本發(fā)明涉及環(huán)境科學與工程領域的大氣顆粒物控制技術領域，特別是一種適用于露天煤炭堆場的pm2.5動態(tài)起塵量估算方法。
背景技術：
露天煤炭堆場pm2.5動態(tài)起塵發(fā)生在堆垛、取料和裝卸等多個作業(yè)環(huán)節(jié)，裝卸過程中粉塵顆粒處于運動狀態(tài)，這種狀態(tài)的塵源，沒有風力作用也會因為粉塵與空氣發(fā)生相對運動而起塵，稱為動態(tài)起塵。目前常用的煤炭堆場動態(tài)起塵量計算方法為2011年交通運輸部發(fā)布的《港口建設項目環(huán)境影響評價規(guī)范》(jts105-l-2011)中給出的起塵公式，是眾多研究人員采用風洞試驗、數(shù)學模擬等多種研究手段經(jīng)過多年探索、不斷修正得出的成果，在環(huán)境評價、粉塵總量控制等相關領域得到了廣泛應用，是經(jīng)驗數(shù)據(jù)和理論推導相結(jié)合得出的相對成熟的公式。公式形式如下：
式中：
q：作業(yè)量為y時的動態(tài)起塵量(kg)；
α：貨物類型起塵調(diào)節(jié)系數(shù)(精煤類取1.2，原煤類取0.8，水洗類取0.6)；
β：作業(yè)方式系數(shù)；
h：作業(yè)落差(m)；
ω2：水分作用系數(shù)，與散貨性質(zhì)有關，取0.40～0.45；
ω0：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，煤炭的ω0值取6％；
ω：含水率(％)；
y：作業(yè)量(t)；
ν2：作業(yè)起塵量達到最大起塵量50％時的風速(m/s)。
u：風速(m/s，多堆堆場表面風速取單堆的89％)。
隨著我國在環(huán)境治理方面重視程度的加強，pm2.5的污染問題越來越受到重視，對于露天煤炭堆場的起塵量計算也不僅僅局限在計算tsp的起塵量，也需計算pm2.5的起塵量，計算pm2.5的起塵量需分別計算其動態(tài)起塵量和靜態(tài)起塵量。但是現(xiàn)在還沒有針對露天煤炭堆場pm2.5動態(tài)起塵量的計算公式。
目前露天煤炭堆場pm2.5的動態(tài)起塵量的計算方法是利用上述起塵公式計算tsp動態(tài)起塵量以后，將tsp動態(tài)起塵量乘以該堆場堆垛表面煤炭中粒徑小于等于2.5微米的顆粒物(pm2.5)的含量與粒徑小于等于100微米的顆粒物(tsp)的含量的比值，作為該煤炭堆場pm2.5的動態(tài)起塵量。
該方法存在以下問題：大量的再懸浮試驗、風洞實驗和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在煤炭堆場進行裝卸、堆存作業(yè)時，pm2.5和tsp排放重量(epm2.5/tsp)比值與堆場堆垛表面煤炭中粒徑小于等于2.5微米的顆粒物(pm2.5)的含量與粒徑小于等于100微米的顆粒物(tsp)的含量的比值(apm2.5/tsp)存在一定的差異，說明利用現(xiàn)有煤炭動態(tài)起塵公式計算動態(tài)起塵量后再乘以apm2.5/tsp作為pm2.5動態(tài)起塵量的方法計算出的動態(tài)起塵量不夠準確。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種適用于露天煤炭堆場的pm2.5動態(tài)起塵量估算方法，采用該方法估算露天煤炭堆場的pm2.5動態(tài)起塵量，估算結(jié)果準確度較高。
本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種適用于露天煤炭堆場的pm2.5動態(tài)起塵量的估算方法，采用以下公式：
式中：
q：作業(yè)量為y時的動態(tài)起塵量(kg)；
α：貨物類型起塵調(diào)節(jié)系數(shù)；
apm2.5/tsp：該堆場堆垛表面煤炭中粒徑小于等于2.5微米的顆粒物的含量與粒徑小于等于100微米的顆粒物的含量的比值；
β：作業(yè)方式系數(shù)；
h：作業(yè)落差(m)；
ω2：水分作用系數(shù)，與散貨性質(zhì)有關，取0.40～0.45；
ω0：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，煤炭的ω0值取6％；
ω：含水率(％)；
y：作業(yè)量(t)；
ν2：作業(yè)起塵量達到最大起塵量50％時的風速(m/s)；
u：風速(m/s，多堆堆場表面風速取單堆的89％)。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：通過大量的再懸浮試驗、風洞實驗和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，合理地確定了露天煤炭堆場裝卸、堆存作業(yè)時產(chǎn)生的細顆粒物(pm2.5)占總懸浮顆粒物(tsp)的比例(epm2.5/tsp)約為堆場堆垛表面煤炭中粒徑小于等于2.5微米的顆粒物(pm2.5)的含量與粒徑小于等于100微米的顆粒物(tsp)的含量的比值(apm2.5/tsp)的2.3倍，因此將原起塵公式計算的動態(tài)起塵量乘以apm2.5/tsp的2.3倍作為pm2.5的動態(tài)起塵量，估算結(jié)果比現(xiàn)有技術準確。
附圖說明
圖1為裝卸機械作業(yè)狀態(tài)下煤炭顆粒物監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計圖；
圖2為筒倉內(nèi)部煤炭顆粒物現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計圖；
圖3為風洞實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖。
具體實施方式
為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：
結(jié)合背景技術中現(xiàn)有露天煤炭堆場pm2.5起塵量計算方法存在的缺陷，本發(fā)明進行了如下工作：
通過再懸浮實驗、風洞試驗和實際監(jiān)測數(shù)據(jù)確定露天煤炭堆場裝卸、堆存作業(yè)時產(chǎn)生的細顆粒物(pm2.5)占總懸浮顆粒物(tsp)的比例(epm2.5/tsp)。
1)采集某露天煤堆場動態(tài)起塵環(huán)節(jié)的樣品進行粒徑篩分，獲得該樣品中粒徑小于等于2.5微米的顆粒物(pm2.5)的含量與粒徑小于等于100微米的顆粒物(tsp)的含量的比值(apm2.5/tsp)，對該樣品進行再懸浮實驗，統(tǒng)計pm2.5和tsp的排放重量比(e再懸浮pm2.5/tsp)，發(fā)現(xiàn)e再懸浮pm2.5/tsp/apm2.5/tsp的值在1.4～2.38之間，均值為2.02，請參見表1。通過再懸浮實驗數(shù)據(jù)推測煤堆場發(fā)生動態(tài)起塵時，產(chǎn)生的pm2.5占tsp的比例(epm2.5/tsp)可能為apm2.5/tsp的2倍左右。
表1
2)在多個港口煤炭堆場的堆取料機、裝船機、翻車機等動態(tài)起塵的污染源處以及煤炭筒倉內(nèi)部開展了tsp和pm2.5的同步監(jiān)測，堆場中煤炭的apm2.5/tsp在2.2％～27.4％之間，多數(shù)位于12％～16％之間。
監(jiān)測期間獲得的煤炭港口機械作業(yè)狀態(tài)下pm2.5和tsp排放監(jiān)測濃度比值的范圍為11.8％～70.8％，均值為43.5％；pm2.5監(jiān)測濃度平均值與tsp監(jiān)測濃度平均值的比值為25.8％。pm2.5和tsp排放重量比(e堆場作業(yè)pm2.5/tsp)主要分布在30％～70％之間，平均值為45.7％，請參見圖1。采集樣品中的pm2.5和tsp大部分來自堆場煤炭裝卸作業(yè)動態(tài)起塵，同時也受堆場靜態(tài)起塵和該區(qū)域其他污染源(港口機械廢氣為主)貢獻的pm2.5和tsp的影響，由于港口機械廢氣pm2.5的比重較大，因此監(jiān)測到的pm2.5和tsp排放重量(e堆場作業(yè)pm2.5/tsp)比實際動態(tài)起塵中的epm2.5/tsp大，epm2.5/tsp達不到apm2.5/tsp的3倍。
3)煤炭筒倉采集樣品中的pm2.5和tsp大部分來自筒倉內(nèi)部的煤炭作業(yè)起塵，其pm2.5和tsp排放重量(e筒倉pm2.5/tsp)較為接近實際動態(tài)起塵中的epm2.5/tsp，因此選擇對煤炭筒倉內(nèi)部監(jiān)測。監(jiān)測期間獲得的煤炭筒倉內(nèi)部pm2.5監(jiān)測濃度平均值與tsp監(jiān)測濃度平均值的比值為24.2％。pm2.5和tsp排放重量比(e筒倉pm2.5/tsp)的主要分布在17％～30％之間，平均值為23.1％，請參見圖2。對筒倉的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明了e筒倉pm2.5/tsp約為apm2.5/tsp的兩倍左右。
4)采用風洞實驗模擬露天煤炭堆場動態(tài)起塵，設定風速3m/s，4m/s，5m/s，6m/s，7m/s，8m/s，獲得pm2.5和tsp排放重量比(e風洞pm2.5/tsp)。請參見圖3。
風洞實驗獲取的數(shù)據(jù)中，當風速越大，起塵量越大，誤差則越小，風速達到6m/s后，e風洞pm2.5/tsp/apm2.5/tsp的值越來越趨近于2.3，可以認為，pm2.5起塵量在tsp的起塵量中的比例(epm2.5/tsp)約為堆場堆存的煤炭中細顆粒物(pm2.5)占總懸浮顆粒物(tsp)的比例之間的關系(apm2.5/tsp)的2.3倍。
因此，本發(fā)明采用以下步驟計算露天煤炭堆場的pm2.5動態(tài)起塵量：
1)通過粒徑篩分試驗或查閱資料獲取該堆場堆垛表面煤炭中粒徑小于等于2.5微米的顆粒物(pm2.5)的含量與粒徑小于等于100微米的顆粒物(tsp)的含量的比值apm2.5/tsp；然后根據(jù)堆場所在地的氣象資料獲得風速資料。
2)采用以下公式計算該堆場在作業(yè)量為y時產(chǎn)生pm2.5動態(tài)起塵量q：
式中：
q：作業(yè)量為y時的動態(tài)起塵量(kg)；
apm2.5/tsp：該堆場堆垛表面煤炭中粒徑小于等于2.5微米的顆粒物(pm2.5)的含量與粒徑小于等于100微米的顆粒物(tsp)的含量的比值；
α：貨物類型起塵調(diào)節(jié)系數(shù)(精煤類取1.2，原煤類取0.8，水洗類取0.6)；
β：作業(yè)方式系數(shù)；
h：作業(yè)落差(m)；
ω2：水分作用系數(shù)，與散貨性質(zhì)有關，取0.40～0.45；
ω0：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，煤炭的ω0值取6％；
ω：含水率(％)；
y：作業(yè)量(t)；
ν2：作業(yè)起塵量達到最大起塵量50％時的風速(m/s)；
u：風速(m/s，多堆堆場表面風速取單堆的89％)。
本發(fā)明的應用實例：
選用某專業(yè)煤炭運輸港區(qū)內(nèi)的露天煤炭堆場為分析實例，對本發(fā)明的pm2.5動態(tài)起塵量估算方法作進一步說明。該煤炭堆場配備2臺堆料機，額定堆料能力q＝9000t/h；2臺取料機，額定取料能力q＝6000t/h；3臺橋式抓斗卸船機，單機額定能力q＝3000t/h；1臺移動式裝船機，額定能力q＝6000t/h；1臺移動式裝車機，額定能力q＝4000t/h。假設在某1小時中，上述所有機械都在滿負荷工作，此時堆場內(nèi)風速為3m/s，煤炭含水率為8％，計算該煤炭堆場這1小時的pm2.5動態(tài)起塵量。
1.1)通過進行篩分實驗獲取該堆場堆垛表面煤炭中pm2.5的含量與tsp的含量的比值apm2.5/tsp＝0.14；
1.2)采用步驟2)計算1小時產(chǎn)生的pm2.5動態(tài)起塵量，請參見表2。
表2
盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍的情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
技術特征：
技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于露天煤炭堆場的PM2.5動態(tài)起塵量的估算方法，采用以下公式：式中：Q：動態(tài)起塵量(kg)；α：貨物類型起塵調(diào)節(jié)系數(shù)；APM2.5/TSP：該堆場堆垛表面煤炭中粒徑小于等于2.5微米的顆粒物的含量與粒徑小于等于100微米的顆粒物的含量的比值；β：作業(yè)方式系數(shù)；H：作業(yè)落差；ω2：水分作用系數(shù)，與散貨性質(zhì)有關，取0.40～0.45；ω0：水分作用效果的臨界值，與散貨性質(zhì)有關，煤炭的ω0值取6％；ω：含水率；Y：作業(yè)量；ν2：作業(yè)起塵量達到最大起塵量50％時的風速；U：風速。采用本發(fā)明估算露天煤炭堆場的PM2.5動態(tài)起塵量，結(jié)果準確度較高。
技術研發(fā)人員：劉長兵;林宇;吳世紅;楊瑩;侯瑞;許剛;李美玲;李東昌;王志明;姚海博
受保護的技術使用者：交通運輸部天津水運工程科學研究所;天科院環(huán)境科技發(fā)展（天津）有限公司
技術研發(fā)日：2017.09.13
技術公布日：2017.12.12
聲明：
“適用于露天煤炭堆場的PM2.5動態(tài)起塵量的估算方法與流程” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
996
編輯：中冶有色技術網(wǎng)
來源：交通運輸部天津水運工程科學研究所;天科院環(huán)境科技發(fā)展（天津）有限公司
分享 0
舉報 0
收藏 0
反對 0
點贊 0
2025年03月21日 ~ 23日 
