РД 153-34.0-02.107-98

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ

ВЕТРОВОЙ ЭРОЗИИ И ПЫЛЕНИЯ УГОЛЬНОГО ШТАБЕЛЯ ТЭС

РД 153-34.0-02.107-98

РАЗРАБОТАНА Открытым акционерным обществом "Предприятие по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей УралОРГРЭС"

Разработчики

Шульман В.Л. к.т.н., Полуянова В.И. (ОАО "УралОРГРЭС"); Неупокоев В.А. (ВНИИОГР)

УТВЕРЖДЕНА Первым заместителем начальника Департамента стратегии развития и научно-технической политики РАО "ЕЭС России" А.П. Берсеневым 15.12.1998 г.

Настоящая Методика предназначена:

- работникам ТЭС и энергетических объединений для оценки воздействия угольных штабелей на состояние окружающей природной среды и разработки мероприятий по ограничению ее загрязнения неорганизованными выбросами от угольных складов, а также при определении валового выброса пылевых частиц в атмосферу с целью формирования отчетности по форме 2-тп (воздух) и расчетов платежей за выбросы;

- работникам органов охраны природы и других контролирующих органов для оценки загрязняющих свойств ТЭС и эффективности природоохранной деятельности ТЭС, уточнении размера платы за выбросы в атмосферу, экологической экспертизы создаваемых и реконструируемых объектов.

1. ВВЕДЕНИЕ

При долговременном хранении угля на открытых складах ТЭС происходит ветровая эрозия поверхностного слоя, вынос пыли в атмосферу и загрязнение окружающей среды. Если нормируемые выбросы угольной пыли при разгрузке и перевалке топлива на ТЭС могут рассматриваться как залповые выбросы, то выдувание топлива из штабеля - непрерывный процесс переменной интенсивности. Согласно отраслевой Инструкции по нормированию вредных выбросов ТЭС в атмосферу РД 34.02.303-91 пыление штабелей угля, заложенных на длительное хранение, недопустимо. Выброс частиц угля с их поверхности в атмосферу при статическом хранении расценивается как сверхнормативный.

Реальная оценка интенсивности пыления угольных складов ТЭС является важной задачей для предприятий отрасли как с экономической, так и экологической точек зрения.

Настоящая Методика разработана на основе исследования ветровой эрозии угольных складов на ряде ТЭС в полевых и лабораторных условиях, проведенного специалистами Института открытых горных разработок (ВНИИОГР) и ОАО "Уралтехэнерго " (экибастузский, кузнецкий угли).

Отличием данного метода от ранее разработанных (в которых вынос угольных частиц с поверхности штабеля соответствует выбросу частиц в атмосферу) является разделение двух не совпадающих по масштабу процессов - ветровой эрозии поверхности штабеля (сдув частиц) и выброса угольных частиц в атмосферу (пыление штабеля). Это позволяет выделить ту часть сдуваемого материала, которая осуществляет загрязнение воздушного бассейна и учитывается при расчете платы за выбросы.

Рекомендуемые расчетный и экспериментальный методы, основанные на данных специальных исследований угольных складов ТЭС, уточняют потери угля с поверхности штабеля в результате воздействия ветровоздушного потока и расчетную оценку степени загрязнения воздушного бассейна.

Приведенные рекомендации применимы к углям, для которых характерна стабильность гранулометрического состава при длительном хранении (например, кузнецкий, экибастузский угли). Однако они могут дать погрешность для углей, которым свойственны процессы деструктуризации при хранении (нерюнгринский, канско-ачинский угли).

2. Механизм ветровой эрозии угольного штабеля

Каркас штабеля образуют неэродируемые частицы размером свыше 1 мм и крупные куски. В отдельных полостях между ними размещаются пылящие фракции. При воздействии ветровоздушного потока вдоль поверхности штабеля выдувание пыли происходит из отдельных открытых полостей между крупными частицами на ограниченную глубину, составляющую по данным исследований около 5-10 мм. По мере пылевого истощения поверхностного слоя штабеля интенсивность пыления ослабляется. Если на момент формирования угольного штабеля (до образования коркового поверхностного слоя) удельная сдуваемость верхнего слоя совпадает с удельной сдуваемостью угля, поступающего на склад, то через месяц после формирования штабеля при непрерывном ветровом воздействии удельная сдуваемость верхнего слоя значительно снижается (в 4,4-5 раз), а через 2,5 месяца удельная сдуваемость верхнего слоя стабилизируется на некотором минимальном уровне (не более 0,05 начального значения) даже при большой скорости ветра (до 10-15 м/с).

Выдувание мелкодисперсной угольной пыли приводит к обнажению крупных частиц, перемещению, скатыванию их и вскрытию новых полостей, заполненных пылящими частицами угольной пыли. Вынос пылевых частиц может развиваться и в результате осыпей.

Поверхность угольного штабеля после укатки его и увлажнения покрывается более или менее устойчивым корковым образованием, которое не носит сплошного характера. Выдувание пылевых частиц из трещин, открытых участков, подмывание и обрушение корки приводит к вскрытию новых эродируемых зон.

Экологические свойства угольного штабеля определяются следующими основными показателями:

- эродируемость штабеля вследствие ветрового воздействия характеризует потерю угля из штабеля при длительном статическом хранении его; основная масса угольных частиц с поверхности штабеля перемещается на подстилающую поверхность в непосредственной близости от штабеля, не создавая загрязнения воздушного бассейна. Эта часть эродируемых угольных частиц, определяя безвозвратные потери топлива при хранении, загрязняет почвенный слой, растительный покров, поверхностные стоки в пределах промплощадки и санитарно-защитной зоны, принимает участие во вторичном пылении;

- выброс угольной пыли в атмосферу при статическом хранении материала в штабеле (пыление штабеля) создает устойчивое загрязнение воздушного бассейна на значительном удалении от топливного склада; эта часть эродируемых угольных частиц подлежит оплате за выбросы загрязнителей, а также включению в статотчетность по форме 2-тп (воздух).

В результате воздействия ветровоздушного потока:

1) с поверхности штабеля выносятся в воздух частицы размером менее 200 мкм (более крупные частицы в воздухе в зоне рассеивания пылевых выносов со штабеля не обнаруживаются). Основная масса этих частиц осаждается под действием гравитационных сил в непосредственной близости от угольного штабеля и в пределах санитарно-защитной зоны;

2) на расстоянии более 200-300 м от штабеля в воздухе присутствуют только пылевые частицы менее 10 мкм - витающая пыль, которая может распространяться с ветром на значительные расстояния. Именно эта компонента, составляющая в общем выносе угольной пыли с поверхности угольного штабеля в результате ветровой эрозии не более 10%, осуществляет загрязнение воздушного бассейна и должна учитываться при расчете платежей за выбросы в атмосферу;

3) перемещение частиц размером от 200 мкм до 1 мм осуществляется вдоль поверхности штабеля без вертикального взлета, перекатыванием;

4) угольные частицы размером свыше 1 мм при скоростях ветра до 15 м/с, как правило, с поверхности штабеля не выносятся;

5) отмечается существенное уплотнение и изменение гранулометрического состава тонкого поверхностного слоя (до 10 мм) - со временем существенно возрастает доля крупных частиц и значительно уменьшается доля мелкодисперсных пылевых частиц.

Исследования показывают, что на удалении от подветренной кромки поверхности штабеля до 20-40 мм в воздухе обнаруживаются частицы размером до 100-200 мкм. На расстоянии 50-70 м эти частицы в воздухе с подветренной стороны не обнаруживаются, осаждение их на подстилающей поверхности завершается на этом участке.

3. Расчетный и экспериментальный методы оценки ветровой эрозии и пыления угольного штабеля

3.1. Максимально разовый вынос (сдув) пылевых частиц с поверхности угольного штабеля Mmax (максимальная интенсивность ветровой эрозии) может быть определен на основе удельной сдуваемости m° (г/с м2), определяемой путем аэродинамических продувок в лабораторных условиях для каждого вида топлива с различной влажностью W (значения m° для кузнецкого угля марки СС приведены в качестве примера в табл. 1.) Значение ее соответствует максимальному значению выноса пылевых частиц для данной скорости ветра, которое имеет место в начальный период ветровой эрозии штабеля:

Mmax = mOmax · S · K1-3, (г/с),                                               (3.1)

где: mOmax - удельная сдуваемость пыли для исходного гранулометрического состава угля в поверхностном слое при влажности W, определенная при максимальной (для данной климатической зоны) скорости ветровоздушного потока Umax с повторяемостью не менее 5%;

S - площадь поверхности штабеля, м2;

K1-3 - поправочные коэффициенты, учитывающие:

K1 - конструктивные особенности угольного склада: при наличии бортовых ограждений K1 = 0,5, в отсутствие их K1 = 1,0;

K2 - состояние поверхности штабеля и равного при уплотнении поверхностного слоя катком K2 = 0,5, при свободной укладке K2 = 1,0;

K3 - увлажнение материала, определяется по таблице 2;

Удельный сдув частиц угля с поверхности штабеля m° (воздушно-сухой материал) - кузнецкий СС

Таблица 1

Коэффициент влажности материала K3

Таблица 2

3.3. Текущий сдув пылевых частиц (интенсивность ветровой эрозии угольного штабеля в каждый момент времени) можно оценить расчетным путем:

MТЕК.ЭР = mOтек · S · K1-4, (г/с),                                             (3.2)

где: mOтек - удельная сдуваемость угольной пыли (г/с м2) для исходного гранулометрического состава угля в поверхностном слое, определенная для текущей скорости ветра U;

K4 - ослабление ветровой эрозии штабеля по мере истощения поверхностного слоя, равный:

K4 = 0,05 · 1,752,14(2-τ) при продолжительности непрерывного воздействия ветрового потока после формирования штабеля τ < 2,5 месяцев;

K4 = 1,0 при τ = 0 месяцев

K4 = 0,05 при τ ≥ 2,5 месяцев (1800 часов)

3.4. Текущий выброс пылевых частиц в атмосферу (пыление угольного штабеля) МТЕК.ПЫЛ может оцениваться путем непосредственного определения запыленности воздуха в зоне влияния штабеля в период его пыления с последующей расчетной оценкой выброса пыли в атмосферу, которая предусматривает определение:

1) запыленности приземного слоя воздуха в зоне влияния штабеля (отбор проб запыленного воздуха с подветренной стороны) на различном удалении от штабеля (шаг 50 м) вплоть до границы санитарно-защитной зоны ТЭЦ - СПЫЛ (мг/м3);

2) высоты пылевого облака Н, м;

3) скорости ветровоздушного котла U, м/с.

При этом текущий вынос пылевых частиц в атмосферу (пыление угольного штабеля) определяется по формуле:

МТЕК.ПЫЛ = СПЫЛ · b · H · U · 10-3, г/с,                                       (3.3)

где b - фронтальный размер штабеля по нормали к направлению ветра, м.

Значение МТЕК.ПЫЛ может также определяться по формуле:

МТЕК.ПЫЛ = 0,1 МТЭК.ЭР                                                     (3.4)

3.5. Сдув пылевых фракций под воздействием ветровоздушного потока за период любой продолжительности τ (эродируемость штабеля) без нарушения (механического, ливневого) поверхности штабеля за этот период,

1) Экспериментальная непосредственная оценка эродируемости угольного штабеля проводится по изменению гранулометрического состава поверхностного слоя штабеля за данный период сравнением с гранулометрическим составом исходного угля либо более глубоких слоев в штабеле путем соответствующих измерений. При определении гранулометрического состава поверхностного слоя штабеля осуществляется отбор проб угля на глубину до 50 мм в 10-12 участках поверхности. Масса выносимой пыли МЭР определяется по формуле:

МЭР = МПОВ · ΔqП, (т)                                                    (3.5)

где: МПОВ - масса угля в поверхностном слое в т, равная:

МПОВ = S · h · ρ

S - площадь поверхности штабеля,

h - глубина поверхностного слоя, м;

ρ - насыпная плотность угля в штабеле, т/м3;

ΔqП - изменение доли пылевой компоненты (частицы менее 200 мкм) в поверхностном слое в результате ветровой эрозии:

ΔqП = qИСХ.П – qЭР.П

qИСХ.П - доля пылевой компоненты исходного топлива (либо глубинных слоев угля в штабеле);

qЭР.П - доля пылевой компоненты в поверхностном слое штабеля после ветровой эрозии.

2) Расчетная оценка эродируемости угольного штабеля за период любой продолжительности определяется формулой:

МЭР = 2,59 mОср · S · K1-3 · K4cp · τ, (т),                                         (3.6)

где: mОср - удельная сдуваемость угольной пыли (г/с м2) для исходного гранулометрического состава угля в поверхностном слое, определенная для среднего значения скорости ветра UCP за рассматриваемый период τ.

K4cp - среднее значение коэффициента ослабления сдува угольных частиц с поверхности штабеля по мере стабилизации интенсивности ветровой эрозии за время периода непрерывной ветровой эрозии при статическом хранении угля без нарушения поверхности штабеля в месяцах τ:

K4cp = 0,834 (1 – 0,3τ) / τ при τ ≤ 2,5 месяцев;

K4cp = (0,092 / τ) + 0,05 при τ > 2,5 месяцев.

3) Выброс пылевых частиц в атмосферу вследствие пыления угольного штабеля по данным прямой оценки изменения гранулометрического состава угля в поверхностном слое штабеля за определенный период или расчетного определения эродируемости угольного штабеля за этот период определяется по формуле:

МП = 0,1 · МЭР, (т)                                                        (3.7)