铁路小型露天煤炭货场大气污染控制措施研究_吕双汝.pdf

铁路小型露天煤炭货场大气污染控制措施研究(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043)摘要:本研究以青海省鱼卡铁路煤炭货场为研究对象，主要考虑采用防风抑尘网前后储煤场风速的变化来核算扬尘产生量的变化，通过 AERSCREEN 模型来计算设置抑尘网前后项目煤尘污染源的最大环境影响。根据预测结果，采取在货场周围加装防风抑尘网和改进优化装卸机械等措施对铁路煤炭货场周围的粉尘污染问题进行有效治理。研究结果表明：在背景值为 2m/s 和 5m/s 情况下，背景风速越高，抑尘网对煤尘产生量的消减率越高，消减率分别为 54.23%和 87.57%；背景风速越高，抑尘网对煤尘污染引起下风向污染物最大浓度的消减率越高，消减率分别为 68.66%和 91.49%。关键词:小型露天煤炭货场；防风抑尘网；AERSCREEN 模型中图分类号:X51 文献标志码:A 文章编号：1674-263X(2023)01-0145-05Abstract:Taking Yuka Railway Coal freight yard in Qinghai Province as the research object,it mainly calculates the change of dust production amount by the change of wind speed in the coal storage yard before and after the installation of windbreak and dust suppression net.AERSCREEN model is used to calculate the maximum environmental impact of coal dust pollution sources before and after the installation of dust suppression net.According to the prediction results,the dust pollution around the railway coal yard is effectively controlled by installing windbreak and dust suppression net and improving and optimizing loading and unloading machinery.The results show that when the background value is 2m/s and 5m/s,the higher the background wind speed is,the higher the reduction rate of coal dust production by windbreak and dust suppression net is,and the reduction rate is 54.23%and 87.57%,respectively.The higher the background wind speed is,the higher the reduction rate of the maximum concentration of downwind pollutants caused by coal dust pollution caused by dust suppression net is,and the reduction rate is 68.66%and 91.49%,respectively.Key words:small open coal yards;windbreak and dust suppression net;AERSCREEN modeStudy on air pollution control measures for railway small open-pit coal yardLV Shuangru(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.，Xian 710043，China)随着国家环保法律法规的进一步严格，煤炭货场的扬尘问题已经成为各地环境治理的重点。煤炭粉尘污染主要危害有：一是造成严重的环境污染，威胁到贮煤场周边工作人员及生活居民的身体健康；二是对设备也有很大的危害；三是大量煤粉流失，造成一定的经济损失。为了让人民生活在美好的蓝天白云下，能够呼吸到清洁、新鲜的空气，有效控制粉尘污染势在必行。目前，对于露天煤炭货场颗粒物无组织排放控制的主要抑尘措施有搭建封闭储煤仓、安装高杆喷雾装置、喷淋洒水、苫盖苫布、喷洒抑尘剂、设置抑尘网等。封闭储煤仓和高杆喷雾装置的技术程度高、施工和维护管理难度大，且投资高，不适合小型露天煤炭货场1。由于操作方便，并且实施后就能马上看到抑尘效果，喷淋洒水和苫盖苫布目前是较为常用的抑尘措施，但喷淋洒水易受天气、水源等限制2，苫盖苫布资源投入多，容易造成材料二次污染3。喷洒抑尘剂正逐渐成为主流抑尘措施，收稿日期：2022-12-06 作者简介：吕双汝（1997），女，硕士，助理工程师，从事环境保护工程设计工作。Vol.36 No.1202303第 36 卷 第 1 期202303HEILONGJIANG HUANJING TONGBAO黑 龙 江 环 境 通 报吕双汝146第 36 卷序号煤尘产生系数煤尘产生量Q1/（ta-1）煤尘消减量/（ta-1）煤尘消减率/%Q1/（mgs-1）Q2/（g次-1）Q1Q2合计1原始风速/(ms-1)2139.859570.4234.41142.78247.19325.59354.23抑尘网后平均风速/(ms-1)0.8617.6884275.0020.97520.62521.62原始风速(ms-1)/51320.213890.83241.634291.812333.446292.00287.57抑尘网后平均风速/(ms-1)1.5574.8997427.68139.36832.07641.444表 1 设置防风抑尘网前后煤炭货场煤尘产生情况污染物名称功能区取值时间标准值/（gm-3）标准来源TSP二类限区日均300.0环境空气质量标准（GB 3095-2012）表 2 污染物评价标准这是由于其在抑尘效果、环保性、广泛适用性和经济性方面都有一定优势。防风抑尘网的结构简单，日常维护费用低，防尘效果良好，一次性投资，长期受益，对于减少煤炭散失，提高临近城市的大气环境质量，有着良好的经济和社会效益。因此，本研究以青海省鱼卡铁路煤炭货场为研究对象，通过AERSCREEN 模型来计算设置抑尘网前后项目煤尘污染源的最大环境影响，提出改进装车工艺的方法来防治煤尘造成的大气污染。1大气污染物浓度模拟预测1.1 防风抑尘网对货场扬尘产生量的消减煤场主要在卸煤、煤场堆放、铲车作业时产生煤尘。在正常生产时，煤场机械取煤、落煤、筛选作业造成的起尘以连续形式发生，起尘量的大小取决于作业强度、煤的粒径、煤堆表面含水率和环境风速，其中煤堆表面含水率和环境风速是造成煤场起尘的主要因素。由于在采取防风抑尘网前后，煤炭表面含水率未发生变化，因此，主要考虑采用防风抑尘网前后储煤场风速的变化来核算扬尘产生量的变化。原煤进厂堆放时，会随风产生一定量的煤尘，原煤装卸时也会产生煤尘。对煤场煤堆起尘量，采用清华大学在霍州电厂现场试验的模式，计算公式如下：煤场起尘为 （1）装卸扬尘为 （2）式中：Q1为煤堆起尘量，mg/s；Q2为煤装卸扬尘，g/次；U为风速，m/s，根据项目地形位置，其风速小于 1m/s；S为煤堆表面积，57800m2；为空气相对湿度，取80%；W为煤物料湿度，原煤6%；M为车辆吨位，20t；H为煤装卸高度，4m。青海省鱼卡货场年运输煤炭量 150 万 t，货场煤炭运输车辆卸车次数为 75000 次，防风抑尘网开孔率约为 0.2。根据数值模拟结果及分析4，在采用防风抑尘网前后，储煤场因风速变化引起扬尘产生量的变化见表 1。由表 1 可知，背景风速越高，抑尘网对煤尘产生量的消减率越高，在背景值为2m/s和5m/s情况下，抑尘网对煤尘的消减量分别为 25.593t/a 和 292.002t/a，消减率分别为 54.23%和 87.57%。1.2 防风抑尘网对储煤场扬尘下风向场地贡献值的消减1.2.1预测模型本次研究采用环境影响评价技术导则 大气环境（HJ2.2-2018）推荐模型中的 AERSCREEN 模型来计算设置抑尘网前后项目煤尘污染源的最大环境影响。1.2.2污染物评价标准污染物评价标准和来源见表 2。1.2.3 Pmax及D10%的确定参照环境影响评价技术导则 大气环境（HJ2.2-2018）中最大地面浓度占标率 Pi 的定义。（3）式中：Pi为第i个污染物的最大地面空气质量浓度占标率，%；Ci为采用估算模型计算出的第i个污染物的最大 1h 地面空气质量浓度，g/m3；C0i为第i个污染物的环境空气质量浓度标准，g/m3。黑 龙 江 环 境 通 报147第 1 期吕双汝：铁路小型露天煤炭货场大气污染控制措施研究污染源名称坐标/（）海拔高度/m矩形面源/m污染物排放速率/（kgh-1）经度纬度长度宽度有效高度TSP2m/s下源94.96894738.070115321569.84827.6110.005.3875m/s下源94.96894738.070115321569.84827.6110.0038.0651.08m/s下源94.96894738.070115321569.84827.6110.002.4662.72m/s下源94.96894738.070115321569.84827.6110.004.731表3 主要废气污染源参数一览表（矩形面源）表 4 估算模型参数表表 6 Pmax计算结果对照一览表表 5 Pmax和D10%预测和计算结果一览表参数取值城市/农村选项城市/农村农村人口数（城市人口数）/最高环境温度35.9最低环境温度-34.3土地利用类型荒漠区域湿度条件干燥是否考虑地形考虑地形是地形数据分辨率/m90是否考虑岸线熏烟考虑岸线熏烟否岸线距离/m/岸线方向/污染源名称评价因子评价标准/（gm-3）Cmax/（gm-3）Pmax/%D10%/m2m/s下源TSP900.01148.7000127.633316200.05m/s下源TSP900.08114.7000901.6333250000.86m/s下源TSP900.0360.060040.00676400.01.55m/s下源TSP900.0690.950076.772214200.0污染源名称Cmax/（gm-3）消减量/（gm-3）消减比率/%2m/s下源1148.7000788.6468.660.86m/s下源360.06005m/s下源8114.70007423.7591.491.55m/s下源690.95001.2.4污染源参数采用抑尘网前后的废气污染源参数见表 3。1.2.5项目参数估算模式所用参数见表 4。由表 6 可知，背景风速越高，抑尘网对煤尘污染引起下风向污染物最大浓度的消减率越高，在背景值为 2m/s 和 5m/s 情况下，抑尘网对煤尘的消减量分别为 788.64g/m3和 7423.75g/m3，消减率分别为 68.66%和 91.49%。2煤炭货场煤炭装车工艺改进铁路煤炭货场的大气污染源主要是煤炭在装卸、输送、堆取、存放等作业过程中由于搅动、落差或大风吹起堆场、道路表面煤炭粉尘所产生的粉尘。扬尘产生量则取决于煤尘自身物理、化学性质及其装卸工艺、堆存方式以及地面风况等因素。大气污染防治措施也主要集中在装卸过程防治和堆场防治措施。大型煤炭货场常用的在装卸过程中的防治措施可采用密闭式的皮带机、翻斗仓系统化防治。堆场防治措施可采用设置防尘网或全封闭煤棚的形式。以青海省某铁路煤炭货场为例，该煤炭货场仅在 10 月份至 4 月份有火车装煤的需求。其现状煤炭装车方式为：机车牵引装煤车进入货场内由装载车进行装车作业。这种装车方式一方面装车效率较低、1.2.6预测结果设置抑尘网前后，项目煤尘污染源正常排放的污染物 TSP 浓度和 TSP 占标率分别如图 1 和图 2 所示，污染源正常排放的污染物的 Pmax和 D10%预测结果见表 5 和表 6。148第 36 卷速度较慢，另一方面该种装车方式会造成大量煤灰扬尘，对大气环境造成污染。如果在此煤炭货场建设传统的火车装煤系统，将需要投入较多资金建造运输传送及装煤设施，会造成装煤设施长时间闲置，导致装煤成本过高。因此，综合考虑青海地区铁路煤炭货场的特点、装车便利及经济性，对其煤炭装车工艺做以下改进。2.1 收集系统将传统的铲车作业系统，改进为由双螺旋收煤机驱动进行收煤，将煤粉收集在皮带输送机上，通过皮带输送机将煤粉输送至煤斗仓内，当煤斗仓称重机构称重达标后完成煤粉收集过程，详见图 3。该系统在取料作业过程中通过双螺旋臂收取，减少了煤炭的扰动和落差，较原系统具有较好的污染防治作用。2.2 输送系统输送系统采用履带式行走机构，其驱动轮中心距为 3200mm。起重时车身通过起重平衡支腿加以固定，详见图 4。该系统走行平稳，对于路面基础要求低，能够较好地适应煤炭货场的现场情况。2.3 装车系统由液压站与起重油缸以及四节液压伸缩式吊臂将煤斗仓吊装到 5m 高度后送入煤车中心上部，由卸煤油缸翻转煤斗底板将煤粉通过卸煤口卸入车厢内完成装车作业。在装车系统中配置干雾抑尘措施，将对煤炭在装车中产生的可吸入颗粒进行有效吸附。3结论和展望本次研究基于青藏铁路公司鱼卡铁路煤炭货场现场既有设施调研及现场监测数据，模拟风速条件下进行了防风抑尘网环保效益模拟，采用防风抑尘网前后储煤场风速的变化来核算扬尘产生量的变化，结论如下：图 1 不同风速下源污染物 TSP 浓度对比图 2 不同风速下源污染物 TSP占标率黑 龙 江 环 境 通 报149第 1 期在背景值为 2m/s 和 5m/s 情况下，背景风速越高，抑尘网对煤尘产生量的消减率越高，抑尘网对煤尘的消减量分别为 25.59t/a 和 292.00t/a，消减率分别为 54.23%和 87.57%；背景风速越高，抑尘网对煤尘污染引起下风向污染物最大浓度的消减率越高，抑尘网对煤尘的消减量分别为 788.64g/m3和7423.75g/m3，消减率分别为 68.66%和 91.49%。结合此次研究代表对象的实际运行情况和装卸系统，提出了一种应用于煤炭货场的移动式装煤系统，适用于临时性短期小规模的煤炭货场车厢装煤情景，尤其适合季节性及吞吐量较小的煤炭货场，可有效降低装车成本，减少装煤时产生的煤灰扬尘。参考文献：1卢斯琦.乌海市矿区不同尘源物质的抑尘措施研究 D.北京：北京林业大学,2020.2何鸿展.防风抑尘网非均匀孔隙率的优化研究 D.太原：太原理工大学,2017.3王龙,王洪宾.堆场抑尘技术研究与应用 J.煤矿机械,2021,42(11):146-149.4闫文龙.铁路货场防风抑尘网数值模拟及分析 J.交通科技与管理,2021(13):240-241.图 4 煤粉收集皮带输送机双螺旋收煤机收煤机液压站起重油缸称重机构起重支撑驾驶室四节液压伸缩式吊臂履带式行走机构C80 车厢煤斗仓图 3 煤粉装车皮带输送机双螺旋收煤机收煤机液压站起重油缸称重机构起重支撑驾驶室四节液压伸缩式吊臂C80 车厢履带式行走机构卸煤口卸煤油缸吕双汝：铁路小型露天煤炭货场大气污染控制措施研究