煤炭碼頭的防塵設(shè)計(jì)簡析

黃 彬

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福建 福州 350004）

煤炭碼頭的防塵設(shè)計(jì)簡析

黃 彬

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福建 福州 350004）

煤炭碼頭運(yùn)營期間對工作場所及周邊環(huán)境影響大、治理要求高的主要污染源是煤炭揚(yáng)塵。本文以湄洲灣港東吳港區(qū)東1#、東2#泊位設(shè)計(jì)為例，系統(tǒng)的闡述了煤炭在裝卸、輸送、堆存過程中的一系列防塵、抑塵方案，有效控制了粉塵對環(huán)境的影響，可供類似散貨碼頭及堆場參考借鑒。

煤炭碼頭；裝卸；堆存；粉塵；環(huán)保

引 言

減少煤炭在裝卸、輸送、堆存過程中的揚(yáng)塵，是煤炭碼頭設(shè)計(jì)需考慮的重要因素，應(yīng)遵循清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、合理布局、優(yōu)化工藝相結(jié)合的原則[1]。本文以湄洲灣港東吳港區(qū)東1#、東2#泊位為例，系統(tǒng)闡述了煤炭碼頭采用的防塵方案，可供煤炭、礦石等類似散貨碼頭參考。

1 工程概況

湄洲灣港是福建省重點(diǎn)建設(shè)的散貨港區(qū)，本工程位于湄洲灣北岸的東吳作業(yè)區(qū)，主要裝卸煤炭，其中東1#泊位為20萬t級卸船泊位，東2#泊位為10萬t級裝船泊位，設(shè)計(jì)年通過能力1 500萬t。全長約600 km的向莆鐵路直達(dá)港區(qū)，項(xiàng)目于2013年建成后成為江西、湖南、湖北等省份煤炭進(jìn)口的大通道。

2 氣象條件

項(xiàng)目所在區(qū)域氣候?qū)倌蟻啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候。港區(qū)風(fēng)玫瑰圖見圖1，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹NE-NE-ENE向，頻率為51.39 %，其中常風(fēng)向?yàn)镹E向，頻率為27 %，多年平均風(fēng)速為3.5 m/s[2]。

圖1 港區(qū)常年風(fēng)向

3 總平面布置

東1#、東2#泊位岸線總長661 m，前沿線走向?yàn)闁|南～西北，陸域縱深1 408 m。港區(qū)總平面布置見圖2，前方1 208 m以內(nèi)陸域布置港口生產(chǎn)性區(qū)域，后方200 m布置生產(chǎn)及輔助建筑區(qū)，生產(chǎn)區(qū)與輔助區(qū)之間設(shè)30 m寬的綠化隔離帶。堆場為長方形布置，在堆場四周設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)。進(jìn)港鐵路布置在東1#泊位西側(cè)，設(shè)置裝車樓一座。

防風(fēng)網(wǎng)內(nèi)的堆場縱深1 155 m，寬588 m，分為前后兩個(gè)區(qū)域，前方縱深1 000 m，布置煤堆場，縱向共設(shè)置5條斗輪機(jī)軌道基礎(chǔ)。后側(cè)縱深155 m區(qū)域?yàn)轭A(yù)留煤炭篩選、加工場地。

圖2 東1#、東2#泊位總平面布置

4 粉塵主要污染源分析

專業(yè)化散貨泊位，煤炭裝卸工藝流程如下：

卸船：船→橋式抓斗卸船機(jī)→固定式皮帶機(jī)→斗輪堆取料機(jī)→堆場

裝船：斗輪堆取料機(jī)→固定式皮帶機(jī)→移動(dòng)式裝船機(jī)→船

裝火車：斗輪堆取料機(jī)→固定式皮帶機(jī)→裝車樓→火車

裝汽車：裝載機(jī)→汽車

從工藝流程分析，煤炭裝卸、輸送、堆取、堆場存放等作業(yè)過程中，由于攪動(dòng)、落差、或大風(fēng)產(chǎn)生的揚(yáng)塵是主要污染源，設(shè)計(jì)應(yīng)針對上述污染源重點(diǎn)考慮防塵措施。

5 防塵設(shè)計(jì)方案

5.1 總平面設(shè)計(jì)的防塵方案

總平面結(jié)合本項(xiàng)目所在區(qū)域的風(fēng)況進(jìn)行布置，將輔助建筑區(qū)布置在上風(fēng)向即港區(qū)的北側(cè)，輔助建筑區(qū)與生產(chǎn)區(qū)之間設(shè)置30 m寬的綠化隔離帶，種植滿足吸塵和降低風(fēng)速要求的樹種；生產(chǎn)區(qū)布置在下風(fēng)向，堆場周圍設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)。通過合理布置，使污染源與輔助建筑區(qū)及港區(qū)北側(cè)附近的村莊達(dá)到較好的隔離效果。

5.2 煤炭卸船過程中的防塵

煤炭卸船應(yīng)考慮選用高效、節(jié)能、環(huán)保的設(shè)備，可選的卸船設(shè)備主要有橋式卸船機(jī)、螺旋式卸船機(jī)、帶斗門機(jī)。橋式抓斗卸船機(jī)專業(yè)化程度高，裝卸效率高，對不同煤種的適應(yīng)性好，目前國內(nèi)大部分煤炭碼頭均選用橋式抓斗卸船機(jī)。螺旋式卸船機(jī)效率高、環(huán)保性能較好，但對煤種的要求較高，若煤炭中大塊較多容易卡機(jī)，設(shè)備維護(hù)量大，目前國內(nèi)應(yīng)用較少。帶斗門機(jī)造價(jià)較低，對貨種適應(yīng)性較強(qiáng)，但效率低，難以滿足專業(yè)化散貨碼頭卸船效率的需要。經(jīng)綜合比較，選用2臺橋式抓斗卸船機(jī)（每臺卸煤額定能力為1 800 t/h），預(yù)留1臺。

為了減少卸船過程中的揚(yáng)塵，設(shè)計(jì)要求在每個(gè)接料斗上部安裝高度2.5 m的防風(fēng)圍擋和噴水抑塵裝置，以降低落料處的風(fēng)速并對落料產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行噴濕處理。噴水抑塵裝置設(shè)計(jì)噴淋能力為15 t/h，抓斗卸煤作業(yè)在水霧之中進(jìn)行，確保卸船過程的降塵效果達(dá)到50 %以上。

5.3 輸煤系統(tǒng)防塵設(shè)計(jì)

1）皮帶機(jī)防塵設(shè)計(jì)

皮帶機(jī)防塵通常采用封閉式廊道或露天皮帶加防塵罩的方案，封閉式廊道防塵效果優(yōu)于露天皮帶加防塵罩的方案。由于需進(jìn)行裝卸操作，布置碼頭前沿的高架皮帶機(jī)不能封閉，設(shè)計(jì)考慮在廊道兩側(cè)設(shè)置擋風(fēng)板以降低風(fēng)速，減少揚(yáng)塵。從碼頭到堆場及堆場到火車裝車樓之間皮帶機(jī)均布置在封閉廊道內(nèi)，可有效地降低水平運(yùn)輸中的粉塵產(chǎn)生量。

2）轉(zhuǎn)運(yùn)站防塵設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)運(yùn)站的除塵方式主要有濕式噴霧抑塵、干式抽風(fēng)除塵和電除塵。濕式噴霧抑塵系統(tǒng)較簡單，造價(jià)較低，效果好，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用濕式噴霧抑塵。設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)設(shè)密閉落煤管和導(dǎo)料槽，導(dǎo)料槽兩端設(shè)橡膠簾，在轉(zhuǎn)運(yùn)站的頭罩和導(dǎo)料槽處設(shè)置多個(gè)噴淋噴嘴進(jìn)行噴灑降塵處理，抑制皮帶機(jī)輸送、落料過程因震動(dòng)、風(fēng)力而產(chǎn)生的煤塵飛揚(yáng)。除塵器和噴淋裝置均由PLC控制，在轉(zhuǎn)運(yùn)站受料槽、送料通道等處設(shè)置吸塵罩，使散煤受料系統(tǒng)處于負(fù)壓密閉狀態(tài)，防止粉塵外揚(yáng)。由于轉(zhuǎn)運(yùn)站本身是封閉的，再設(shè)置以上防塵設(shè)施后，可以達(dá)到良好的防塵效果。

5.4 堆場防塵設(shè)計(jì)

1）堆場防塵方案研究

煤場面積大，是煤炭碼頭主要的起塵區(qū)，起塵量約占整個(gè)項(xiàng)目的60 %～80 %。目前煤場采用的布置方式主要有筒倉、封閉式圓形料場、封閉式鋼結(jié)構(gòu)料棚及防風(fēng)網(wǎng)等4種型式。

筒倉封閉效果好、占地面積較小，直徑一般為22～40 m，單倉容量1萬～5萬t，其工程投資大、單位儲煤成本較高、空間較小且煤炭處于封閉狀態(tài)容易自燃，較少應(yīng)用于港口煤炭的長時(shí)間存儲。

封閉式圓形煤場直徑一般為80～120 m，單座容量約6萬～18萬t，其主要適用于貨種單一、出倉能力1 000～2 000 t/h，對物料進(jìn)出倉順序沒要求的場合，因此圓形料場作為電廠專用煤場較為適用。

鋼結(jié)構(gòu)堆場料棚的建筑功能主要是大型的儲存庫房，多用于電廠廠區(qū)的煤炭堆存，目前應(yīng)用的跨度多在80～120 m左右，其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是跨度大、覆蓋面積廣，環(huán)保和景觀效果較好。但料棚需設(shè)置獨(dú)立基礎(chǔ)和消防通道，和露天煤場相比，對消防、安全、通風(fēng)條件等要求較高，容量較小，造價(jià)高。

防風(fēng)網(wǎng)是一種多孔障礙物，其主要防塵機(jī)理是控制改善煤場區(qū)的風(fēng)流場，在其背面可形成低風(fēng)速區(qū)，減小堆場區(qū)風(fēng)流場的紊流度，從而減少粉塵運(yùn)動(dòng)，對于堆場散貨粉塵的起塵與擴(kuò)散具有較好的制約作用。在堆場周圍設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)，并與噴淋加濕相結(jié)合，可以達(dá)到環(huán)保效果，適合貨運(yùn)量大、煤炭品種多、堆存期較長的大型煤碼頭使用。本項(xiàng)目主要功能為煤炭中轉(zhuǎn)，貨運(yùn)量大、堆存期相對較長，經(jīng)比較采用可適應(yīng)大容量堆場的防風(fēng)網(wǎng)方案。

2）防風(fēng)網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)時(shí)對防風(fēng)網(wǎng)的平面布置型式、高度、開孔率等主要計(jì)算參數(shù)擬定了幾個(gè)方案，通過數(shù)模試驗(yàn)進(jìn)行比選，最終確定防風(fēng)網(wǎng)沿堆場四周布置，防風(fēng)網(wǎng)總長度2 320 m、高度18 m。

從主導(dǎo)風(fēng)向NE向風(fēng)速流場圖中可以看出，在防風(fēng)網(wǎng)作用下，來流經(jīng)過防風(fēng)網(wǎng)后將風(fēng)速抬高，平面圖上看網(wǎng)后有很大一段藍(lán)色和綠色的低速區(qū)（見圖3），從截面圖中也可以看出，來流經(jīng)過防風(fēng)網(wǎng)后存在風(fēng)速抬高的過程，網(wǎng)后出現(xiàn)一段綠色的低速區(qū)（見圖4），這說明了防風(fēng)網(wǎng)對于堆場內(nèi)的風(fēng)速降低具有明顯的作用，同時(shí)對于抑制粉塵也具有明顯的效果。

圖3 常風(fēng)向NE向風(fēng)速流場

圖4 常風(fēng)向NE向風(fēng)速縱截面

防風(fēng)板材質(zhì)采用鍍鋁鋅網(wǎng)板，板開孔率ε=40 %，開孔為半徑R=6 mm圓型開孔，開孔排列為錯(cuò)開形，防風(fēng)板折角為140°。上述方案布置的防風(fēng)網(wǎng)在煤堆表面含水率為 8 %時(shí)抑塵率約 86.7 %（見表1），達(dá)到理想的環(huán)保效果[3]。

表1 防風(fēng)網(wǎng)抑塵率

3）噴淋設(shè)計(jì)方案

堆場在設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)的同時(shí)，應(yīng)設(shè)置噴淋降塵系統(tǒng)以達(dá)到含水率不低于8 %的要求。噴槍采用沿斗輪機(jī)軌道兩側(cè)基礎(chǔ)布置的方式，根據(jù)斗輪機(jī)軌道基礎(chǔ)間距及噴槍的有效射程，確定噴槍布置的間距及設(shè)計(jì)參數(shù)。整個(gè)堆場共布置SR150-43噴槍130把（見圖5），噴槍工作壓力0.9 MPa，設(shè)計(jì)有效射程57 m，設(shè)計(jì)流量129 m3/h。噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)按每次同時(shí)開啟4把噴槍，每把噴槍每次工作2～3 min，整個(gè)堆場噴淋一遍需65 min，需用水560 m3，每天噴淋3～4次，一天最大用水量為2 236 m3/h。

圖5 堆場噴槍布置（局部）

5.5 道路防塵

港區(qū)配套2部吸塵灑水車，對作業(yè)區(qū)道路、碼頭面進(jìn)行吸塵灑水處理，防止道路及碼頭面粉塵產(chǎn)生。同時(shí)在港區(qū)出口處設(shè)置洗車裝置，對車輛的車廂及輪胎進(jìn)行清洗后出港，以減少路面二次揚(yáng)塵。

5.6 裝船、裝火車防塵設(shè)計(jì)

碼頭裝船選用效率高、環(huán)保效果好的裝船機(jī) 1臺（額定能力為4 000 t/h），裝船碼頭至裝船機(jī)的皮帶機(jī)兩側(cè)設(shè)擋板，裝船機(jī)設(shè)噴水抑塵裝置，作業(yè)時(shí)進(jìn)行噴水抑制粉塵飛揚(yáng)。

裝火車采用裝船樓方案，裝車樓內(nèi)設(shè)噴水抑塵裝置，裝火車的過程均在封閉的裝車樓內(nèi)完成，有效控制了裝車過程的揚(yáng)塵。

5.7 煤污水處理及回用

含煤污水主要包括碼頭面和散貨堆場雨污水，以及轉(zhuǎn)運(yùn)站、廊道、港區(qū)道路沖洗廢水等。所有含煤污水均通過排水溝系統(tǒng)收集后進(jìn)入污水處理站進(jìn)行處理（見圖6）。污水處理站采用“絮凝+沉淀”處理工藝，處理工藝流程為：

煤污水→廢水調(diào)節(jié)池→澄清池→氧化池→過濾器→環(huán)保水池→達(dá)標(biāo)回用。

圖6 煤污水處理站布置

污水站每套設(shè)施處理能力為6 000 m3/d（250 m3/h），處理后的清水用于防塵和堆場噴灑用水，既節(jié)約了水資源，又避免了廢水對環(huán)境的污染。

6 防塵效果分析

通過對煤炭裝卸、輸送、堆存的各個(gè)流程采用相應(yīng)的防塵措施，工程區(qū)域周邊各監(jiān)測點(diǎn)TSP日均濃度等監(jiān)測值（表2）均符合GB3095-2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二級標(biāo)準(zhǔn)的要求，并有一定的環(huán)境容量，周邊區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量良好[4]。

表2 環(huán)境監(jiān)測主要數(shù)據(jù)

7 結(jié) 語

東1#、東2#泊位設(shè)計(jì)時(shí)針對煤炭裝卸、輸送、堆存過程中產(chǎn)生揚(yáng)塵的污染源進(jìn)行研究分析，在設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的防塵、抑塵方案，滿足了生產(chǎn)運(yùn)營過程中環(huán)保的要求，取得了良好的成效。防塵設(shè)計(jì)方案具有很強(qiáng)的針對性，效果顯著，可供類似的煤炭、礦石等散貨碼頭及堆場借鑒。

[1]JTS 149-1-2007 港口工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院.湄洲灣港東吳港區(qū)東 1#、東2#泊位初步設(shè)計(jì)[R].福州:福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,2013.

[3]交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所.湄洲灣港東吳港區(qū)東1#、東2#泊位散貨堆場防風(fēng)網(wǎng)建設(shè)方案研究[R].天津:交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所,2011.

[4]福建省環(huán)境科學(xué)研究院.湄洲灣港東吳港區(qū)東吳作業(yè)區(qū)東 1#～2#泊位工程環(huán)境影響評價(jià)報(bào)告書[R].福州:福建省環(huán)境科學(xué)研究院,2013.

A Brief Analysis on Dustproof Design of Coal Terminal

Huang Bin
(Fujian Communication Planning and Design Institute,Fuzhou Fujian 350004,China)

During the operation of coal terminal,coal dust emission is the major pollution source,which has a significant influence on the surrounding environment and working place,and needs to be regulated strictly.Based on the design of the eastern berth No.1 & 2 at Meizhou Bay Port Dongwu harbor,a systematic introduction is made to a series of dust resisting and suppression plans applying to coal handling,conveying and stockpiling.The above plans can effectively control the impact of coal dust on the surrounding environment,and provide a reference for similar bulk cargo terminal and stockyard.

coal terminal; port handling; stockpiling; dust; environmental protection

U656.1+33

：A

：1004-9592（2016）06-0064-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160616

2016-03-30

黃彬（1973-），男，高級工程師、注冊土木工程師、注冊咨詢工程師，主要從事港口及航道設(shè)計(jì)、咨詢工作。