摘要：為降低干散貨港口煤炭運(yùn)輸翻車作業(yè)過程中產(chǎn)生的粉塵污染排放，綜合采用了機(jī)上灑水、干霧、平臺灑水和底層灑水多種聯(lián)合控制措施。通過對不同組合應(yīng)用條件下動態(tài)揚(yáng)塵的實際監(jiān)測，基于實測數(shù)據(jù)完成了不同抑塵設(shè)施抑塵效率的評估，優(yōu)化了翻車作業(yè)抑塵措施運(yùn)行決策，為翻車機(jī)房粉塵污染防治提供節(jié)能高效的管理模式。

關(guān)鍵詞：干散貨港口；干霧抑塵；翻車作業(yè)；措施優(yōu)化

中圖分類號：U658.3""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號：1673?6478（2023）05-0042-04

Experimental Study on the Efficiency of Dust Suppression Measures for Coal Dumping Operations in Bulk Cargo Ports

HAN Guibo XUE Yonghua ZHANG Chunyi CHEN Yaohongling

（1. The Third Railway Surver and Design Institute Co.， Ltd.， Tianjin 300142， China; 2. Tianjin Research Institute for Water Ttansport Engineering， Ministry of Transport， Tianjin 300456， China）

Abstract： In order to reduce the dust pollution emissions generated during the coal rollover operation in dry bulk cargo port， a variety of combined control measures including on?board sprinkling， dry fog， platform sprinkling and bottom sprinkling were comprehensively adopted. Through the actual monitoring of dynamic dust generation under different combined application conditions， the evaluation of dust suppression efficiency of different dust suppression facilities was completed based on the measured data， and the operation decision of dust suppression measures in roll?over operation was optimized， providing an energy?saving and efficient management mode for dust pollution prevention in roll?over equipment room.

Key words： dry bulk cargo port; dry fog dust suppression; rollover operation; measure optimization

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)水平的日益提高，我國對煤炭的需求逐年攀升，煤炭仍然是我國未來一定時間內(nèi)的主要能源。我國煤炭資源分布不均衡的情況較嚴(yán)重，因此形成了北煤南運(yùn)、西煤東運(yùn)、鐵海聯(lián)運(yùn)的基本格局，與鐵路相連的水上樞紐港口成為主要的煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)地?[1]。

在大量煤炭運(yùn)輸?shù)倪^程中，翻車機(jī)房是鐵路運(yùn)輸集港的第一環(huán)節(jié)，翻車機(jī)房一般被認(rèn)為是封閉結(jié)構(gòu)，但是由于火車進(jìn)出需要及預(yù)留高壓線安全距離等原因，翻車機(jī)房并非是完全封閉結(jié)構(gòu)，因此除了通過排氣筒的有組織排放外，作業(yè)過程中仍舊存在高濃度、極細(xì)的粉塵無組織排放。含水率是影響煤炭起塵的最主要因素之一，翻車機(jī)房作為煤炭集港的第一個輸運(yùn)環(huán)節(jié)，通過高壓噴淋、干霧抑塵、底層漏料口灑水和干式除塵等措施，對煤炭進(jìn)行含水率動態(tài)調(diào)節(jié)，從而確保在后續(xù)轉(zhuǎn)運(yùn)、堆取等動態(tài)作業(yè)環(huán)節(jié)的揚(yáng)塵控制。粉塵排放強(qiáng)度與作業(yè)煤炭種類、措施應(yīng)用情況密切相關(guān)，利用抑塵措施優(yōu)化聯(lián)合提高抑塵效率是當(dāng)前研究的重要方向之一?[2?3]。

1 翻車機(jī)房的降塵措施

1.1 高壓噴淋技術(shù)

高壓噴淋技術(shù)是利用水滴與粉塵顆粒的慣性碰撞及其他作用搜集顆?；蚴诡w粒粒徑增大，從而通過重力使粉塵進(jìn)行自然沉降。其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，造價低、占地面積小、操作及維修方便。缺點(diǎn)是針對翻車機(jī)房的揚(yáng)塵粒徑特點(diǎn)，集塵效果差，特別是對于細(xì)顆粒物的除塵效果較差。

1.2 干霧抑塵技術(shù)

干霧形成的原理是壓縮空氣和水分別通過噴頭的進(jìn)氣口和進(jìn)水口進(jìn)入噴頭，在噴頭的內(nèi)部出口處會合，由于噴頭的特殊設(shè)計，壓縮空氣在噴頭出口處的速度超過音速而產(chǎn)生音爆，音爆的能量將水爆炸成相對較小的水霧顆粒，而后進(jìn)入共振室。共振室振子能將音爆的能量和壓縮空氣的沖擊波反射產(chǎn)生強(qiáng)震波，將較小的水霧顆粒再次爆炸，產(chǎn)生成千上萬直徑為1～10μm的水霧顆粒噴射出去?[4]。干霧抑塵是通過微米級的極細(xì)“霧滴”，較普通噴淋除塵，對細(xì)顆粒物有更好的捕集作用。針對起塵區(qū)域噴射干霧，利用短時間內(nèi)霧化的小水滴，增加粉塵區(qū)域水汽飽和濃度，以煤炭粉塵作為凝結(jié)核，迅速完成凝聚和合并的微物理過程，從而實現(xiàn)降塵作用?[5]。干霧抑塵裝置流程如圖1所示。

1.3 干式除塵技術(shù)

干式除塵以布袋除塵和靜電除塵為主，即將污染空氣吸入除塵設(shè)備，處理后將潔凈氣體排入大氣。由于翻車機(jī)房非完全封閉結(jié)構(gòu)，對于無組織排放的粉塵空氣，干式除塵無法吸收所有污染空氣，因此其除塵效果有限。

1.4 翻車機(jī)底層灑水技術(shù)

從進(jìn)港重載裝煤列車入手，在翻車機(jī)底層振動器給料漏斗和溜槽上面設(shè)計安裝噴嘴、電磁閥等灑水降塵設(shè)備，進(jìn)行分層灑水，在振動給料過程中使水與煤炭能夠均勻混合，提高煤炭的含水率，降低后續(xù)動態(tài)作業(yè)過程中的粉塵排放。

2 現(xiàn)場實測

長期懸浮在空中的粉塵直徑一般在1～100μm范圍內(nèi)，要想對這種微小的粉塵顆粒達(dá)到較好的除塵效果，就需要與粉塵粒徑相接近的水霧顆粒。一般來說，翻車作業(yè)抑塵措施效率與作業(yè)煤種、霧化效果、抑塵時機(jī)選擇等密切相關(guān)，理論計算難以獲得實際抑塵效果，現(xiàn)場在線監(jiān)測則成為評價措施抑塵效果的重要技術(shù)手段。本研究基于翻車機(jī)作業(yè)過程上下風(fēng)向的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析不同煤種在不同抑塵措施應(yīng)用條件下的實際抑塵效果?？紤]到翻車機(jī)底層灑水技術(shù)主要通過增加含水率降低后續(xù)卸料和堆存等作業(yè)過程起塵，因此監(jiān)測底層灑水前后煤炭含水率變化特征。

2.1 監(jiān)測方案與計算方法

（１）抑塵效率監(jiān)測

本研究選取我國某大型沿海煤炭碼頭翻車作業(yè)區(qū)，針對典型入港煤炭翻車作業(yè)開展粉塵排放的現(xiàn)場監(jiān)測。分別在翻車機(jī)房上下風(fēng)向火車出入口附近布設(shè)在線監(jiān)測點(diǎn)，利用實測數(shù)據(jù)評估高壓噴淋、干霧抑塵和干式除塵設(shè)施的實際抑塵效率。監(jiān)測點(diǎn)位布置方案如圖2所示。按照《大氣污染物無組織排放監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》（HJ/T 55—2000）中的測試方法，對翻車機(jī)房粉塵排放進(jìn)行監(jiān)測。在翻車機(jī)房出入口上風(fēng)向3m處設(shè)置參照點(diǎn)，在出入口下風(fēng)向3m處，風(fēng)向軸線的兩側(cè)設(shè)置4個排放監(jiān)控點(diǎn)，利用實時在線監(jiān)測設(shè)備獲取各監(jiān)測點(diǎn)位粉塵濃度數(shù)據(jù)。

該港口單列火車翻車作業(yè)時間約為90min，為保證采樣數(shù)據(jù)的可比性，在一次卸車過程中依據(jù)《大氣污染物無組織排放監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》（HJ/T 55—2000）及《港口礦石粉塵濃度控制指標(biāo)及測試方法》（JT 464—2001），在翻車機(jī)房火車出入口上風(fēng)向設(shè)置1個參照點(diǎn)，下風(fēng)向出入口3m范圍內(nèi)設(shè)置4個監(jiān)控點(diǎn)，實施不同抑塵措施組合的現(xiàn)場監(jiān)測，監(jiān)測方案見表1。

抑塵效率計算公式為：

= （1?_{下風(fēng)向點(diǎn)}? _{上風(fēng)向點(diǎn)}/′_{下風(fēng)向點(diǎn)}"? ′_{上風(fēng)向點(diǎn)}

式中，為粉塵污染防治措施針對TSP、PM₁₀或PM_2.5污染物的抑塵效率，%；_{下風(fēng)向點(diǎn)}和_{上風(fēng)向點(diǎn)}分別為粉塵污染防治措施正常開啟條件下粉塵排放點(diǎn)下風(fēng)向點(diǎn)位和上風(fēng)向點(diǎn)位TSP、PM10或PM2.5采樣濃度；′_{下風(fēng)向點(diǎn)}和′_{上風(fēng)向點(diǎn)}分別為粉塵污染防治措施未開啟條件下粉塵排放點(diǎn)下風(fēng)向點(diǎn)位和上風(fēng)向點(diǎn)位TSP、PM10或PM2.5采樣濃度。

（2）底層灑水前后含水率監(jiān)測

所有入港煤炭均由各翻車機(jī)作業(yè)后經(jīng)由皮帶機(jī)運(yùn)送至露天堆場，翻車作業(yè)過程中的底層灑水是港口提高入港煤炭含水率的重要措施之一，也是有效降低后續(xù)堆料或存儲起塵的重要舉措。在某一待測煤炭種類進(jìn)入翻車機(jī)房前及堆料后分別采集煤炭樣品，依據(jù)《煤中全水分的測定方法》（GB/T 211—2017）分析獲取煤炭含水率數(shù)據(jù)。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本研究現(xiàn)場監(jiān)測入港煤炭包括三類，分別是SH、DH和WGT。首先對上述煤炭貨類開展了粒徑分布特征分析，在此基礎(chǔ)上開展了三種環(huán)保措施組合應(yīng)用綜合抑塵率監(jiān)測及底層灑水作業(yè)前后含水率變化特征監(jiān)測。

3.1 粒徑分析

針對SH、DH和WGT樣品開展了粒徑分析，粒徑分布特征如圖3所示。

由圖3可知，SH和WGT煤炭粒徑分布特征較為相似，500μm以下粉塵占比分別超過39.8%和50.4%，DH煤炭500μm以下粉塵占比僅為11.1%。從粒徑分布結(jié)果來看，SH和WGT煤炭中細(xì)顆粒粉塵比重較大，起塵潛勢明顯大于DH煤炭。

3.2 抑塵效率分析

現(xiàn)場采樣期間，環(huán)境溫度3℃～26℃，相對濕度53%～69%，平均風(fēng)速1.7～8.4m/s。不同煤炭種類和粉塵防治措施條件下的監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2～表4。

（1）對比分析不同種類煤炭綜合抑塵率結(jié)果可知，SH和WGT煤種在同等抑塵措施開啟條件下的綜合抑塵率相似，TSP、PM10和PM2.5最高抑塵率可達(dá)96%、77%和51%，DH煤種在相同措施應(yīng)用條件下的最高抑塵率僅為43%、32%和20%，遠(yuǎn)低于其他兩個煤種。

（2）對比分析不同粒徑綜合抑塵率結(jié)果可知，高壓噴淋、干霧抑塵和干式除塵三種抑塵除塵措施對不同粒徑的抑塵效率由高至低分別為TSP PM10 PM2.5，三種措施對于粗顆粒粉塵的捕捉效果明顯優(yōu)于細(xì)顆粒，TSP抑塵率均值比PM10高7.9%，PM10抑塵率均值比PM2.5高11.9%。

（3）對比分析不同抑塵措施單獨(dú)開啟時的抑塵率結(jié)果可知，干霧抑塵是降低粉塵排放的最有效措施，其對于煤炭粉塵顆粒的捕捉效率最高，TSP平均抑塵率可達(dá)46.1%，高壓噴淋的TSP抑塵效果居中，約為21.7%，干式除塵的TSP抑塵效果最低，約為8.6%。

（4）對比分析不同抑塵措施聯(lián)合應(yīng)用時的抑塵率結(jié)果可知，干霧抑塵與高壓噴淋聯(lián)合應(yīng)用時抑塵效率最高，TSP平均抑塵率可達(dá)63.8%，干霧抑塵與干式除塵聯(lián)合應(yīng)用TSP平均抑塵率為54.0%，高壓噴淋與干式除塵聯(lián)合應(yīng)用TSP平均抑塵率為30.6%。

3.3 底層灑水前后含水率特征分析

底層灑水前后含水率監(jiān)測結(jié)果見表5。

含水率監(jiān)測結(jié)果顯示，SH和WGT煤炭在經(jīng)過底層灑水后，含水率比翻車作業(yè)前分別增加0.41%和0.37%，而經(jīng)過同樣底層灑水過程的DH煤炭，其含水率僅提高0.11%，主要原因可能是不同煤炭種類親水性不同，建議針對不同煤炭種類配置不同底層灑水強(qiáng)度，提高煤炭含水率至預(yù)期目標(biāo)的同時避免過于影響煤炭品質(zhì)。

4 結(jié)論

本研究利用現(xiàn)有在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析了高壓噴淋、干霧抑塵和干式除塵等措施在不同煤炭貨種翻車作業(yè)條件下的抑塵效果，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示上述措施有效地降低了翻車機(jī)房典型煤炭粉塵排放強(qiáng)度。措施單獨(dú)開啟條件下，干霧抑塵措施效果最優(yōu)，其TSP平均抑塵率可達(dá)46.1%，干霧抑塵與高壓噴淋組合措施TSP抑塵率可達(dá)63.8%，三種措施同時開啟TSP平均抑塵率約為78.0%，三種抑塵措施結(jié)合應(yīng)用可在一定程度上提高總體抑塵效果。從粒徑上看，三種措施對于TSP的抑塵效率最高，而PM2.5抑塵效果則相對較差。另外，底層灑水措施對于不同親水性的煤炭種類，其含水率提高幅度有較大差別。港口翻車機(jī)房作業(yè)過程中，可結(jié)合作業(yè)貨種特征、具體粉塵防控預(yù)期目標(biāo)及各種抑塵措施施用成本，優(yōu)化措施聯(lián)合施用方案，從而達(dá)到環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)：

1. 于杰. 天津港散裝煤炭產(chǎn)品集裝箱運(yùn)輸方案設(shè)計研究[D]. 大連： 大連海事大學(xué)， 2014.
2. 胡佑兵. 粉塵檢測與翻車機(jī)底層灑水聯(lián)動系統(tǒng)設(shè)計與研究[J]. 礦山機(jī)械， 2022（6）： 15?19.
3. 周祥. 港口卸車工藝中的抑塵技術(shù)[J]. 設(shè)備技術(shù)， 2019（20）： 74?79.
4. 王亞南， 王海燕， 高婧茹. 微米級干霧抑塵技術(shù)在火車雙車翻車機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 山東煤炭科技， 2018（6）： 185?186.
5. 張宇. 港口區(qū)域大氣除塵中干霧抑塵裝置的應(yīng)用探究[J]. 中國設(shè)備工程， 2020（4）： 230?231.