李海耀

(煤炭工業(yè)太原設計研究院，山西太原 030001)

0 引言

煤炭生產(chǎn)、加工等行業(yè)是我國支柱性產(chǎn)業(yè)，煤炭儲存和運輸在礦井生產(chǎn)以及以煤為主要原料、燃料的生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，是企業(yè)正常運轉(zhuǎn)不可或缺的環(huán)節(jié)。汽車運煤方式是煤炭短途周轉(zhuǎn)和尚未配套鐵路專用線企業(yè)的主要運輸方式。汽車運輸方便、快捷在煤炭運輸中起主導作用，然而，在煤炭儲存和運輸過程中，不完善的運行管理，導致煤炭運輸過程中，煤粉揚塵對環(huán)境空氣和地表水造成很大污染。目前大多企業(yè)存在著二次揚塵污染問題，這不僅對企業(yè)造成一定的經(jīng)濟損失，同時對工業(yè)場區(qū)周邊環(huán)境造成很大影響，對企業(yè)職工和周圍居民健康帶來影響。對汽車車輪和車輛在出廠時進行清洗的措施，環(huán)境影響評價早就提出，然而根據(jù)竣工環(huán)境保護驗收調(diào)查，目前，很多企業(yè)沒有落實這一環(huán)保措施。造成這種現(xiàn)象存在的主要原因是，企業(yè)忽略這一污染影響，環(huán)境評價中提出的這一措施在實際建設中可操作性不強，不像鍋爐脫硫除塵裝置為大家所熟知，并且認為道路清掃和灑水可以遏制煤炭運輸過程引起的二次污染問題。人工清洗的隨意性和不穩(wěn)定性也是導致運煤車輛在出場前進行清洗不能真正落實的原因。同時清洗廢水的無組織排放也對當?shù)貐^(qū)域地表水系帶來污染。智能運輸車輛清洗裝置的問世，從根本上解決了人工清洗存在的隨意性和不穩(wěn)定性，并且操作性強，可以回收煤粉，從源頭治理才是清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟的重點所在。

1 煤粉塵的產(chǎn)生

煤炭在裝載和運輸過程中不可避免產(chǎn)生揚塵。汽車在裝載時，直接駛?cè)雰γ簣觯禾烤幸欢ǖ臐穸?，車輪上粘滿了煤粉，在汽車駛出儲煤場時沒有清理，汽車車輪將煤粉帶出儲煤場，在行駛時，在車輪的運轉(zhuǎn)下，將煤粉甩出，往返車輛在運輸過程中不斷的將煤粉帶出，在沒有及時對場地和運輸?shù)缆愤M行清掃的情況下，煤粉不斷的累積，在路面形成厚厚的煤粉路面，由于汽車的快速運行，產(chǎn)生很大的揚塵(見圖1)。同時汽車車廂在裝載過程中，車身粘結(jié)上煤粉，在汽車運行時，引起二次揚塵。

2 煤粉對環(huán)境的影響

汽車在松散煤粉層的路面上行駛時，對環(huán)境空氣質(zhì)量造成嚴重影響(見圖2)。在降雨條件下，形成煤泥水徑流對地表水環(huán)境造成影響(見圖3)。

3 運輸車輛輪胎清洗沒有廣泛應用的原因

現(xiàn)階段，運輸車輛輪胎清洗尚未廣泛應用的主要原因是環(huán)境污染沒有引起足夠的重視，人們更偏向于末端治理。人工作業(yè)清洗，勞動成本高，洗車速度慢，清洗隨意性大，采用簡易的清洗裝置或車輛清洗池，無污水回收裝置，水資源浪費比較大，并且清洗效果差，無法達到控制城市道路揚塵和減輕對城區(qū)人居環(huán)境污染的目的。

圖1 煤粉層

圖2 二次污染對環(huán)境空氣的影響

4 智能運輸車輛清洗裝置的主要設備和作業(yè)原理

智能運輸車輛清洗裝置是專門沖洗車輛、車輪、擋泥板、底盤污漬的機電一體化節(jié)能環(huán)保設備，適用于運輸車輛的清洗以及高價值粉質(zhì)材料的回收與循環(huán)利用。智能運輸車輛清洗裝置主要設備包括:“凵”形清洗臺、地槽、機身、清洗泵、清洗臺、噴嘴。清洗泵通過管道連通噴嘴和地槽，清洗臺底板上局部為柵格縫隙板與地槽相通，柵格縫隙板位于清洗臺的端部，機身內(nèi)還裝有由電機帶動可回圈運動的刮泥帶，刮泥帶上帶有的刮泥板可伸至地槽底部，機身上設有沉淀劑供應系統(tǒng)。另外，在清洗臺底板上設計有一重量感應器，只有與車輛相當?shù)闹亓坎拍軉忧逑礄C。

智能運輸車輛清洗裝置作業(yè)原理為:當車輛停于車輪清洗機上時，自動感應器會自行啟動洗車功能，從多角度向車身、輪胎內(nèi)、外側(cè)及底部噴射出高壓水，配合輪胎旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，自動添加絮凝劑，徹底去除粘附于車身和輪胎上的污物，而污水會被再收集、凈化及循環(huán)使用(見圖4)。

圖3 二次污染對水環(huán)境的影響

圖4 智能運輸車輛清洗裝置作業(yè)圖

5 經(jīng)濟效益

智能運輸車輛清洗裝置在實施后，不僅可以防止煤炭儲運引起的二次污染，也可使清洗水閉路循環(huán)利用，煤粉得到回收利用。以120萬t/年礦井煤炭生產(chǎn)進行分析，擬礦井原煤和產(chǎn)品煤均采用全封閉儲煤場為例。目前，煤炭公路運輸常見的運載車輛運載能力為40 t/輛。規(guī)模為120萬t/年的礦井，日產(chǎn)量為3 636 t，如果煤炭按照日輸出量為日產(chǎn)量的80%，輸出量為3 000 t/d，該礦井日運輸量為75輛。

1)汽車粘帶粉塵量。汽車在進入儲煤場時，車輪帶出粉塵量為產(chǎn)生量，車輪帶出粉塵量計算:

車輪帶出粉塵量=單個車輪的碾壓面積×車輪個數(shù)/輛×粘附性×碾壓厚度×煤粉密度。

所需參數(shù)參考GBT 2977-2008載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負荷，每輛車14個車輪;單個輪胎的表面積:0.942 m2;碾壓煤粉層厚度為5 mm;粘附性取15%;松散煤粉密度0.5 t/m3，車輛帶出粉塵詳見表1。

表1 車輛帶出粉塵量計算一覽表

年回收粉塵量按照產(chǎn)生量的90%計算，年回收煤粉量為110.16 t。噸煤價格由于煤質(zhì)的優(yōu)劣差異比較大，擬按照500元/t作為參考，年回收收益為55 080元。

2)清洗車輛用水。清洗一輛車一次需水量為0.2 m3，日需水量為15 m3/d，年消耗4 950 m3/年。如果對水不進行回收利用，將排放約5 000 t水，不僅對當?shù)氐乇硭斐捎绊?，也需花費近萬元購水費。但是采用智能清洗裝置，由于清洗水經(jīng)處理后，可以循環(huán)利用，只補充部分損失水即可，按照總用水量的20%。

3)人工清洗車輛和智能清洗裝置優(yōu)劣。人工清洗車輛先期投入低，設備基本上不存在折舊，也無動力費等，但是存在人工費高、耗水量大的缺點，智能清洗裝置由于可以對煤粉進行回收，在年消耗費用上遠遠小于人工清洗費用，見表2。

表2 人工清洗車輛和智能運輸車輛清洗裝置費用比較一覽表

6 環(huán)境效益

揚塵量計算公式如下:

其中，QP為道路揚塵量，kg/(km·輛);v為車輛速度，km/h;M為車輛載重，t/輛;P為道路灰塵覆蓋量，kg/m2。

根據(jù)運輸車輛揚塵量計算公式可知，揚塵量與道路灰塵覆蓋量的關(guān)系是成正數(shù)量級的增長(見圖5)。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，不及時清理運煤車輛產(chǎn)生的粉塵為0.10 kg/(m2·d)～0.15 kg/(m2·d)，如果在長期累積下，煤粉將一直在地面累積和以揚塵的方式進入空氣中，粉塵去除率為90%，在灑水、清掃、路面定期養(yǎng)護和廂式運輸中，最終降塵效率為80%。

圖5 汽車煤揚塵量與道路表面煤粉塵量關(guān)系曲線圖

利用高斯點源擴散方程的線積分作為線源擴散的濃度計算公式:

其中，q為線源的排放濃度，mg/(m·s);uh為公路上汽車排放高度處的風速，m/s;L為線源長度，m;σy，σz分別為水平、鉛直方向的擴散參數(shù)。

根據(jù)以上預測模式及參數(shù)，預測得出120萬t/年礦井工程運煤方式均采用汽車，運輸揚塵一次濃度值見表3。

表3 運輸揚塵一次濃度值 mg/m3

根據(jù)以上預測分析，運輸揚塵對環(huán)境的貢獻值直接與路面干凈度有關(guān)，地面越干凈，對環(huán)境影響越小。

7 應用與推廣

隨著人們對環(huán)境質(zhì)量的要求日益增高，為了防止二次揚塵對環(huán)境的污染影響，智能型運輸車輛清洗裝置在煤炭生產(chǎn)和儲運過程的應用，從根本上解決了汽車運輸和裝載對環(huán)境的不良影響，從經(jīng)濟效益、環(huán)境保護方面考慮，智能型運輸車輛清洗裝置在煤炭儲運行業(yè)急需得到推廣與應用。

[1] 香港生產(chǎn)力促進局，汽車輪胎清洗機，中國發(fā)明，02204150，2003-04-30.

[2] GBT 2977-2008，載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負荷[S].

[3] GB 50013-2006，室外給水設計規(guī)范[S].

[4] 朱景韓.汽車道路煤揚塵規(guī)律研究[J].交通環(huán)保，1986(Z1):74-77.

[5] JTG B03-2006，公路建設項目環(huán)境影響評價規(guī)范[S].