CC BY
7
МАТЕРИАЛЫ К ОБОСНОВАНИЮ САНИТАРНЫХ РАЗРЫВОВ И СТЕПЕНИ ЗОЛОУЛАВЛИВАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, РАБОТАЮЩИХ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ
Кандидат медицинских наук Б. П. Гуринов, кандидат медицинских
наук Н. Я. Янышева
Из Московского научно-исследовательского института санитарии и гигиены имени Ф. Ф. Эрисмана Министерства здравоохранения РСФСР
За последние годы в Советском Союзе построено большое количество тепловых электростанций, оборудованных золоулавливающими устройствами различной эффективности и дымовыми трубами разной высоты.
Задачей настоящего исследования явилась необходимость на основе изучения загрязненности атмосферного воздуха дымовыми выбросами электростанций получить материалы для пересмотра установленных санитарно-защитных зон и для рекомендации необходимой по санитарно-гигиеническим соображениям степени золоочистки дымовых газов.
Для изучения были взяты 11 изолированно расположенных электростанций с расходом топлива от 50 до 580 т в час, оборудованных золоулавливающими установками различного типа (электрофильтрами, мокрыми скрубберами, батарейными циклонами и др.), с различной эффективностью золоулавливания (кпд от 40 до 92%) и с разной высотой дымовых труб (от 30 до 150 м). Результаты исследования загрязненности воздуха электростанциями со столь различным оборудованием дали возможность сделать ряд обобщений и заключений.
Вокруг каждой электростанции (в радиусе до 2—5 км) изучали интенсивность загрязнения атмосферного воздуха летучей золой и сернистым газом, для чего аспирационным методом под дымовым факелом было взято для определения содержания пыли 1264 и сернистого газа 2046 проб воздуха, а также был произведен анкетный опрос проживающих вокруг электростанций о влиянии дымовых выбросов на санитарно-бытовые условия жизни и их самочувствие.
Одновременно с исследованием загрязнения атмосферного воздуха изучали данные о количестве летучей золы и сернистого газа, выбрасываемых с дымовыми газами в атмосферу. Для этого в часы отбора проб атмосферного воздуха на электростанциях вели систематические записи о количестве работающих котлов, их нагрузке, расходе топлива, его составе и работе золоуловителей.
Характеристика обследованных электростанций по количеству и составу сжигаемого топлива, высоте дымовых труб, эффективности золоулавливания и выбросам летучей золы и сернистого газа представлена в табл. 1.
Данные о загрязнении атмосферного воздуха пылью и сернистым газом приведены в табл. 2.
В основу гигиенической оценки степени загрязнения атмосферного воздуха, а также величин санитарных разрывов положены макси-
Характеристика топлива и выбросов в атмосферный воздух
Таблица 1
Электростанция
Показатель и
А В В Г д в ж 3 к л
580 500 460 280 260 252 250 200 180 90 77,3
45 25 24 28,7 15 23 8 9 25 9 14
80 (4 котла) 70 92 91 91 84,5 62 50 (4 котла) 45 (1 котел) 60 40
68 (9 котлов) (6 котлов) 2 котла без очистки 5 котлов без очистки 88 (3 котла)
54 28 8,2 6,7 3,4 21 5,3 8,0 5,3 3 6,9
0,85 2,5 2.6 2,74 0,44 2,4 0,3 0,3 2,83 0,3 2,33
10 25 23,7 15,6 2,3 12,1 1,5 1,1 10 0,5 3,5
120 45 120 120 105 120 40 40 17 труб) 60 (2 трубы) 150 30 70
Расход топлива (в т/час) ..........
Зольность топлива (в %)..........
К- п. д. очистки дымовых газов (в %) ...
Выброс з&яы (в т/час)...........
Содержание серы в топливе (в %).....
Выброс сернистого газа (в т/час)......
Высота дымовых труб (в м)........
Примечание. На электростанциях Ж, 3, К, Л сжигали торф, на остальных — каменный уголь.
Таблица 2
Максимальные концентрации пыли и сернистого газа (в миллиграммах на 1 мз) в атмосферном воздухе вокруг обследованных электростанций
Электростанция
А Б В Г Д Е Ж 3 И К Л
пыль сернистый газ пыль сернистый газ пыль сернистый газ пыль сернистый газ пыль сернистый газ пыль сернистый газ пыль сернистый газ пыль сернистый газ пыль сернистый газ пыль сернистый газ пыль сернистый газ
Расстояние (в м)
6,60 4,50.
8,40 6,10
4,40
0,24 0,23
0,30 0,28
0,17
51,00 24,90
9,90 2,60
19,1 13,3
3,8
1 ,С8 2,75 2,19 1,81 0,93 0,55 0,30
1,32 2,20 1,26 1,27 1,74 0,97 0,88
1,05 2,С8 3,94 3,05 1,37 0,52
0,71 1,36 1,14 1,20 1,45 0,38 0,38
1,10 0,90 0,40 0,78
0,33 0,38 0,66 0,31 0,25
4,95 2,83 6,51 2,00 4,43
17,0 1,6 3,26 2,60
0,73 9,55 2,10 12,3 1,6 0,28 0,48 2,89 0,48 1,45
0,51 3,31 1,80 4,0 1,2 0,40 0,60 1,00 0,39 2,02
0,95 _ — — — — — — 2,03
1,06 1,47 1,50 2,0 0,8 1,10 0,70 0,68 0,32 0,52
0,30 — 1,50 0,72 — — 1,48
_ _ — — — 0,17 0,60 — — —
мальные разовые концентрации пыли и сернистого газа, сравниваемые с установленными предельно допустимыми, а также материалы опроса населения. По количеству выбрасываемой в атмосферу золы и сернистого газа, а также по интенсивности загрязнения атмосферы все обследованные электростанции можно разбить на три группы. В одну группу войдут электростанции (А, Б, В) с большим выбросом золы (21—54 т/час) и сернистого газа (10—25 т/час), в окружении которых обнаружены очень большие концентрации пыли и сернистого газа. Другую группу составляют электростанции (Г, Д, Е, Ж, 3, И) со значительно меньшим выбросом летучей золы (5,3—8,2 т/час) и сернистого газа от (1,1 —15,6 т/час). Вокруг этих электростанций воздух запылен значительно меньше, но все же максимальные концентрации пыли в радиусе до 3 км превышают в 3—3,4 раза допустимую норму. Содержание сернистого газа в окружении этих станций в том же радиусе в 2—4 раза превышает предельно допустимую концентрацию. Третью группу составляют электростанции (К и Л) со сравнительно небольшим выбросом золы (3—3,4 т/час) и сернистого газа (0,5—2,3 т/час). Максимальные концентрации пыли и сернистого газа в этой группе превышают допустимые концентрации в 1,3—6 раз.
Ввиду того что классификация санитарных зон для электростанций в Н 101-58 составлена из учета количества выбрасываемой золы в воздух, нами в основу гигиенической оценки существующих санитарных разрывов был положен выброс золы.
Так, электростанция А, расходующая 580 т угля в час с зольностью до 45%> при 68—80% очистке от золы, выбрасывает через 120-метровые трубы около 54 т золы в час. В Н 101-58 для такой станции санитарная зона не указана. По данным исследования, санитарная зона должна быть значительно более 5 км, так как даже на этом расстоянии концентрация пыли превышает допустимую в 9 раз. Ввиду нереальности такого санитарного разрыва (жилая застройка находится на расстоянии 1 км) очистка от золы должна быть не менее 98%.
Электростанция Б при расходе 500 т угля в час с зольностью 25°/о при 70% очистке от золы выбрасывает через невысокие трубы (45 м) около 28 т золы в час. По данным исследования, санитарная зона должна быть значительно более 3 км, но так как жилые кварталы города находятся на расстоянии 500—1000 м, то должна быть осуществлена очистка от золы не менее 98%, а также значительно увеличена высота дымовых труб, что снизит запыленность более чем в 10 раз.
Электростанция И при расходе 180 т угля в час с зольностью 25% с золоулавливанием на 3 котлах 88% и на одном котле 45% выбрасывает через 150-метровую трубу 5,3 т золы в час. Запыленность воздуха в радиусе до 3 км от станции превышает в 3 раза гигиеническую норму. Поэтому однокилометровая санитарная зона, указанная в Н 101-58, является недостаточной и должна быть не менее 4 км. Ввиду того что в окружении ГРЭС в задымляемой зоне уже существуют населенные пункты, эффективность золоулавливания должна быть повышена до 95—96%.
Электростанция В, расходующая 460 т угля в час с зольностью 24% и эффективностью золоулавливания 92%, выбрасывает через 120-метровые трубы 8,2 т золы в час. В Н 101-58 санитарная зона для электростанций такой мощности не указана. Запыленность атмосферного воздуха в радиусе до 4 км включительно превышает допустимую норму, поэтому санитарная зона должна быть более 4 км. Ввиду нереальности такого разрыва (город расположен на расстоянии 1 км) эффективность золоулавливания должна быть повышена до 98,5%, что уменьшит выброс золы в 5 раз и приблизит запыленность к гигиенической норме.
Электростанция Г с расходом 280 т угля в час с зольностью 28,5% при 91% очистке от золы выбрасывает через 120-метровые трубы 6,7 т золы в час. По Н 101-58 санитарный разрыв должен быть 1 км, а по результатам исследования — не менее 4 км, так как только на таком расстоянии максимальные концентрации близки к допустимой норме. Фактический санитарный разрыв от жилых кварталов до города составляет 1,5 км, поэтому очистка от золы должна быть доведена до 98,5%.
Электростанция Д при расходе 260 т угля в час с зольностью IS4/» при 91% очистке от золы выбрасывает через трубы 105-метровой высоты 3,4 т золы в час. По Н 101-58 санитарная зона для такой станции должна быть 500 м, по материалам же исследования — не менее 2 км. Фактический санитарный разрыв составляет 550 м. Поэтому необходимо повысить эффективность золоулавливания до 95%.
Электростанция Л при расходе 77 т угля в час с зольностью 14% с золоуловителями низкой эффективности (40%) выбрасывает через дымовые трубы высотой 70 м 6,9 т золы в час. По Н 101-58 40% золоулавливание как мало эффективное не предусмотрено. При 75% улавливании выброс уменьшится до 2,8 т золы в час и санитарный разрыв в 2 км может обеспечить допустимую норму пыли. Но так как фактический санитарный разрыв составляет 1 км и ведутся работы по значительному увеличению мощности станции, то очистка от золы должна быть доведена до 90%.
Гигиеническая характеристика санитарных зон трех остальных электростанций, работающих на торфе и оборудованных золоуловителями с недостаточной эффективностью (50—60а/о), уже была дана в статье Н. Я. Янышевой 1.
Загрязнение атмосферного воздуха сернистым газом, выбрасываемым большинством обследованных электростанций, превышает допустимую норму на расстоянии 2—3 и даже 5 км, причем при низких трубах даже выброс сравнительно небольшого количества сернистого газа (1,5—3,5 т/час) обусловливает значительное превышение нормы в зоне 2—3 км. При высоких трубах подобное загрязнение обнаруживается при больших выбросах порядка 10—23 т сернистого газа в час.
До настоящего времени не разработан экономически оправданный метод сероочистки дымовых газов котельных, поэтому на электростанциях в качестве временной меры — до разработки надлежащего метода сероочистки — для снижения загрязненности воздуха сернистым газом применяют строительство дымовых труб высотой 150 м и проектируют трубы в 180 м и выше.
Материалы опроса населения полностью совпадают с данным лабораторного анализа загрязнения атмосферного воздуха и характеризуют неблагоприятное влияние дымовых выбросов электростанций на бытовые условия жизни населения.
Так, жители поселков, находящихся на расстоянии 1—3 км от электростанций В и Г, предъявляют жалобы на сильную загазованность и запыленность воздуха, почвы, жилищ и гибель древесных насаждений н огородных культур.
Подобные же жалобы предъявляет население, проживающее вблизи других обследованных электростанций.
Материалы наших исследований дали визможность впервые подойти к нормированию выброса летучей золы члектростанциями. Для этого были произведены расчеты выброса золы, при котором возможно достигнуть предельно допустимой концентрации (0,5 мг/м3) в атмо-
1 Гигиена и санитария, 1959, № 9.
•сферном воздухе на любом расстоянии от электростанции. Указанные выбросы летучей золы вычисляли из фактических по формуле:
0,5
X = Aoa-¿—. Con
где: Aon — фактический выброс летучей золы (в т/час);
Сол — фактическая концентрация летучей золы (в мг/м3).
Расчеты были применены к 4 электростанциям, имеющим высокие трубы (120—150 м), так как на современных крупных электростанциях не строют более низких труб (табл. 3).
Таким образом, при выбросе электростанциями, имеющими высокие
Таблица 3
Расчетный выброс золы (в тоннах в час), при котором концентрации пыли в атмосферном воздухе будут не Еыше допустимой (0,5 мг/м3)
Расстояние (в м) Электростанция Средний показатель
А В Г И
500 1 000 2 000 3 000 4,2 6,0 3,2 4,5 3,8 1,5 2.3 4.4 3,2 1,6 1,1 2,4 5,3 5.3 2.4 1,8 4.1 3,6 2.2 3,3
трубы (120 м), около 2,2 т летучей золы в час может быть обеспечена предельно допустимая концентрация пыли на любом расстоянии от электростанции за пределами 500 м.
Предлагаемая нами норма выброса золы была проверена путем применения расчетной формулы Н. Ф. Дергачева. Эта проверка показала, что при наименее благоприятных метеорологических условиях максимальная концентрация золы в атмосферном воздухе при выбросе 2,2 т золы в час через 120-метровую трубу будет в 2 раза меньше предельно допустимой (0,5 мг/м3).
Такие же расчеты были произведены для сернистого газа на тех же электростанциях
(только без станции А, где в силу особых местных условий получены заниженные концентрации Эти расчеты (табл. 4) показали, что при выбросе
Примечание. Высота труб на электростанциях А, В и Г 120 м, на электростанции И 150 м.
Таблица 4
Расчетный выброс сернистого газа (в тоннах в час),
при котором концентрации сернистого газа в атмосферном воздухе будут не выше допустимой (0,5 мг/м3)
Расстояние (в м) Электростанция Средний показатель
В г И
500 1 000 2 000 3 000 9,1 5,9 9,1 7,9 11,1 5,8 6,7 20,0 10,0 8,3 • 7,0 8,3 10 6,7 7,6 12
Примечание. Высота труб на электростанциях В, Г, 120 м, на электростанции И 150 м.
сернистого газа), в атмосферу через гигиеническая нор-
высокие трубы не более 6,7 т сернистого газа в час ма его может быть обеспечена на любом расстоянии от электростанции.
Следует иметь в виду, что рекомендуемые нами нормы допустимого выброса золы и сернистого газа должны быть в дальнейшем проверены и уточнены на основе последующих систематических исследований на других электростанциях.
Для выяснения влияния высоты дымовых труб на интенсивность загрязнения атмосферы на различных расстояниях от источника загрязнения были произведены по каждой обследованной станции расчеты концентраций сернистого газа и пыли при одном и том же выбро-
се, равном 100 т в сутки. Указанные концентрации вычисляли из экспериментальных по формуле:
100 • С™ С = —--•
A on
где: A on — фактический выброс летучей золы или сернистого газа во время опыта (в т/сутки);
Con — фактическая концентрация летучей золы или сернистого газа в атмосферном воздухе (в мг/м3).
Полученные данные представлены на рис. 1 и 2. При одинаковом выбросе сернистого газа в атмосферу, но на разных отметках получается резкое различие (рис. 1) в показателях за-
§
5г
4
А5 V
\ N ч ч ч \ X
кк \ Ь'. 4 \ \
'1 1 ч, \
1 i 1 1 \ '•-. \ Л / / / /
"¡г / хч> с С i - — И
/ 2 3 « 5
Расстояние от электростанции (б пм)
Рис. 1. Расчетные концентрации сернистого газа (в мг/м3) при выбросе 100 т СО? в сутки.
По вертикали: 1, 2, 3, 4, 5. 6, 7—концентрация сернистого газа в мг/м3; по горизонтали: 1, 2, 3. 4, 5 — расстояние от электростанции в км. Высота труб электростанции в м: А. В, Г, £ — 120; И —150: Л—105; Л — 70; 3 — 50; £ — 45; Ж- 40; К — 30.
грязнения на расстояниях до 2 км, где концентрации по всем станциям значительно снижаются, но при низких дымовых трубах все же на расстоянии 2 км превышают в 3—10 раз концентрации, получающиеся при высоких трубах. Кроме того, максимальные концентрации сернистого газа от всех станций с 120—150-метровыми трубами на всех расстоя-них до 5 км практически одинаковы и не превышают гигиенической нормы. По пыли подобная зависимость между высотой труб и концентрациями (рис. 2) имеется на расстоянии 0,5 и 1 км, где при низких трубах запыленность воздуха резко превышает запыленность при высоких трубах. Материалы исследования дают основание заключить, что максимум загрязнения атмосферного воздуха выбросами современных
электростанций, оборудованных золоуловителями и имеющих 120—150-метровые дымовые трубы, наблюдается на расстоянии от 1 до 3 км,, где при средних метеорологических условиях дымовой факел опускается в приземную зону.
4:
Расстояние от электростанции (б км,
Рис. 2. Расчетные концентрации пыли (в мг/м3) при выбросе 100 т золы в сутки.
По вертикали: 1. 2. 3. 4, 5. 6. 7, 8— концентрация пыли в мг/м3; по горизонтали: /, 2, 3. 4. 5 — расстояние от электростанции в км. Высота труб электростанции в м: А. В, Г. Е—120: И — 15): Д — 105; Л — 70; 3 — 50; Б — 45; Ж — 40; К — 30.
Выводы
1. Исследования загрязнения атмосферного воздуха, выполненные вокруг 11 электростанций, показали, что имеющиеся санитарно-зашитные зоны для всех обследованных электростанций при существующей на них эффективности золоулавливания являются недостаточными и в результате электростанции сильно загрязняют атмосферный воздух. Поэтому в связи с невозможностью для обследования электростанций увеличения санитарных разрывов на них должна быть значительно повышена эффективность золоулавливания до 95—99%.
П. Установленные ГОСТ Н 101-58 санитарные зоны для электростанций являются заниженными и потому классификация их должна быть переработана в следующих направлениях:
1) необходимо ввести требование, предусматривающее улавливание золы 95%, а для сверхмощных электростанций — 97 и 99%;
2) в основу классификации санитарных разрывов для электростанций, имеющих высокие трубы (120 м), должно быть положено требование, чтобы максимальный выброс летучей золы был не более
2,2 т/час и сернистого газа — не более 6,7 т/час, что может обеспечить предельно допустимую концентрацию пыли и сернистого газа в воздухе в окружении электростанций за пределами 500 м. Последний разрыв необходим для защиты от запыления углем из штабелей;
3) для сверхмощных электростанций, на которых при существующих методах золоулавливания выброс золы значительно превышает 2,2 т/час и сернистого газа — 6,7 т/час, необходимо предусматривать организацию больших санитарных разрывов (порядка 4—5 км) и строительство высоких дымовых труб (180—200 м). Величина таких разрывов должна устанавливаться органами Государственной санитарной инспекции в каждом конкретном случае.
III. Ведущееся в стране проектирование и строительство сверхмощных тепловых электростанций (до 2,5 млн. квт), работающих на твердом топливе и многосернистом мазуте, ставит перед проектными организациями неотложную задачу изыскания методов и конструирования аппаратов для высокоэффективной и бесперебойной очистки дымовых выбросов электростанций от золы и сернистого газа.
IV. Максимальное загрязнение атмосферного воздуха дымовыми выбросами электростанций, имеющих высокие трубы (120—150 м), наблюдается на расстоянии от 1 до 3 км, а от станций с низкими трубами (30—60 м) — на расстоянии от 0,5 до 1 км.
ЛИТЕРАТУРА
Г у р и н о в Б. П., Янышева Н. Я., Гордон А. В. Информ. бюлл. Московск. научно-исслед. нн-та санитарии и гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана. М., 1958, № 14—15, стр. 36. — Дергачев Н. Ф., Гуринов Б. П. В кн.: Очистка промышленных выбросов в атмосферу. М., 1953, в. 1, стр. 54. — За логин Н. Г., Шухер С. М. Очистка дымовых газов. М.—Л., 1954. — Санитарные правила строительства промышленных предприятий. Н 101-54. М.. 1958. — Я н ы ш е в а Н. Я- Гиг. и сан., 1959, № 9, стр. 6.
Поступила 4/1 1960 г.
DATA FOR SUBSTANTIATING SANITARY PROTECTION ZONES AND THE EXTENT OF ASH RECOVERY IN THE INSTANCE OF POWER STATIONS OPERATING ON SOLID FUELS
B. P. Gurinov, Candidate of Medical Sciences, N. Ya. Yanysheva, Candidate of
Medical Sciences
Investigations of the atmospheric pollution with smoke discharges from 11 electric power stations, operating on solid fuel, have shown that the sanitary protection zones around power stations, as stipulated by the National Standard N 101-5, are insufficient. Consequently, the classification of the stations in the standard should be altered by introducing into the table of sanitary zones separate items dealing with stations provided with facilities ensuring 95% and those with 97% of ash recovery. When the amount of ashes contained in smoke discharged from a chimney 120 m high does not exceed 2.2 tons /hour of ashes and 7 tons/ hour of sulfur dioxide the atmospheric pollution under average meteorological conditions is within the limits of permissible concentrations.
The maximum atmospheric pollution by smoke discharged from power stations provided with chimneys from 120 to 150 m high could be traced to a distance of 1 to 3 km. and that from stations with low chimneys (30—60 m) as far away as 0.5 to 1.0 km.
Ъ -к -¿г
