干散貨碼頭裝卸起塵量計算方法研究

季雪元， 周 芳

(交通運輸部水運科學(xué)研究所，北京 100088)

1 干散貨碼頭大氣顆粒物源強公式

Q=αβHeω2(w0-w)Y/[1+e0.25(v2-U)]

(1)

式中：Q為作業(yè)起塵量,kg；β為作業(yè)方式系數(shù)，裝堆(船)時，β=1，取料時，β=2；H為作業(yè)落差,m；ω2為水分作用系數(shù)，與散貨性質(zhì)有關(guān)，取0.40～0.45；w0為水分作用效果的臨 界值，即含水率高于此值時水分作用效果增加不明顯，與散貨性質(zhì)有關(guān)，煤炭的w0值取6%，礦石的w0值取5%；w為含水率,%；Y為作業(yè)量,t；ν2為作業(yè)起塵量達到最大起塵量50%時的風(fēng)速,m/s。

2 討論公式中參數(shù)的取用

2.1 風(fēng)速U取值方式

目前，計算干散貨碼頭裝卸起塵量時，風(fēng)速U有不同的取值方式：

(1)取多年風(fēng)速的平均值，即將多年風(fēng)速的平均值代入公式直接計算全年總排放量；

(2)取各風(fēng)速段的平均值，計算各風(fēng)速段下的排放量，再按各風(fēng)速段的風(fēng)頻，進行加權(quán)求和獲得全年總排放量；

(3)使用逐時風(fēng)速與小時作業(yè)量進行計算，再將逐時源強乘以風(fēng)速段頻率及全年作業(yè)小時數(shù)后，累加獲得全年總排放量。

方式(1)忽略了風(fēng)速頻率對揚塵量的影響；方式(2)和方式(3)考慮了風(fēng)頻率的影響，增強了風(fēng)速在起塵量計算中的作用，計算結(jié)果更加準確。

2.2 面源小時源強和總排放量

按照風(fēng)速U的不同取值方法，排放量計算方法可分為：

(1)首先取各風(fēng)速段的平均值，計算各風(fēng)速段下的排放量，再按各風(fēng)速段的風(fēng)頻，進行加權(quán)求和獲得全年總排放量，總排放量除以作業(yè)時間即可得到小時源強(見公式2至公式4)；

(2)首先計算逐時源強，再將逐時排放量乘以全年作業(yè)小時數(shù)及風(fēng)速段頻率后累加得到年總排放量(見公式5、公式6)。影響這兩種方法計算準確的關(guān)鍵是單位時間作業(yè)量的確定。

Q總(kg/a)=αβHyew2(w0-w)/[1+e0.25(v2-u)]

(2)

(3)

Q小時(kg/h)=Q2(kg/a)/T

(4)

Q小時(kg/h)=αβHyeω2(w0-w)/[1+e0.25(v2-U)]

(5)

(6)

堆場常采用的裝卸設(shè)備包括斗輪堆取料機、裝載機、自卸汽車等。斗輪堆取料機是專業(yè)化碼頭常采用的堆場取卸料設(shè)備，選購設(shè)備時已能通過設(shè)備型號確定設(shè)備的單臺取料或者卸料效率，計算時直接用單臺效率進行換算即可；裝載機和自卸汽車被廣泛應(yīng)用于非專業(yè)化碼頭的裝卸料過程，而其裝卸效率無法通過查閱設(shè)備單臺效率獲得，通過現(xiàn)場調(diào)研得知，裝載機和自卸汽車在運輸過程中產(chǎn)生的揚塵量較小基本可忽略，主要為裝載機裝車、自卸汽車卸車過程中產(chǎn)生的揚塵量較大，因此核算單位時間作業(yè)效率時應(yīng)該分別按照裝載機料斗裝載量除以卸載時間計算，自卸汽車按照車廂裝載量除以卸載時間獲得；而目前有環(huán)評工作者直接按照總裝載量除以堆場機械設(shè)備使用時間計算裝卸效率，則人為降低了源強計算結(jié)果。

目前應(yīng)用比較廣泛的碼頭裝卸船設(shè)備包括橋式抓斗卸船機、門座起重機等，為進一步降低碼頭作業(yè)區(qū)揚塵量，國內(nèi)部分港口引進環(huán)保性更強的螺旋式卸船機、鏈斗式卸船機等，各設(shè)備的單臺裝船或卸船效率可根據(jù)設(shè)備型號確定，計算時直接用單臺效率進行換算即可。而目前部分環(huán)評工作者按照總吞吐量除以碼頭運行時間來計算單位時間裝卸船量，則會導(dǎo)致源強計算結(jié)果偏低。

3 計算方法與示例

應(yīng)用《規(guī)范》推薦公式對寧波某煤炭碼頭堆場堆取料及碼頭前沿裝卸船TSP動態(tài)起塵量進行估算。該煤炭碼頭年吞吐量為1 330萬t/a，均為水路運輸，工程包括1個15萬噸級卸船泊位、1個5萬噸級裝船泊位。卸船設(shè)備采用2臺橋式抓斗卸船機，單臺生產(chǎn)能力2 500 t/h，裝船采用2臺移動式裝船機，單臺生產(chǎn)能力4 200 t/h，堆場堆取料采用3臺斗輪堆取料機，單臺生產(chǎn)能力5 000 t/h。堆場定期灑水，控制煤炭的含水率在6%左右；防風(fēng)網(wǎng)綜合風(fēng)速遮蔽效率按照20%計。取當(dāng)?shù)?014年的逐時氣象資料。分別采用計算方法一(首先計算年總排放量，再將總排放量除以作業(yè)時間得到小時源強)和計算方法二(首先計算全年逐時風(fēng)速下對應(yīng)源強，再乘以作業(yè)時間及風(fēng)速段頻率后累加得到年總排放量)對裝卸動態(tài)起塵進行計算。

3.1 《規(guī)范》公式計算方法一計算流程及結(jié)果

經(jīng)分析，裝卸動態(tài)起塵源主要來自裝船、卸船、堆場堆取料作業(yè)，其中裝卸船年作業(yè)總量為1 330萬噸，裝船效率單臺為4 200 t/h、卸船效率單臺為2 500 t/h；堆場堆取料年作業(yè)總量為1 330萬噸，堆取料效率單臺為5 000 t/h。

分別將裝船、卸船、堆取料年作業(yè)量665萬t、665萬t和1 330萬t代入公式(1)，公式(1)中的起塵調(diào)節(jié)系數(shù)α取1.2(精煤類)，作業(yè)方式系數(shù)裝卸船β取1、堆取料β取2，H取1.2 m，ω2取0.45，w0取6%，w取6%，ν2取16 m/s。將全年逐時風(fēng)速劃分成10個區(qū)間，每個區(qū)間的等效風(fēng)速取該區(qū)間風(fēng)速的平均值，每個區(qū)間的風(fēng)速全年出現(xiàn)概率取該區(qū)間風(fēng)速頻率累加值。將各區(qū)間的等效風(fēng)速帶入公式(1)，分別得到各風(fēng)速區(qū)間對應(yīng)的裝、卸船及堆取料過程的Q值，再將各區(qū)間的Q值乘以風(fēng)速段頻率后，累加得到全年裝卸起塵總量；進一步乘以TSP的粒徑百分比，即可得到裝、卸船及堆取料過程產(chǎn)生的TSP總量(表1)，分別為24.25 t/a、24.25 t/a和77.59 t/a。

表1 全年不同風(fēng)速區(qū)間裝卸起塵量計算一覽表

進而根據(jù)裝卸設(shè)備臺數(shù)、單臺設(shè)備裝卸效率換算得到裝船、卸船、堆場堆取料單臺設(shè)備TSP源強分別為15.31 kg/h、9.11 kg/h和29.17 kg/h，即可代入AERMOD模型系統(tǒng)進行大氣顆粒物污染影響預(yù)測，并根據(jù)模型既有的風(fēng)速段區(qū)間設(shè)置各等效風(fēng)速下源強變化排放率(表2)。

表2 各風(fēng)速段動態(tài)源強變化排放率表

3.2 《規(guī)范》公式計算方法二計算流程及結(jié)果

分別將裝船、卸船、堆場堆取料單臺設(shè)備按照作業(yè)效率4 200 t/h、2 500 t/h和5 000 t/h代入公式(1)，公式(1)中α取1.2(精煤類)，裝卸船β取1、堆取料β取2，H取1.2 m，ω2取0.45，w0取6%，w取6%，ν2取16 m/s。將全年逐時風(fēng)速帶入公式(1)，分別求得全年逐時風(fēng)速下對應(yīng)的裝船、卸船、堆取料單臺設(shè)備Q數(shù)值，代入AERMOD模型系統(tǒng)即可進行大氣顆粒物污染影響預(yù)測。再將單臺設(shè)備逐時速率源強乘以裝卸設(shè)備臺數(shù)及全年作業(yè)小時數(shù)后，乘以風(fēng)速段頻率1/8 760后累加得到全年動態(tài)起塵量，裝船、卸船、堆取料年排放量分別為23.13 t/a、23.13 t/a和74.00 t/a。

3.3 結(jié)果對比

對比分別采用計算方法一和計算方法二所得裝卸動態(tài)起塵源強計算結(jié)果(圖1)，發(fā)現(xiàn)兩種計算方法均考慮了風(fēng)頻率的影響，計算結(jié)果無明顯差異。

圖1 不同計算方法下動態(tài)起塵量計算結(jié)果對比圖

4 結(jié)束語

目前常用的兩種干散貨碼頭裝卸起塵量計算方法包括：首先取各風(fēng)速段的平均值，對不同風(fēng)速段計算結(jié)果進行風(fēng)頻加權(quán)累加獲得全年的排放量，再將總排放量除以作業(yè)時間得到小時源強；或者，首先計算逐時源強，再將逐時排放量乘以全年作業(yè)小時數(shù)及風(fēng)速段頻率后累加得到年總排放量，兩種計算方法所得源強計算結(jié)果無明顯差異。影響這兩種方法計算準確的關(guān)鍵是單位時間作業(yè)量的確定，對于專業(yè)化碼頭裝卸量根據(jù)裝卸船機、斗輪堆取料機作業(yè)效率確定，非專業(yè)化碼頭通過核算單位裝卸時間下設(shè)備裝載量確定。