煤炭運輸抑塵技術的研究

高 澤，戈 濤

（1.國能銷售集團華北能源貿易有限公司，北京 100045；2.國家能源集團華東能源有限公司浙江辦事處，浙江 杭州 310015）

0 引言

我國內煤炭資源分布并不均勻，要想保證各地區均擁有充足的煤炭資源，關鍵是要對其進行運輸。由于多數運煤列車并未配備相應的遮蓋篷布，在運輸煤炭期間極易受到外界因素影響，進而產生揚塵，給現場人員及周圍環境帶來不良影響。由此可見，圍繞如何有效抑制煤炭揚塵展開討論很有必要，只有根據揚塵問題成因和特征，制定具有針對性的抑塵方案，才能使粉塵得到有力控制，在保證現場人員安全的前提下，將煤炭運輸對環境造成的影響降至最低。

1 煤炭揚塵的影響

1.1 浪費資源

一般情況下，運輸煤炭的損失量為1.0%/t～1.2%/t，在風蝕影響下，運輸期間煤炭損失量能夠達到2.0%/t以上[1]。

1.2 污染環境

在制動、會車或曲線行駛的過程中，運輸車均會受到相對氣流的影響，進而產生揚塵，給周圍環境造成嚴重污染。揚塵會影響鐵路人員、隧道內人員和車廂內人員的健康，導致鐵路客運質量下降。

1.3 威脅車輛安全

首先，車輛會車期間，受到相對速度的影響，將形成明顯的渦流，導致煤塊飛落，甚至會擊碎會車旅客列車的車窗玻璃，給車內旅客的安全造成威脅[2]。其次，通過隧道時，由于隧道內空間有限，極易出現煤塵懸浮在空氣中的情況，進而影響隧道內人員的健康。最后，揚塵有一定概率黏附在列車底部的設備表面，使列車出現異常或短路，另外，揚塵黏附在交通信號燈上，將會影響司機對信號燈的判斷，事故發生率也因此上升。

2 抑塵技術介紹

運輸煤炭期間，運輸車輛極易受到風力、顛簸作用的影響，進而產生大量揚塵，揚塵不僅會提高交通事故發生率，還會給人們健康和自然環境造成不可逆的影響。現階段，實證有效的抑塵手段主要包括以下 4 種。

2.1 覆蓋抑塵

國內煤炭運輸車輛普遍通過覆蓋篷布或是防塵網的方式，對揚塵進行抑制。隨著研究的深入，更多抑塵技術被研發出來，該方法也逐漸被淘汰，而該方法被淘汰的原因，主要可被歸納為以下3 點：①覆蓋抑塵需要投入大量精力與時間；②一旦運輸期間出現物料破損的問題，就會導致抑塵成本大幅增加；③不適配自動裝卸系統。

2.2 灑水抑塵

灑水抑塵該方法可用于任一起塵點，在一定程度上抑制揚塵。但同樣存在較為明顯的缺陷，具體表現在兩個方面：①該方法需要消耗大量電能和水資源，無法被用于資源稀缺的城市或地區；②水在蒸發過程中會帶走煤炭原有水分，導致煤炭濕度快速下降。由此可見，該方法更適合臨時抑塵，在長距離抑塵方面所能發揮作用十分有限。灑水抑塵如圖1 所示。

圖1 灑水抑塵

2.3 噴灑抑塵劑

抑塵劑的優點主要是不需要增設篷布，既節約了物料，還避免了裝卸系統受到干擾。現階段，噴灑抑塵劑的方法已得到廣泛運用，但也暴露了其存在的不足，即：可直接噴灑的液態抑塵劑的體積偏大，不便于運輸；體積較小的固態抑塵劑，要先配備成溶液才能使用。為解決固態抑塵劑使用步驟煩瑣的問題，有關人員決定開發自動配備并噴灑抑塵劑的系統，在保證抑塵效果的同時，最大限度節約該項工作所投入的人力資源。抑塵劑抑塵如圖2 所示。

圖2 抑塵劑抑塵

2.4 全封閉運輸

全封閉運輸強調將煤炭、空氣完全隔離，正常情況下，均不會出現揚塵情況。但該方法和自動裝卸系統間存在著難以解決的矛盾，尚不具備大范圍推廣的條件。

3 煤炭抑塵技術探究

無論是開采煤炭、運輸煤炭，還是在存儲煤炭的過程中，均會形成大量揚塵，導致現場人員的健康及周邊環境受到影響，對抑塵技術進行開發勢在必行。

3.1 使用抑塵劑

如果將抑塵原理作為劃分依據，可將現有抑塵劑劃分成以下4 類：①凝聚抑塵劑，成分以吸濕劑為主，能夠吸收空氣所含水分并將其作用于煤炭，確保煤炭始終保持著相對濕潤的狀態，從而達到抑塵的效果。②黏結抑塵劑，成分以高分子化合物為主。③潤濕抑塵劑，制備該類抑塵劑的原料為吸濕劑、活性劑，其中，吸濕劑負責吸收水分，活性劑負責吸附揚塵。④復合抑塵劑，目前，該類抑塵劑的使用頻率最高，這主要是因為該類抑塵劑在成膜性、水溶性還有穩定性等方面，均有較上述抑塵劑更加突出的表現[3]。

作為能夠自然分解的黏合劑，抑塵劑應滿足不會污染環境、不會散發出刺激性氣味、不會給煤炭質量產生影響等要求，接觸煤炭顆粒后，可形成強度較強且厚度在1 cm 左右的固化層，在不施加超出其所能承受范圍的作用力的前提下，該固化層能夠抵抗100 km/h 的風蝕，另外，將其置于-40 ℃～+40 ℃的環境下，固化層可存在約15 d，在此期間均能夠發揮出抑塵的作用[4]。抑塵劑的影響指標如表1 所示，抑塵劑的性能指標如表2 所示，抑塵劑的技術指標如表3所示。

表1 抑塵劑的影響指標

表2 抑塵劑的性能指標

表3 抑塵劑的技術指標

3.1.1 原料

制備復合抑塵劑需要用到3 類原料：①工業級成膜劑；②工業級吸濕劑；③工業級濕潤劑。另外，還要提前準備攪拌槳、攪拌器還有恒溫水浴等設備。

3.1.2 制備過程

先向水中加入適量成膜劑，通過水浴的方式，將溶液溫度提高到80 ℃，連續攪拌10 min 左右，成膜劑完全溶解再加入吸濕劑和濕潤劑，快速攪拌30 min左右，待溶液冷卻到室溫，便可獲得性能突出的復合抑塵劑。

3.1.3 使用方法

將抑塵劑噴灑在煤炭表面，保證噴灑量達到1.5 L/m2以上，抑塵劑接觸煤炭顆粒后，將形成厚度在1 cm 左右的固化層，達到抑塵的效果。

3.1.4 抑塵效果

日前，有關人員對按照上述方法制備抑塵劑的效果進行了試驗，隨機選擇兩節運煤車廂均提前噴灑100 kg 的抑塵劑，運輸車行駛過程中，先后經過多個橋梁及隧道，外界溫度最低為-25 ℃，最高能夠達到+30 ℃。試驗結果表明，煤炭表面所形成固化層雖然出現了一定的沉降，但整體較為完整，且抗壓強度、韌性良好。其他車廂均被風蝕作用影響，煤層高度下降明顯，各節車廂平均損失煤炭達到185 kg。

3.2 開發抑塵系統

3.2.1 制備系統

制備系統的構成相對復雜，主要有提升水泵、加料機和攪拌罐等部分。抑塵劑的原料包括成膜劑、吸濕劑還有濕潤劑，通常需要按照一定比例將其配制成溶液（溶液濃度以1%為最佳），才能通過噴灑的方式達到抑塵的效果。配備溶液的步驟如下：先將攪拌機運行參數設定為7 m3/h，將減速電機運行參數設定為40 Hz，再按照100 kg/h 的比例投入抑塵劑原料，抑塵劑初步溶于水后，將溶液轉移到攪拌罐內，開啟電機進行為期60 min 的強力攪拌，將不存在沉淀及懸浮物的溶液盡數運往儲液罐內備用。該系統的價值主要體現在3 個方面：①可自動配備抑塵所需溶液，保證溶液質量符合要求；②可以實時監測溶液溫度、濃度等參數；③可經由互聯網、計算機對制備系統進行控制，同時對制備期間各項數據進行存儲，供其他人員參考。

3.2.2 噴灑系統

噴灑系統包括噴灑泵、電磁閥和儲液罐等部分。開啟噴灑泵、電磁閥后，由噴灑泵向抑塵劑施加一定作用力，確保預制抑塵劑能夠到達噴灑裝置內，經由噴灑裝置噴出，達到抑塵的效果。

3.2.3 自控系統

自控系統的核心構件為計算機，開發期間需要用到智控技術、變頻技術，可被用來對滾筒位置、噴灑流量/壓力和電磁閥啟閉狀態進行控制，真正做到以電機、噴灑泵以及電磁閥運行情況為依據，對各項參數進行調節，確保噴灑系統長期處于穩定且高效的運行狀態，實現節能降耗。該系統整合了多個變量，其中，輸入量包括噴灑壓力、流量和車輛位置信號，輸出量包括噴灑黏度、壓力及流量，可根據運煤車輛位置、行駛速度決定是否開啟噴灑系統，同時以現場情況為依據，調整擺臂位置，使噴灑壓力趨于穩定。

3.2.4 清洗系統

清洗系統可被拆分成回流管路、過濾設備和清洗罐等部分。待噴灑作業告一段落，先關閉電磁閥，再開啟噴灑泵和清洗罐上方所設置閥門，依托噴灑泵所施加作用力，將清洗液注入噴灑裝置內，確保管路、噴灑裝置可得到全面清洗。清洗所產生殘液，則要經由回流管路、過濾設備運回清洗罐內，供下一次清洗使用[5]。在溫度較低的冬季，應改用防凍液進行清洗作業，保證清洗效果能夠達到預期。

3.3 建設抑塵站

對運煤鐵路進行改擴建期間，抑塵站需要做到規劃、設計、施工、驗收、投運5個同步。有關人員應以現有抑塵站作為基礎，結合運輸組織所發生變化，對抑塵站布局進行調整或升級，如果條件允許，還可以在線路重要節點附近新建抑塵站，確保抑塵站能夠覆蓋指定范圍內的數個裝車點。建設抑塵站期間，應做到以下6 點要求：①在恰當位置增設測速裝置、監控設備。②在保留噴灑設備既有功能的前提下，新增鉤檔停噴相關功能。③在清水罐和儲液罐表面涂刷藍漆，明確標出罐內實際容積，同時安裝液位計。④在攪拌罐內部均勻涂刷防腐漆，延長攪拌罐使用壽命。⑤各膠體磨均有防塵裝置對應。⑥噴灑車內需要增設定位系統、監控設備。

4 結語

綜上所述，要想使煤炭揚塵問題得到有效解決，關鍵是要以該問題的成因和特征為依據，確定可起到抑制效果的抑制劑類型，結合實踐所積累經驗，對抑塵設備、自動系統進行升級，同時建立長效保障機制。事實證明，只有做到多管齊下，才能使抑塵工作取得理想成效，并為運煤行業穩定且快速的發展奠定基礎。