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    原煤中的天然放射性核素的含量与分布

    2016/9/7 17:19:17

    煤的开采:公众受到煤矿排气中存在的氡的照射,所致世界公众的年平均有效剂量约为0.1~2 nSv;煤的利用:按照世界平均煤的利用约有40%用于燃烧发电,10%用于居民,50%用于其它工业。燃煤电厂排放所致公众的有效剂量约为2 μSv;燃料灰的利用:煤灰最大的用途是用于制造水泥和混凝土,煤灰还可用于道路的稳定剂、公路填料、沥青混合料以及肥料等。当燃料灰用于住宅建材(如混凝土),导致的年外照射剂量约为5 μSv;吸入氡及其衰变子体附加的年有效剂量约为70 μSv。
    从上个世纪80年代初,我国就开始了核电链与煤电链的能源与环境的比较评价工作。其中燃煤电厂是关注的一个主要环节。
    (1)基本摸清了原煤中的天然放射性核素的含量与分布
    到目前为止“全国煤矿放射性核素含量数据库”共搜集和整理了来自各省、直辖市和自治区煤矿中的1014个煤样和879个矸石样的天然放射性核素含量测量结果。通过对数据库数据的统计分析,全国煤矿煤样的放射性核素含量(见图1)按样品数加权的算术平均值:U-238约为79.5 Bq/kg,Ra-226约为73.9 Bq/kg,Th-232约为40.3 Bq/kg,K-40 约为152.4 Bq/kg;全国煤矿中肝石放射性核素含量(见图2)按样品数加权的算术平均值:U-238约为79.8 Bq/kg,Ra-226约为59.7 Bq/kg,Th-232约为64.5 Bq/kg, K-40约为506.3 Bq/kg。(见刘福东等:全国煤矿中煤、矸石天然放射性核素含量调查分析[2])
     
     
     全国各省煤中天然放射性核素含量分布
     
     
    全国煤矿石干石中天然放射性核素含量分布
    (2)燃煤排放的主要污染物的分布特征
    煤的燃烧过程排出烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物及重金属化合物。按照物理形态,排放的大气污染物可分为颗粒物和气体污染物,两者的主要区别主要是粒径大小不同。气体污染物是以气态分子分散于大气中,粒径约为1×10-4 μm;颗粒物(尘粒)则是以多个分子的凝聚态或结合态存在,其粒径约为0.001~1000 μm。当尘粒的直径大于10μm时,由于自重而易于沉降到地面,称为降尘;粒径小于10 μm的尘粒可漂浮于大气中,称为飘尘;分散于大气中的固、液态微粒大多小于1μm,由于它们具有胶体的性质,故称为气溶胶(见董灵英:燃煤排放的主要污染物的分布特征)。燃煤排放的主要污染物的分布特征如下:
    1) 主要污染物中U(铀)、Th(钍)为天然放射性元素,它们在原煤中含量的80%以上留在了炉渣中,经除尘过滤后,随烟尘排放的仅占原煤含量的1~2%。煤中的铀含量很低,在燃煤过程中其本身污染并不严重。
    2) 大多数金属元素在原煤中含量的50%以上留在炉渣中,随烟尘排出的仅为原煤含量的1~2%。因此,Mn、Cr等污染物在燃煤过程中对环境的影响也是有限的。
    3) 砷化物等易挥发元素,在燃煤过程中排出的百分含量相对较高,经除尘后,最后随烟尘排出的百分含量仍然很大,因此是燃煤过程中的主要污染物,需引起重视。
    4) 对Br等化合物,由于极易分解挥发,且除尘效率较低,排放出的百分含量大,也是有污染的元素之一,但这类元素在原煤中含量较小。
    5) 除尘器对截留燃煤污染物的排放起到有效净化作用。因此安装高效除尘器装置可有效降低排放物对环境的影响。
    6) SO2和NOx仍然是燃煤过程中的主要污染物。
    (3)燃煤电厂气载流出物的辐射环境影响
    早期的研究(李瑞香等:我国燃煤电厂气载流出物的辐射影响[3])表明:根据对24省区563个煤样中天然放射性核素含量测定结果按照产量加权均值估计,我国燃煤电厂生产单位电能由气载流出物排入大气环境的铀系、釷系和K-40放射性核素所致的集体有效剂量约为50人μSv/GWa (其中U-238、Th-232、Pb-210和Rn-222的归一化排放量分别为:9.18、7.65、18.4和108 GBq/GWa)。每年生产1GWa电能的燃煤电厂对周围居民造成的附加辐射剂量为天然本底的2.6‰,其影响很小,不会对周围居民造成危害。
    在围绕着能源与环境的研究中,针对燃煤链和核电链的辐射环境影响比较,开展的研究较多,如“中国核工业三十年辐射环境质量评价[4]”、“燃煤排放物中有害物质的测定 [5]”、“民用型煤环境影响评价与公众健康危害评价[6]”等。近期的研究多见于《能源环境保护》、《辐射防护》等杂志发表的一些学术论文,如燃煤火电厂粉尘的危害及防治[7]、宝鸡燃煤电厂周围土壤中天然放射性水平调查研究[8]、关于在建材放射性含量标准中增加氡析出率控制指标的建议[9]、燃煤灰渣建材利用产生的辐射影响评价[10]、厦门煤渣与粉煤灰开发应用可行性研讨[11]、新疆伊犁煤中放射性核素铀、钍、镭、钾比活度[12]等。这些研究对于增进燃煤排放的非致癌污染物、化学致癌污染物和放射性污染物的深入了解和制定相关管理决策提供了技术依据。

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