。

根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》（HJ/ T169-2004），本評(píng)價(jià)選取變天條件下多煙團(tuán)模式對(duì)CO濃度進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，具體公式如下：

各個(gè)煙團(tuán)對(duì)某個(gè)關(guān)心點(diǎn)th的濃度貢獻(xiàn)，按下式計(jì)算：

式（6）中，n為需要跟蹤的煙團(tuán)數(shù)，可由式（7）確定：

式（7）中，f為小于1的系數(shù)，可根據(jù)計(jì)算要求確定。

選擇在F類穩(wěn)定度不同風(fēng)速情況下，預(yù)測(cè)干料棚火災(zāi)事故發(fā)生后下風(fēng)向軸線CO濃度分布情況，具體見(jiàn)表4。

2.3 影響評(píng)價(jià)

從表4預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，在下風(fēng)向軸線上，地面CO濃度先增加而后逐漸減少。當(dāng)發(fā)生干料棚火災(zāi)時(shí)，在F類穩(wěn)定度和0.5m/s風(fēng)速條件下，CO最大落地濃度為10 103.930 0mg/m3，出現(xiàn)在下風(fēng)向33m處；在F類穩(wěn)定度和1.5m/s風(fēng)速條件下，CO最大落地濃度為1 883.355 0mg/m3，出現(xiàn)在下風(fēng)向89m處；CO地面濃度均超過(guò)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中小時(shí)平均濃度的要求（10mg/m3）；電廠干料棚外設(shè)置100m環(huán)境防護(hù)距離，預(yù)計(jì)不會(huì)產(chǎn)生較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)，且未出現(xiàn)LC50和IDLH濃度范圍的區(qū)域。

根據(jù)類比分析，生物質(zhì)燃料發(fā)生火災(zāi)對(duì)周圍大氣環(huán)境的影響主要表現(xiàn)為散發(fā)出的熱輻射。如果熱輻射非常高，可能引起其他易燃物質(zhì)起火。此外，熱輻射也會(huì)使相鄰的有機(jī)體燃燒。由燃燒產(chǎn)生的廢氣大氣污染一般比較小，從以往對(duì)事故的監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，對(duì)周圍大氣環(huán)境尚未形成較大的污染。根據(jù)類比調(diào)查，一般在80m范圍，火災(zāi)的熱輻射較大，在此范圍內(nèi)有機(jī)物會(huì)燃燒；150m范圍內(nèi)，木質(zhì)結(jié)構(gòu)將會(huì)燃燒；150m范圍外，一般木質(zhì)結(jié)構(gòu)不會(huì)燃燒；200m以外為較安全范圍。此類事故最大的危害是附近人員的安全問(wèn)題，在一定程度導(dǎo)致的人員傷亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失。生物質(zhì)干料棚火災(zāi)事故引起的大氣二次污染物主要為一氧化碳、煙塵、二氧化硫、氮氧化物等，濃度范圍在數(shù)十至數(shù)百毫克每立方米之間，對(duì)于下風(fēng)向的環(huán)境空氣質(zhì)量在短時(shí)間內(nèi)有一定影響，長(zhǎng)期影響甚微。對(duì)廠外環(huán)境產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)主要是消防廢水對(duì)區(qū)域水環(huán)境潛在的威脅，需要做好消防廢水收集管網(wǎng)的建設(shè)，建立消防廢水收集系統(tǒng)，嚴(yán)禁消防廢水直接排出廠外。

表4 干料棚火災(zāi)事故時(shí)下風(fēng)向軸線CO濃度分布情況 mg/m3

2.4 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)事故防范措施

為了防止干料棚火災(zāi)的擴(kuò)大化，必須在項(xiàng)目廠區(qū)設(shè)置消防水池，配備相關(guān)消防器材；建設(shè)單位應(yīng)加強(qiáng)火災(zāi)防范意識(shí)，建設(shè)完整的防火措施，以免產(chǎn)生火災(zāi)而造成不必要的損失。項(xiàng)目設(shè)置2個(gè)1 000m3的工業(yè)消防池，并且在料場(chǎng)附近嚴(yán)禁煙火。廠區(qū)設(shè)有環(huán)形消防通道，道路寬6m，消防車輛可以迅速駛達(dá)各個(gè)建筑物。

考慮電廠的工藝要求和實(shí)際情況，設(shè)計(jì)將整個(gè)建筑分為4個(gè)防火分區(qū)。鍋爐間為一個(gè)防火分區(qū)，汽機(jī)間為一個(gè)防火分區(qū)，高低壓配電室為一個(gè)防火分區(qū)，其他輔助車間為一個(gè)防火分區(qū)。建設(shè)單位在建設(shè)過(guò)程中應(yīng)在干料棚周邊設(shè)置一定的安全防護(hù)距離，并在安評(píng)中予以落實(shí)；電廠干料棚設(shè)置100m環(huán)境防護(hù)距離，且最近敏感點(diǎn)位于區(qū)域常年主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)風(fēng)向，預(yù)計(jì)發(fā)生火災(zāi)時(shí)對(duì)區(qū)域敏感點(diǎn)影響較小。

一旦發(fā)生火災(zāi)事故，還會(huì)引發(fā)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是消防廢水對(duì)區(qū)域水系的影響。由于本項(xiàng)目燃料為小麥秸稈、水稻秸稈、大豆秸稈和林業(yè)廢料等，遇火后很容易燃燒，燃燒后的成分主要是草木灰，消防水中的主要成分為SS，電廠配套建設(shè)1座消防事故水池，容積1 000m3，確保項(xiàng)目一次消防最大產(chǎn)生的廢水量，消防廢水經(jīng)沉淀后，水中的SS會(huì)很快降解，事故池作為一般防滲區(qū)進(jìn)行防滲，消防廢水對(duì)區(qū)域地表水和地下水環(huán)境均不會(huì)產(chǎn)生明顯不利的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

生物質(zhì)發(fā)電廠干料棚存放生物質(zhì)燃料，屬易燃物質(zhì)，存在一定的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)影響預(yù)測(cè)結(jié)果可知，生物質(zhì)干料棚火災(zāi)事故最大的危害是附近人員的安全問(wèn)題，散發(fā)的熱輻射在一定程度導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失；伴生的大氣二次污染物對(duì)下風(fēng)向的環(huán)境空氣在短時(shí)間內(nèi)有一定污染影響，長(zhǎng)期影響甚微，且伴生CO污染物未出現(xiàn)LC50和IDLH濃度范圍區(qū)域；此類事故對(duì)廠外環(huán)境產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)主要是消防廢水對(duì)水環(huán)境潛在的威脅，需要做好消防廢水收集管網(wǎng)的建設(shè)，建立消防廢水收集系統(tǒng)，嚴(yán)禁消防廢水直接排出廠外。在建設(shè)單位對(duì)干料棚設(shè)置一定的環(huán)境防護(hù)距離和落實(shí)防范措施的前提下，干料棚火災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)水平在可接受范圍內(nèi)。

[1]羅娟,侯書林,趙立欣,等.典型生物質(zhì)顆粒燃料燃燒特性實(shí)驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,26(5):220-226.

[2]林云.生物質(zhì)開(kāi)放式燃燒污染排放特征模擬研究[D].北京:北京大學(xué),2009:36-39.

Preliminary Study on Dry Shed Fire Accident Risk Assessment of Biomass Power Plant

Zhang Yu
(Huatian Engineering &Technology Corporation,MCC,Anhui Ma'anshan 243000)

As a by-product of agricultural and forestry production,biomass is a kind of clean and renewable energy.In recent years,biomass power plants have been completed and put into production throughout the country.But as a solid fuel,the biomass concentrated pile up in the dry shed,the fire risk is large.Based on this,according to the requirements of risk assessment guidelines,the prediction and evaluation of risk under the most unfavorable conditions of the biomass power plant dry shed fire accident was made,and the corresponding risk prevention measures were put forward according to the forecast results,in order to reduce the harm caused by fire accident.

Biomass power plant;Fire accident risk;Risk assessment;Risk prevention measures

X928.7

A

2096-0387（2016）06-0037-04

張宇（1980-），男，河南柘城人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：環(huán)境影響評(píng)價(jià)及環(huán)保設(shè)計(jì)。