一种适用于露天煤炭堆场的PM2.5动态起尘量的估算方法与流程

本发明涉及环境科学与工程领域的大气颗粒物控制技术领域，特别是一种适用于露天煤炭堆场的pm2.5动态起尘量估算方法。

背景技术：

露天煤炭堆场pm2.5动态起尘发生在堆垛、取料和装卸等多个作业环节，装卸过程中粉尘颗粒处于运动状态，这种状态的尘源，没有风力作用也会因为粉尘与空气发生相对运动而起尘，称为动态起尘。目前常用的煤炭堆场动态起尘量计算方法为2011年交通运输部发布的《港口建设项目环境影响评价规范》(jts105-l-2011)中给出的起尘公式，是众多研究人员采用风洞试验、数学模拟等多种研究手段经过多年探索、不断修正得出的成果，在环境评价、粉尘总量控制等相关领域得到了广泛应用，是经验数据和理论推导相结合得出的相对成熟的公式。公式形式如下：

式中：

q：作业量为y时的动态起尘量(kg)；

α：货物类型起尘调节系数(精煤类取1.2，原煤类取0.8，水洗类取0.6)；

β：作业方式系数；

h：作业落差(m)；

ω2：水分作用系数，与散货性质有关，取0.40～0.45；

ω0：水分作用效果的临界值，即含水率高于此值时水分作用效果增加不明显，与散货性质有关，煤炭的ω0值取6％；

ω：含水率(％)；

y：作业量(t)；

ν2：作业起尘量达到最大起尘量50％时的风速(m/s)。

u：风速(m/s，多堆堆场表面风速取单堆的89％)。

随着我国在环境治理方面重视程度的加强，pm2.5的污染问题越来越受到重视，对于露天煤炭堆场的起尘量计算也不仅仅局限在计算tsp的起尘量，也需计算pm2.5的起尘量，计算pm2.5的起尘量需分别计算其动态起尘量和静态起尘量。但是现在还没有针对露天煤炭堆场pm2.5动态起尘量的计算公式。

目前露天煤炭堆场pm2.5的动态起尘量的计算方法是利用上述起尘公式计算tsp动态起尘量以后，将tsp动态起尘量乘以该堆场堆垛表面煤炭中粒径小于等于2.5微米的颗粒物(pm2.5)的含量与粒径小于等于100微米的颗粒物(tsp)的含量的比值，作为该煤炭堆场pm2.5的动态起尘量。

该方法存在以下问题：大量的再悬浮试验、风洞实验和现场监测数据表明，在煤炭堆场进行装卸、堆存作业时，pm2.5和tsp排放重量(epm2.5/tsp)比值与堆场堆垛表面煤炭中粒径小于等于2.5微米的颗粒物(pm2.5)的含量与粒径小于等于100微米的颗粒物(tsp)的含量的比值(apm2.5/tsp)存在一定的差异，说明利用现有煤炭动态起尘公式计算动态起尘量后再乘以apm2.5/tsp作为pm2.5动态起尘量的方法计算出的动态起尘量不够准确。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种适用于露天煤炭堆场的pm2.5动态起尘量估算方法，采用该方法估算露天煤炭堆场的pm2.5动态起尘量，估算结果准确度较高。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种适用于露天煤炭堆场的pm2.5动态起尘量的估算方法，采用以下公式：

式中：

q：作业量为y时的动态起尘量(kg)；

α：货物类型起尘调节系数；

apm2.5/tsp：该堆场堆垛表面煤炭中粒径小于等于2.5微米的颗粒物的含量与粒径小于等于100微米的颗粒物的含量的比值；

β：作业方式系数；

h：作业落差(m)；

ω2：水分作用系数，与散货性质有关，取0.40～0.45；

ω0：水分作用效果的临界值，即含水率高于此值时水分作用效果增加不明显，与散货性质有关，煤炭的ω0值取6％；

ω：含水率(％)；

y：作业量(t)；

ν2：作业起尘量达到最大起尘量50％时的风速(m/s)；

u：风速(m/s，多堆堆场表面风速取单堆的89％)。

本发明具有的优点和积极效果是：通过大量的再悬浮试验、风洞实验和现场监测数据，合理地确定了露天煤炭堆场装卸、堆存作业时产生的细颗粒物(pm2.5)占总悬浮颗粒物(tsp)的比例(epm2.5/tsp)约为堆场堆垛表面煤炭中粒径小于等于2.5微米的颗粒物(pm2.5)的含量与粒径小于等于100微米的颗粒物(tsp)的含量的比值(apm2.5/tsp)的2.3倍，因此将原起尘公式计算的动态起尘量乘以apm2.5/tsp的2.3倍作为pm2.5的动态起尘量，估算结果比现有技术准确。

附图说明

图1为装卸机械作业状态下煤炭颗粒物监测结果统计图；

图2为筒仓内部煤炭颗粒物现状监测结果统计图；

图3为风洞实验数据统计图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

结合背景技术中现有露天煤炭堆场pm2.5起尘量计算方法存在的缺陷，本发明进行了如下工作：

通过再悬浮实验、风洞试验和实际监测数据确定露天煤炭堆场装卸、堆存作业时产生的细颗粒物(pm2.5)占总悬浮颗粒物(tsp)的比例(epm2.5/tsp)。

1)采集某露天煤堆场动态起尘环节的样品进行粒径筛分，获得该样品中粒径小于等于2.5微米的颗粒物(pm2.5)的含量与粒径小于等于100微米的颗粒物(tsp)的含量的比值(apm2.5/tsp)，对该样品进行再悬浮实验，统计pm2.5和tsp的排放重量比(e再悬浮pm2.5/tsp)，发现e再悬浮pm2.5/tsp/apm2.5/tsp的值在1.4～2.38之间，均值为2.02，请参见表1。通过再悬浮实验数据推测煤堆场发生动态起尘时，产生的pm2.5占tsp的比例(epm2.5/tsp)可能为apm2.5/tsp的2倍左右。

表1

2)在多个港口煤炭堆场的堆取料机、装船机、翻车机等动态起尘的污染源处以及煤炭筒仓内部开展了tsp和pm2.5的同步监测，堆场中煤炭的apm2.5/tsp在2.2％～27.4％之间，多数位于12％～16％之间。

监测期间获得的煤炭港口机械作业状态下pm2.5和tsp排放监测浓度比值的范围为11.8％～70.8％，均值为43.5％；pm2.5监测浓度平均值与tsp监测浓度平均值的比值为25.8％。pm2.5和tsp排放重量比(e堆场作业pm2.5/tsp)主要分布在30％～70％之间，平均值为45.7％，请参见图1。采集样品中的pm2.5和tsp大部分来自堆场煤炭装卸作业动态起尘，同时也受堆场静态起尘和该区域其他污染源(港口机械废气为主)贡献的pm2.5和tsp的影响，由于港口机械废气pm2.5的比重较大，因此监测到的pm2.5和tsp排放重量(e堆场作业pm2.5/tsp)比实际动态起尘中的epm2.5/tsp大，epm2.5/tsp达不到apm2.5/tsp的3倍。

3)煤炭筒仓采集样品中的pm2.5和tsp大部分来自筒仓内部的煤炭作业起尘，其pm2.5和tsp排放重量(e筒仓pm2.5/tsp)较为接近实际动态起尘中的epm2.5/tsp，因此选择对煤炭筒仓内部监测。监测期间获得的煤炭筒仓内部pm2.5监测浓度平均值与tsp监测浓度平均值的比值为24.2％。pm2.5和tsp排放重量比(e筒仓pm2.5/tsp)的主要分布在17％～30％之间，平均值为23.1％，请参见图2。对筒仓的监测数据表明了e筒仓pm2.5/tsp约为apm2.5/tsp的两倍左右。

4)采用风洞实验模拟露天煤炭堆场动态起尘，设定风速3m/s，4m/s，5m/s，6m/s，7m/s，8m/s，获得pm2.5和tsp排放重量比(e风洞pm2.5/tsp)。请参见图3。

风洞实验获取的数据中，当风速越大，起尘量越大，误差则越小，风速达到6m/s后，e风洞pm2.5/tsp/apm2.5/tsp的值越来越趋近于2.3，可以认为，pm2.5起尘量在tsp的起尘量中的比例(epm2.5/tsp)约为堆场堆存的煤炭中细颗粒物(pm2.5)占总悬浮颗粒物(tsp)的比例之间的关系(apm2.5/tsp)的2.3倍。

因此，本发明采用以下步骤计算露天煤炭堆场的pm2.5动态起尘量：

1)通过粒径筛分试验或查阅资料获取该堆场堆垛表面煤炭中粒径小于等于2.5微米的颗粒物(pm2.5)的含量与粒径小于等于100微米的颗粒物(tsp)的含量的比值apm2.5/tsp；然后根据堆场所在地的气象资料获得风速资料。

2)采用以下公式计算该堆场在作业量为y时产生pm2.5动态起尘量q：

式中：

q：作业量为y时的动态起尘量(kg)；

apm2.5/tsp：该堆场堆垛表面煤炭中粒径小于等于2.5微米的颗粒物(pm2.5)的含量与粒径小于等于100微米的颗粒物(tsp)的含量的比值；

α：货物类型起尘调节系数(精煤类取1.2，原煤类取0.8，水洗类取0.6)；

β：作业方式系数；

h：作业落差(m)；

ω2：水分作用系数，与散货性质有关，取0.40～0.45；

ω0：水分作用效果的临界值，即含水率高于此值时水分作用效果增加不明显，与散货性质有关，煤炭的ω0值取6％；

ω：含水率(％)；

y：作业量(t)；

ν2：作业起尘量达到最大起尘量50％时的风速(m/s)；

u：风速(m/s，多堆堆场表面风速取单堆的89％)。

本发明的应用实例：

选用某专业煤炭运输港区内的露天煤炭堆场为分析实例，对本发明的pm2.5动态起尘量估算方法作进一步说明。该煤炭堆场配备2台堆料机，额定堆料能力q＝9000t/h；2台取料机，额定取料能力q＝6000t/h；3台桥式抓斗卸船机，单机额定能力q＝3000t/h；1台移动式装船机，额定能力q＝6000t/h；1台移动式装车机，额定能力q＝4000t/h。假设在某1小时中，上述所有机械都在满负荷工作，此时堆场内风速为3m/s，煤炭含水率为8％，计算该煤炭堆场这1小时的pm2.5动态起尘量。

1.1)通过进行筛分实验获取该堆场堆垛表面煤炭中pm2.5的含量与tsp的含量的比值apm2.5/tsp＝0.14；

1.2)采用步骤2)计算1小时产生的pm2.5动态起尘量，请参见表2。

表2

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。