煤炭碼頭除塵措施探討

趙英杰 （交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院 天津 300456)

0 引言

煤炭作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要的能源物資，其運(yùn)輸總體上是“西煤東輸，北煤南運(yùn)”的格局，港口是煤炭運(yùn)輸中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前，吞吐量超過億噸的煤炭大港就有秦皇島港、唐山港、天津港、黃驊港等多個(gè)港口。近年來隨著蒙東煤炭的發(fā)現(xiàn)和開采，唐山、錦州、黃驊等港口在建和計(jì)劃建設(shè)的5000萬噸級(jí)煤碼頭就有10個(gè)左右，煤炭的裝卸、堆存是港口散貨粉塵污染的主要來源，且裝卸過程涉及到多個(gè)環(huán)節(jié)。粉塵是影響人體健康的主要大氣污染物,也是目前我國(guó)大氣污染控制的首要污染物之一，[1]因此，如何采取必要的措施來控制煤炭散貨粉塵污染，成為煤炭碼頭建設(shè)環(huán)境保護(hù)的重中之重。

1 煤炭碼頭粉塵治理措施現(xiàn)狀

煤炭碼頭粉塵治理措施經(jīng)過多年的發(fā)展，涉及到的技術(shù)有幾十種，基本可歸納為濕法、干法、干濕結(jié)合和其他機(jī)械物理方法等4種形式。[2]干法除塵常見的如靜電除塵器和布袋除塵器等；濕法一般采用灑水增加煤炭表面的含水率，增大顆粒的粒徑來降低起塵；機(jī)械物理方法常見有皮帶機(jī)的封閉、防風(fēng)網(wǎng)、降低作業(yè)高差等來降低煤炭的表面風(fēng)速，從而起到防塵、除塵的目的。從粉塵治理的前后順序可分為防塵措施和除塵措施。目前，煤炭碼頭的粉塵治理措施已經(jīng)改變過去簡(jiǎn)單的灑水、苫蓋等傳統(tǒng)方法，而向環(huán)保設(shè)施的多元化、整體化發(fā)展。煤炭碼頭采用濕法、干法、干濕結(jié)合和其他機(jī)械物理方法相結(jié)合，防塵設(shè)施和除塵設(shè)施相結(jié)合，根據(jù)貨種特點(diǎn)和作業(yè)環(huán)境，有針對(duì)性地采取抑塵和除塵措施，降低粉塵的產(chǎn)生量和排放量。[3]

在國(guó)內(nèi)，很多電廠采用筒倉、球倉等封閉方案來儲(chǔ)存煤炭。在日本，有的煤炭碼頭采用大型圓筒倉進(jìn)行儲(chǔ)存，在有些地方甚至將煤稀釋成漿狀，利用泵和礦道無塵輸送。根據(jù)國(guó)內(nèi)電廠和國(guó)外的煤炭存儲(chǔ)工藝，近幾年在煤炭碼頭的建設(shè)中逐漸引入了筒倉、條棚等堆存工藝。目前，黃驊港的神華煤碼頭已建成筒倉。封閉方案的引入，對(duì)于煤炭的防塵效果非常明顯。

2 煤炭碼頭裝卸工藝過程和產(chǎn)污環(huán)節(jié)分析

目前，專業(yè)化煤炭碼頭采用較多的裝卸工藝為“五大機(jī)”系統(tǒng)，即裝卸船機(jī)、堆料機(jī)、取料機(jī)、翻車機(jī)、皮帶機(jī)。近年逐漸引入的筒倉、條棚等封閉方案是在原有的五大機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上針對(duì)堆存過程做的進(jìn)一步工藝改良。非專業(yè)化煤炭碼頭整體裝卸過程與此類似，但在裝卸設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備上有所差別。我國(guó)北方煤碼頭總體以煤炭裝船為主，而南方煤碼頭以卸船為主，本文以北方專業(yè)化裝船煤碼頭為例，分析工藝流程和產(chǎn)污環(huán)節(jié)（見圖1）。

圖1 煤炭裝卸工藝及產(chǎn)污環(huán)節(jié)流程圖

3 各工藝環(huán)節(jié)采用的環(huán)保措施

3.1 煤炭進(jìn)場(chǎng)

為防止煤炭運(yùn)輸及卸車時(shí)產(chǎn)生大面積粉塵飛揚(yáng)，在煤炭進(jìn)場(chǎng)之前，一般需對(duì)其噴水加濕，要求設(shè)置煤炭加濕站。對(duì)于煤炭表面水分偏低，容易起塵的煤炭進(jìn)行噴水給煤炭加濕，一般要求使其表面水分提高到6%～8%，[4]以減少起塵。另外，為防冬季凍結(jié)，室外管道采用離心玻璃保溫，且水平加濕管道的坡度應(yīng)大于3‰，并在最低點(diǎn)設(shè)放水閥。

3.2 煤炭卸車

專業(yè)化煤碼頭的卸車使用的是翻車機(jī)房，翻車機(jī)房常用的有兩翻、三翻和四翻。不管哪種形式，在翻車機(jī)翻轉(zhuǎn)傾倒煤炭時(shí)由于物料劇烈運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)塵量會(huì)很大，普通的干式除塵系統(tǒng)很難在如此短的時(shí)間內(nèi)完全控制含塵氣流的擴(kuò)散。因此，翻車作業(yè)時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)空氣中含塵量大，地面積塵也很嚴(yán)重。一般在每條翻車線設(shè)置1套干霧抑塵系統(tǒng)。在煤斗上口四周布置抑塵系統(tǒng)的水、氣管道和噴霧箱，使產(chǎn)生的干霧能夠覆蓋整個(gè)受料斗上口，并有效抑制翻車機(jī)卸煤全過程中產(chǎn)生的煤塵。干霧抑塵系統(tǒng)由主機(jī)、萬向節(jié)總成、氣水分配盒、空壓機(jī)和自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。具有人機(jī)接口，可反饋開機(jī)、關(guān)機(jī)、過濾器堵塞、氣壓低、水壓低和干霧抑塵裝置自動(dòng)/手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)等電信號(hào)至控制室，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式控制。產(chǎn)生的水霧顆粒能達(dá)到10μm以下，與最活躍的塵埃顆粒大小相近，經(jīng)碰撞、吸附、凝結(jié)形成較大的塵埃團(tuán)，在重力的作用下自然降落而不會(huì)隨氣流逸散，除塵效率達(dá)96%以上，治理后現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度能穩(wěn)定低于10mg/Nm3。另外，在每臺(tái)翻車機(jī)設(shè)1套干式除塵系統(tǒng)，在受料斗下部的給料機(jī)至受料皮帶的落料點(diǎn)下游適當(dāng)位置設(shè)集塵罩，靜電除塵器及離心風(fēng)機(jī)安裝在翻車機(jī)房室外地面，除塵器收集的粉塵返回到皮帶機(jī)上的物料中。

3.3 煤炭堆存

煤炭堆存是煤炭粉塵的主要來源，目前的堆存工藝可分為兩類，一類是堆場(chǎng)方案，另一類是封閉方案。堆場(chǎng)方案通常會(huì)跟防風(fēng)抑塵網(wǎng)的建設(shè)相結(jié)合，而封閉方案通常指的是筒倉、球倉、條棚等方案。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)港口都在使用堆場(chǎng)方案，工藝成熟，封閉方案防塵、除塵效果明顯，對(duì)環(huán)境影響小，僅有黃驊港神華煤碼頭建成，國(guó)內(nèi)可借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少。另外，對(duì)儲(chǔ)存的貨種、周期等都有嚴(yán)格的要求，適用于運(yùn)量不大、品種少、存期短，更適合于煤電運(yùn)一體化的大型電力企業(yè)。[5]根據(jù)堆存工藝的不同，可采取如下環(huán)保措施：

3.3.1 防風(fēng)網(wǎng) 為進(jìn)一步控制堆場(chǎng)作業(yè)過程中產(chǎn)生的粉塵，在堆場(chǎng)周圍布設(shè)防風(fēng)網(wǎng)。防風(fēng)網(wǎng)防塵機(jī)理分為防風(fēng)和捕捉粉塵兩種功能，防風(fēng)網(wǎng)防塵功能見圖2、3。

圖2 防風(fēng)網(wǎng)防風(fēng)樣例

圖3 防風(fēng)網(wǎng)捕捉粉塵樣例

根據(jù)對(duì)同類煤碼頭防風(fēng)網(wǎng)板型防風(fēng)效果的研究，采取防風(fēng)網(wǎng)、灑水、抑塵劑綜合抑塵措施后，抑塵效果可達(dá)90%～95%。目前，曹妃甸和黃驊港等地已經(jīng)有設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)的相關(guān)項(xiàng)目正在運(yùn)營(yíng)。

3.3.2 灑水噴淋 一般沿堆場(chǎng)主軸方向兩側(cè)設(shè)置固定噴灑水裝置，噴槍的布設(shè)要考慮堆場(chǎng)的寬度、高度以及噴槍的噴灑半徑，由除塵泵房高壓系統(tǒng)供水。為了更好地控制煤炭堆場(chǎng)表面的含水率保持在合理水平，可結(jié)合煤炭堆場(chǎng)表面含水量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)風(fēng)力及天氣和煤堆表面含水率的變化情況進(jìn)行自動(dòng)噴水。由于北方地區(qū)冬季溫度較低，為解決堆場(chǎng)供水干管在冬季寒冷時(shí)可能凍壞管路，使用受到限制等問題，要在噴槍豎管設(shè)置自動(dòng)泄水及電加熱防凍設(shè)施，以解決冬季噴槍因寒冷使用受限制的情況。

3.3.3 結(jié)殼劑 結(jié)殼劑為高分子聚合物組合而成，聚合物分子間的交聯(lián)度會(huì)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)分子間存在各種離子基團(tuán)，能產(chǎn)生較強(qiáng)的親合力，具有良好的成膜特性，可以有效地固定塵埃并在物料表面形成防護(hù)膜。它的作用機(jī)理是通過捕捉、吸附、團(tuán)聚粉塵微粒，將其緊鎖于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之內(nèi)，起到防塵的作用。結(jié)殼劑可結(jié)合堆場(chǎng)的堆存時(shí)間進(jìn)行噴灑，一般是堆場(chǎng)需要堆存一定的時(shí)間，且這段時(shí)間內(nèi)不需要進(jìn)行裝卸和倒垛作業(yè)，可噴灑結(jié)殼劑。水中加入適量的覆蓋劑，可使覆蓋時(shí)間達(dá)幾個(gè)月至一年。[6]

3.3.4 造雪機(jī) 堆場(chǎng)方案人工抑制煤塵最常見的辦法是噴灑水，但是冬季灑水路面上會(huì)結(jié)冰，不但影響交通，而且也會(huì)給裝卸生產(chǎn)帶來安全隱患。人工降雪是冬季煤炭抑塵的一個(gè)很好的選擇，造雪機(jī)通過人工降雪的方法來控制粉塵。2004年天津港焦炭碼頭公司相關(guān)試驗(yàn)獲得了成功，對(duì)于北方港口冬季抑塵具有很好的推廣價(jià)值。

3.3.5 封閉方案 封閉方案就是堆存過程中的防塵措施。封閉堆場(chǎng)可有效減少煤炭表面的風(fēng)速，堆存和裝卸等過程均在相對(duì)封閉的空間內(nèi)進(jìn)行。由于是封閉操作，徹底解決了煤炭露天堆存以及堆取料作業(yè)時(shí)由于風(fēng)力作用引起的煤炭起塵問題。另外，為解決卸料時(shí)物料擠占內(nèi)部容積導(dǎo)致含塵氣流逸出，在封閉堆場(chǎng)的頂部設(shè)置了不同數(shù)量的干式除塵系統(tǒng)，在卸料的同時(shí)向外排風(fēng)，使內(nèi)部保持微負(fù)壓，最大限度減少了煤炭在自然風(fēng)力作用下的起塵量。

3.3.6 煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)輸送 煤炭的輸送從裝卸工藝過程來說主要涉及到兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是從煤炭卸車后到堆場(chǎng)，另一個(gè)是從堆場(chǎng)到裝船，輸送過程短則幾十米，長(zhǎng)的可達(dá)幾公里，產(chǎn)生粉塵的環(huán)節(jié)主要包括輸送過程和轉(zhuǎn)接過程兩個(gè)環(huán)節(jié)，抑塵措施也應(yīng)針對(duì)以上兩個(gè)環(huán)節(jié)制定。皮帶機(jī)設(shè)皮帶機(jī)罩，碼頭皮帶廊道兩側(cè)設(shè)擋風(fēng)板。皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)處首先采取密閉措施，設(shè)置密閉溜筒和密閉導(dǎo)料槽，物料進(jìn)、出口設(shè)橡膠簾，每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站一般還應(yīng)設(shè)干式除塵系統(tǒng)。

3.3.7 煤炭裝船 煤炭裝船的過程中產(chǎn)生的粉塵除了與煤炭的含水率有關(guān)外，另一個(gè)最主要的因素就是落差，落差越大，產(chǎn)生的粉塵量也相應(yīng)的越大；落差小，產(chǎn)生的粉塵量也會(huì)相應(yīng)的減少，因此，裝船過程中的防治粉塵措施可采取以下方式：

①在裝船機(jī)上設(shè)置機(jī)上灑水除塵系統(tǒng)，通過控制煤炭含水率來控制作業(yè)揚(yáng)塵。

②減少裝船時(shí)煤炭的落差，一般要求控制在1m左右，如果落差再小，對(duì)煤炭的裝船效率就會(huì)影響很大。

3.3.8 其他措施 ①道路揚(yáng)塵，為防止作業(yè)區(qū)附近道路在風(fēng)的作用下二次揚(yáng)塵，工程應(yīng)配置相應(yīng)數(shù)量的灑水車，定時(shí)定線進(jìn)行清掃和灑水。②為減少碼頭作業(yè)過程產(chǎn)生的煤粉塵的影響，在工程建設(shè)時(shí)合理營(yíng)造防塵綠化林帶，在生產(chǎn)區(qū)與輔助生產(chǎn)區(qū)的道路兩側(cè)種植速生高大、在本地區(qū)成活率較高的喬木，在綠化布置及樹種選擇上盡量與環(huán)境保護(hù)和城市發(fā)展規(guī)劃相結(jié)合來考慮，保持與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)的格局。同時(shí)在不影響工藝布置和生產(chǎn)管理情況下，提高綠化系數(shù)。

4 結(jié)論

煤炭碼頭的除塵、抑塵措施要擺脫過去的單一的灑水、苫蓋等傳統(tǒng)工藝措施，而應(yīng)該向干法、濕法、機(jī)械除塵等相結(jié)合的綜合化、多元化發(fā)展，要以防塵為主、除塵為輔。首先要采取先進(jìn)的裝卸、堆存工藝，然后針對(duì)可能產(chǎn)生粉塵的各個(gè)環(huán)節(jié)有針對(duì)性地采取先進(jìn)的除塵措施，最大限度地減少粉塵的產(chǎn)生量和排放量，降低粉塵排放對(duì)大氣環(huán)境的影響?！?/p>

[1]天津水運(yùn)工程科研所.專業(yè)煤炭港口粉塵總量控制技術(shù)方法研究[R].天津水運(yùn)工程科研所，2000.

[2]郭珊，詹水芬，張斌斌，等.煤炭港粉塵污染防治技術(shù)綜述[J].水道港口，2006，27（1）：40-44.

[3]陳曉笛，李少澤.淺談散貨碼頭粉塵治理[J].中國(guó)水運(yùn)，2012，12（5）：205-206.

[4]王肇潤(rùn).工業(yè)交通環(huán)保概論[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1986：421-422.

[5]蘇君利.煤碼頭露天堆場(chǎng)與封閉堆場(chǎng)的適用性分析[J].水運(yùn)工程，2003（9）：154-158.

[6]茍乃金.煤碼頭的環(huán)境保護(hù)初探[J].山東科技，2003（2）：76-78.