山西煤炭站臺儲存及運輸污染防治措施研究

姚 軒

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司太原設(shè)計院，山西太原 030013)

山西煤炭站臺儲存及運輸污染防治措施研究

姚 軒

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司太原設(shè)計院，山西太原 030013)

分析煤炭裝卸站臺在堆放過程及煤炭外運運輸作業(yè)中引起的煤塵飄散對鐵路周邊環(huán)境的影響，提出可采取三種環(huán)保措施：設(shè)置煤臺灑水栓、擋風(fēng)抑塵墻、抑塵站，使環(huán)境污染得到有效控制。

煤臺 環(huán)境 灑水栓 擋風(fēng)抑塵墻 噴淋

山西省擁有9條出省鐵路干線，約250個發(fā)煤站臺。大規(guī)模的煤炭裝卸儲存、運輸過程中產(chǎn)生的煤塵，不可避免的對環(huán)境造成很大的污染。煤炭貨臺堆卸存放時由于風(fēng)力因素造成粉塵飄散，煤炭運輸過程中煤塵飄散對沿線的生態(tài)環(huán)境及居民生活環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，而且對鐵路線路內(nèi)道床、鐵路信號和接觸電網(wǎng)等設(shè)備也會造成一定程度的破壞[1]。

煤炭站臺裝卸儲存、運輸過程中的環(huán)保措施有：煤臺灑水栓(地上式)設(shè)置、擋風(fēng)抑塵墻設(shè)置、抑塵站設(shè)置。以上三種措施從實施效果及經(jīng)濟可行上都有一定的優(yōu)勢。

1 煤臺灑水栓設(shè)置

煤炭裝車方式分為筒倉快速定量裝車和站臺裝車。站臺裝車受風(fēng)力影響較大，對周邊環(huán)境有很大影響，煤炭站臺的煤炭存放對環(huán)境污染影響也相對較大。儲煤站臺容易受風(fēng)力影響，使煤堆表面粉塵及煤炭顆粒物大范圍飄散，煤臺灑水栓的設(shè)置對于抑塵有顯著效果。

煤臺灑水栓分為地下式灑水栓和地上式灑水栓兩種方式。地下式灑水栓需工作人員日常開閉井蓋及對加重井蓋進行維護，站臺灑水栓一般數(shù)量較多，如煤炭堆放散亂或煤炭堆放面積較大時，對地下式灑水栓井掩埋堆壓，造成井蓋不便開啟。因地上式灑水栓方式效果較好，研究針對地上式灑水栓進行分析。

地上式灑水栓便于集中控制，而且從業(yè)工作人員相對勞動強度低。圖1為地上式灑水噴槍系統(tǒng)示意。

圖1 地上式灑水噴槍系統(tǒng)

由于煤炭站臺位置相對較偏遠，沒有可靠及穩(wěn)定的水壓及用水量，灑水栓水源一般采用煤臺消防用水。由于灑水、消防用水合用，消防水池除按設(shè)計秒流量滿足2 h消防用水量外應(yīng)略大，根據(jù)消防水池補水條件及補水量確定。為避免管材資源不必要消耗，灑水栓主管道與消防管道共用。

灑水栓頂端噴槍采用適應(yīng)于中等壓力系統(tǒng)的中等流量噴槍，噴槍工作壓力4 MPa，噴嘴為DN20。地上式灑水噴槍采用鋼筋混凝土支座，支座地基采用3∶7灰土換填處理，灰土墊層厚度0.5 m，灰土墊層寬出基礎(chǔ)外邊緣0.5 m，若有雜填土應(yīng)全部清除，用灰素土回填碾壓密實，壓實系數(shù)不小于0.96。

山西冬季天氣寒冷，需要對灑水栓固定段進行保溫防護措施。另一方面，灑水栓噴槍至固定支座段在各閥門井內(nèi)設(shè)置退水管，退水主管貫穿各閥門井室。噴槍及固定管段的退水收集功能也可以有效防止管道凍裂。退水最終排至儲煤站臺消防水池近端新設(shè)集水井，經(jīng)提升泵提升至消防水池內(nèi)，避免水資源浪費。

2 擋風(fēng)抑塵墻設(shè)置

煤炭在生產(chǎn)、運輸過程中一個必不可少的環(huán)節(jié)是在裝卸站臺上堆放。站臺堆放過程中利用灑水栓灑水降塵是其中一個方面，另一個防止煤塵飄散的重要方法是設(shè)置擋風(fēng)抑塵墻。擋風(fēng)抑塵墻的作用機理是利用空氣動力學(xué)原理，按照儲煤站臺地區(qū)的風(fēng)力影響把靜電噴涂鋼板(也可是不同材質(zhì))加工成一定幾何形狀、具有不同的開孔率和孔形的擋風(fēng)鋼板，使流通的站臺外部風(fēng)力通過擋風(fēng)抑塵墻體，達到外側(cè)強風(fēng)時內(nèi)側(cè)弱風(fēng)、外側(cè)弱風(fēng)時內(nèi)側(cè)微風(fēng)或無風(fēng)的效果。內(nèi)側(cè)的弱風(fēng)或微風(fēng)帶動的少量煤塵由于擋風(fēng)抑塵墻體的阻止難以擴散到煤臺外部，從而防止粉塵飄散污染[2]。

煤臺粉塵飄散有兩個原因：一是煤堆表面的靜態(tài)起塵，二是在裝卸作業(yè)過程中的動態(tài)起塵。前者主要受煤炭表面含水率、環(huán)境風(fēng)速等影響，后者主要與作業(yè)落差、裝卸強度、環(huán)境風(fēng)速等相關(guān)，兩者的最終控制因素是風(fēng)速。

根據(jù)露天煤堆粉塵擴散規(guī)律的試驗研究，煤堆起塵量與風(fēng)速之間的關(guān)系為

Q=a(V-V0)n

式中Q——煤堆起塵量；

V——風(fēng)速；

V0——起塵風(fēng)速；

a——與粉塵粒度分布有關(guān)的系數(shù)；

n——指數(shù)(n>1.2)。

不難看出，煤堆起塵量Q與風(fēng)速差(V-V0)的n次方成正比。因此，降低堆煤站臺的風(fēng)速是減少煤塵擴散量的關(guān)鍵性因素。對于煤炭站臺，只有外界風(fēng)速達到一定強度，該風(fēng)力使料堆表面顆粒產(chǎn)生向上移動的的動力可以克服顆粒自身重力和顆粒之間的摩擦力以及其他阻礙顆粒遷移的外力時，顆粒就離開堆垛表面而揚起，此時的風(fēng)速就稱為起動風(fēng)速。設(shè)置擋風(fēng)抑塵墻的明顯作用是外界風(fēng)速越大，擋風(fēng)抑塵墻的抑、降塵效率越高，控制揚塵的效果越佳。

擋風(fēng)抑塵墻由獨立基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)支撐、擋風(fēng)板三部分組成。擋風(fēng)抑塵墻設(shè)置高度為堆積物的1.3～1.5倍時，防風(fēng)抑塵效果最佳。裝卸站臺儲煤高度一般為5 m左右，擋風(fēng)抑塵墻設(shè)置高度為7 m。

3 抑塵站設(shè)置

煤炭在列車運輸行進時也會產(chǎn)生煤塵的飄散。列車會車，曲線行駛、制動時，由于相對氣流的作用，煤塵會隨風(fēng)揚動，造成沿線環(huán)境的嚴(yán)重污染。而且列車運輸過程中煤炭粉塵飄散所造成的煤炭損失量也會造成煤炭資源的大量浪費，不利于節(jié)能環(huán)保。經(jīng)過測算，在山西地區(qū)現(xiàn)行貨運機車運行速度下，煤炭的平均損耗量為1%，一列5 000 t運煤列車的煤炭損失達到40 t左右。此外，對行車安全也有很大的隱患，列車會車時較大相對速度導(dǎo)致渦流卷起的煤塊造成列車損壞；列車在長大隧道內(nèi)行駛時，由于隧道內(nèi)空間狹小，隧道內(nèi)機械排風(fēng)不能完全使隧道內(nèi)煤塵懸浮物飄散，對隧道相關(guān)從業(yè)人員的身體健康危害極大；煤塵的飄散會附著在沿線鐵路設(shè)施設(shè)備上，如引起供電接觸網(wǎng)、絕緣子的短路和放電，煤灰粘附在信號燈上，影響信號顯示等情況，都給鐵路運輸安全帶來隱患[3]。對于運煤列車運輸作業(yè)過程中的煤塵飄散方法主要是設(shè)置抑塵站。列車裝車作業(yè)完畢，在裝煤列車煤層表面噴灑一定厚度的抑塵劑，使煤層表面形成以煤塊、小型煤粒和煤炭粉塵黏合在一起的直徑較大的固化層。 固化層相對穩(wěn)定[4]，可以很大程度減弱風(fēng)力影響，達到防止揚塵污染的效果。

抑塵站組成可分為三部分：抑塵劑配液、噴淋系統(tǒng)及抑塵站控制系統(tǒng)。圖2為抑塵站工作流程。

圖2 抑塵站工作流程

配液、噴淋系統(tǒng)主要包括攪拌罐、儲液罐、噴淋控制系統(tǒng)和噴淋裝置，利用管路、傳感器等相關(guān)元件實現(xiàn)外部噴淋的液體輸送。其工作原理是：把料劑加入攪拌罐與水混合并溶解，進入攪拌罐內(nèi)攪拌均勻后存貯至貯液罐內(nèi)。運煤列車出站經(jīng)過室外噴淋裝置進行抑塵劑噴淋。室外噴淋裝置分為龍門式、旋臂式及移動式。

控制系統(tǒng)主要包括總控制臺、總電源配電柜、主控制柜、攪拌控制箱，是相關(guān)工作人員啟動和控制噴淋系統(tǒng)工作的部分。確認(rèn)車頭通過后，啟動噴淋控制按鈕、打開儲液罐電動開關(guān)；確認(rèn)列車全部通過后，按下工頻泵停止按鈕。山西地區(qū)冬季較為寒冷，系統(tǒng)需設(shè)置自動回收系統(tǒng)收集管道中的液體，冬季操作系統(tǒng)時，需在噴淋工作即將完成時將防凍液注入至系統(tǒng)中或開啟管路電伴熱，防治管路堵塞。

4 結(jié)論

煤炭在站臺裝卸、堆放到運輸過程中，通過煤臺灑水栓、擋風(fēng)抑塵墻、抑塵噴淋系統(tǒng)的設(shè)置可以有效控制煤炭粉塵飄散對大氣的影響及污染的擴散，除此之外對節(jié)能環(huán)保及安全行車也發(fā)揮了巨大的作用。在多種環(huán)保措施中，灑水栓、擋風(fēng)抑塵墻及抑塵噴淋系統(tǒng)三種環(huán)保措施相結(jié)合，從投資、可操作性上都具有很大優(yōu)勢，運營期也能達到預(yù)期環(huán)保效果，該方法對煤炭礦區(qū)大規(guī)模開采環(huán)保治理有一定的借鑒作用。

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InvestigationonPreventionofContaminationFromCoalPlatformStorageandTransportationinShanxiProvince

YAO Xuan

2014-10-23

姚 軒(1984—)，男，工學(xué)碩士，工程師。

1672-7479(2014)06-0099-02

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