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為作業起塵量,kg；β為作業方式系數，裝堆(船)時，β=1，取料時，β=2；H為作業落差,m；ω2為水分作用系數，與散貨性質有關，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，與散貨性質有關，煤炭的w0值取6%，礦石的w0值取5%；w為含水率,%；Y為作業量,t；ν2為作業起塵量達到最大起塵量50%時的風速,m/s。

2 討論公式中參數的取用

2.1 風速U取值方式

目前，計算干散貨碼頭裝卸起塵量時，風速U有不同的取值方式：

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

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

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

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

2.2 面源小時源強和總排放量

按照風速U的不同取值方法，排放量計算方法可分為：

(1)首先取各風速段的平均值，計算各風速段下的排放量，再按各風速段的風頻，進行加權求和獲得全年總排放量，總排放量除以作業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小時數及風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鍵是單位時間作業量的確定。

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化碼頭常采用的堆場取卸料設備，選購設備時已能通過設備型號確定設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用于非專業化碼頭的裝卸料過程，而其裝卸效率無法通過查閱設備單臺效率獲得，通過現場調研得知，裝載機和自卸汽車在運輸過程中產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生的揚塵量較大，因此核算單位時間作業效率時應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；而目前有環評工作者直接按照總裝載量除以堆場機械設備使用時間計算裝卸效率，則人為降低了源強計算結果。

目前應用比較廣泛的碼頭裝卸船設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區揚塵量，國內部分港口引進環保性更強的螺旋式卸船機、鏈斗式卸船機等，各設備的單臺裝船或卸船效率可根據設備型號確定，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，則會導致源強計算結果偏低。

3 計算方法與示例

應用《規范》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。卸船設備采用2臺橋式抓斗卸船機，單臺生產能力2 500 t/h，裝船采用2臺移動式裝船機，單臺生產能力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；防風網綜合風速遮蔽效率按照20%計。取當地2014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時間得到小時源強)和計算方法二(首先計算全年逐時風速下對應源強，再乘以作業時間及風速段頻率后累加得到年總排放量)對裝卸動態起塵進行計算。

3.1 《規范》公式計算方法一計算流程及結果

經分析，裝卸動態起塵源主要來自裝船、卸船、堆場堆取料作業，其中裝卸船年作業總量為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)中的起塵調節系數α取1.2(精煤類)，作業方式系數裝卸船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。將全年逐時風速劃分成10個區間，每個區間的等效風速取該區間風速的平均值，每個區間的風速全年出現概率取該區間風速頻率累加值。將各區間的等效風速帶入公式(1)，分別得到各風速區間對應的裝、卸船及堆取料過程的Q值，再將各區間的Q值乘以風速段頻率后，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 全年不同風速區間裝卸起塵量計算一覽表

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

表2 各風速段動態源強變化排放率表

3.2 《規范》公式計算方法二計算流程及結果

分別將裝船、卸船、堆場堆取料單臺設備按照作業效率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。將全年逐時風速帶入公式(1)，分別求得全年逐時風速下對應的裝船、卸船、堆取料單臺設備Q數值，代入AERMOD模型系統即可進行大氣顆粒物污染影響預測。再將單臺設備逐時速率源強乘以裝卸設備臺數及全年作業小時數后，乘以風速段頻率1/8 760后累加得到全年動態起塵量，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起塵源強計算結果(圖1)，發現兩種計算方法均考慮了風頻率的影響，計算結果無明顯差異。

圖1 不同計算方法下動態起塵量計算結果對比圖

4 結束語

目前常用的兩種干散貨碼頭裝卸起塵量計算方法包括：首先取各風速段的平均值，對不同風速段計算結果進行風頻加權累加獲得全年的排放量，再將總排放量除以作業時間得到小時源強；或者，首先計算逐時源強，再將逐時排放量乘以全年作業小時數及風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果無明顯差異。影響這兩種方法計算準確的關鍵是單位時間作業量的確定，對于專業化碼頭裝卸量根據裝卸船機、斗輪堆取料機作業效率確定，非專業化碼頭通過核算單位裝卸時間下設備裝載量確定。