生物質(zhì)發(fā)電廠干料棚火災事故風險評價

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)電廠干料棚火災事故風險評價

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，生物質(zhì)發(fā)電廠在全國各地紛紛建成投產(chǎn)。但生物質(zhì)作為固態(tài)燃料，集中堆放于干料棚，火災風險隱患較大?；诖?，依據(jù)風險評價導則要求，對生物質(zhì)發(fā)電廠干料棚火災事故進行最不利情況下的風險預測評價，并依據(jù)預測結(jié)果提出相應的風險防范措施，以期降低發(fā)生火災事故時造成的危害。

生物質(zhì)發(fā)電廠；火災事故風險；風險預測評價；風險防范措施

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，對能源的需求量也日益增加。而我國能源結(jié)構(gòu)不合理，煤炭消費能源供應占據(jù)主導地位，造成生態(tài)環(huán)境破壞嚴重。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。開發(fā)利用生物質(zhì)能源對緩解我國能源供需矛盾，改善能源結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長模式，促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)社會主義新農(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)，儲存量較大，在天氣干燥情況下特別容易引發(fā)火災。針對此，以上海電氣天長生物質(zhì)發(fā)電項目為例，對干料棚在發(fā)生火災事故時的風險影響進行預測評價，并提出相應的防治措施。

1 研究背景

天長生物質(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)集中儲存，設(shè)置物料堆場。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計算，可儲存約3 800t。另1跨部分用于存放黃色秸稈，堆放密度按0.12t/m3計算，可儲存約2 545t；部分用于存放灰色秸稈，堆放密度按0.3t/m3計算，可儲存約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)單位分別在天長市隨機選取小麥秸稈、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)督檢驗站對小麥秸稈和大豆秸稈樣品進行成分分析，委托山東泰山礦產(chǎn)資源檢測研究院對水稻秸稈和林業(yè)廢料樣品進行成分分析，并出具了檢驗報告。該工程生物質(zhì)燃料成分數(shù)據(jù)見表1。

表1 工程生物質(zhì)燃料（收到基）成分分析

2 火災事故風險預測評價

電廠可能發(fā)生火災事故的物質(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，在不完全燃燒情況下產(chǎn)生CO、煙塵、SO2、NOX等，對區(qū)域環(huán)境及人體健康產(chǎn)生風險影響。本次主要對伴生的CO污染物風險進行預測評價。

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對人體健康的危害主要是經(jīng)呼吸道進入人體肺泡，迅速被吸收進入血液，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、接觸時間以及血液中HbCO關(guān)系密切，具體見表3。

表3 空氣中CO濃度和接觸時間與HbCO關(guān)系

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

2.2 影響預測

根據(jù)研究資料顯示，生物質(zhì)燃料在開始燃燒后，煙氣中CO含量隨燃燒的進行不斷升高并達到最大；進入運行階段后，其含量則大大降低（見圖1）；正常運行時，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（見圖2）；明火燃燒時持續(xù)時間較短，燃料消耗較大，燃燒溫度相對較高，燃燒比較徹底，CO2濃度高，其峰值要早于CO；悶火燃燒時，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有一個較長穩(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程

依據(jù)電廠燃料成分分析（具體見表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)計算，除去固定碳后含碳量最高為26.14%）進行預測。取水稻秸稈中除去固定碳后碳50%氣化計，火災時CO和CO2轉(zhuǎn)化率取1∶1；依據(jù)可研資料，電廠干料棚火災持續(xù)時間按6h全部燃燒結(jié)束計算，則干料棚發(fā)生火災時，CO排放強度為6 900g/s。

根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風險評價技術(shù)導則》（HJ/ T169-2004），本評價選取變天條件下多煙團模式對CO濃度進行預測計算，具體公式如下：

各個煙團對某個關(guān)心點th的濃度貢獻，按下式計算：

式（6）中，n為需要跟蹤的煙團數(shù)，可由式（7）確定：

式（7）中，f為小于1的系數(shù)，可根據(jù)計算要求確定。

選擇在F類穩(wěn)定度不同風速情況下，預測干料棚火災事故發(fā)生后下風向軸線CO濃度分布情況，具體見表4。

2.3 影響評價

從表4預測結(jié)果可以看出，在下風向軸線上，地面CO濃度先增加而后逐漸減少。當發(fā)生干料棚火災時，在F類穩(wěn)定度和0.5m/s風速條件下，CO最大落地濃度為10 103.930 0mg/m3，出現(xiàn)在下風向33m處；在F類穩(wěn)定度和1.5m/s風速條件下，CO最大落地濃度為1 883.355 0mg/m3，出現(xiàn)在下風向89m處；CO地面濃度均超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》二級標準中小時平均濃度的要求（10mg/m3）；電廠干料棚外設(shè)置100m環(huán)境防護距離，預計不會產(chǎn)生較大的環(huán)境風險和人體健康風險，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)生火災對周圍大氣環(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，熱輻射也會使相鄰的有機體燃燒。由燃燒產(chǎn)生的廢氣大氣污染一般比較小，從以往對事故的監(jiān)測結(jié)果來看，對周圍大氣環(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，火災的熱輻射較大，在此范圍內(nèi)有機物會燃燒；150m范圍內(nèi)，木質(zhì)結(jié)構(gòu)將會燃燒；150m范圍外，一般木質(zhì)結(jié)構(gòu)不會燃燒；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題，在一定程度導致的人員傷亡和巨大財產(chǎn)損失。生物質(zhì)干料棚火災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，對于下風向的環(huán)境空氣質(zhì)量在短時間內(nèi)有一定影響，長期影響甚微。對廠外環(huán)境產(chǎn)生的風險主要是消防廢水對區(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)，嚴禁消防廢水直接排出廠外。

表4 干料棚火災事故時下風向軸線CO濃度分布情況 mg/m3

2.4 火災風險事故防范措施

為了防止干料棚火災的擴大化，必須在項目廠區(qū)設(shè)置消防水池，配備相關(guān)消防器材；建設(shè)單位應加強火災防范意識，建設(shè)完整的防火措施，以免產(chǎn)生火災而造成不必要的損失。項目設(shè)置2個1 000m3的工業(yè)消防池，并且在料場附近嚴禁煙火。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各個建筑物。

考慮電廠的工藝要求和實際情況，設(shè)計將整個建筑分為4個防火分區(qū)。鍋爐間為一個防火分區(qū)，汽機間為一個防火分區(qū)，高低壓配電室為一個防火分區(qū)，其他輔助車間為一個防火分區(qū)。建設(shè)單位在建設(shè)過程中應在干料棚周邊設(shè)置一定的安全防護距離，并在安評中予以落實；電廠干料棚設(shè)置100m環(huán)境防護距離，且最近敏感點位于區(qū)域常年主導風向側(cè)風向，預計發(fā)生火災時對區(qū)域敏感點影響較小。

一旦發(fā)生火災事故，還會引發(fā)的環(huán)境風險是消防廢水對區(qū)域水系的影響。由于本項目燃料為小麥秸稈、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會很快降解，事故池作為一般防滲區(qū)進行防滲，消防廢水對區(qū)域地表水和地下水環(huán)境均不會產(chǎn)生明顯不利的影響。

3 結(jié)語

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)，存在一定的火災風險。根據(jù)影響預測結(jié)果可知，生物質(zhì)干料棚火災事故最大的危害是附近人員的安全問題，散發(fā)的熱輻射在一定程度導致人員傷亡和財產(chǎn)損失；伴生的大氣二次污染物對下風向的環(huán)境空氣在短時間內(nèi)有一定污染影響，長期影響甚微，且伴生CO污染物未出現(xiàn)LC50和IDLH濃度范圍區(qū)域；此類事故對廠外環(huán)境產(chǎn)生的風險主要是消防廢水對水環(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)，嚴禁消防廢水直接排出廠外。在建設(shè)單位對干料棚設(shè)置一定的環(huán)境防護距離和落實防范措施的前提下，干料棚火災事故風險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驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2010,26(5):220-226.

[2]林云.生物質(zhì)開放式燃燒污染排放特征模擬研究[D].北京:北京大學,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，高級工程師，研究方向：環(huán)境影響評價及環(huán)保設(shè)計。