干散货码头装卸起尘量计算方法研究

季雪元， 周 芳

(交通运输部水运科学研究所，北京 100088)

1 干散货码头大气颗粒物源强公式

Q=αβHeω2(w0-w)Y/[1+e0.25(v2-U)]

(1)

式中：Q为作业起尘量,kg；β为作业方式系数，装堆(船)时，β=1，取料时，β=2；H为作业落差,m；ω2为水分作用系数，与散货性质有关，取0.40～0.45；w0为水分作用效果的临 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w0值取6%，矿石的w0值取5%；w为含水率,%；Y为作业量,t；ν2为作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速,m/s。

2 讨论公式中参数的取用

2.1 风速U取值方式

目前，计算干散货码头装卸起尘量时，风速U有不同的取值方式：

(1)取多年风速的平均值，即将多年风速的平均值代入公式直接计算全年总排放量；

(2)取各风速段的平均值，计算各风速段下的排放量，再按各风速段的风频，进行加权求和获得全年总排放量；

(3)使用逐时风速与小时作业量进行计算，再将逐时源强乘以风速段频率及全年作业小时数后，累加获得全年总排放量。

方式(1)忽略了风速频率对扬尘量的影响；方式(2)和方式(3)考虑了风频率的影响，增强了风速在起尘量计算中的作用，计算结果更加准确。

2.2 面源小时源强和总排放量

按照风速U的不同取值方法，排放量计算方法可分为：

(1)首先取各风速段的平均值，计算各风速段下的排放量，再按各风速段的风频，进行加权求和获得全年总排放量，总排放量除以作业时间即可得到小时源强(见公式2至公式4)；

(2)首先计算逐时源强，再将逐时排放量乘以全年作业小时数及风速段频率后累加得到年总排放量(见公式5、公式6)。影响这两种方法计算准确的关键是单位时间作业量的确定。

Q总(kg/a)=αβHyew2(w0-w)/[1+e0.25(v2-u)]

(2)

(3)

Q小时(kg/h)=Q2(kg/a)/T

(4)

Q小时(kg/h)=αβHyeω2(w0-w)/[1+e0.25(v2-U)]

(5)

(6)

堆场常采用的装卸设备包括斗轮堆取料机、装载机、自卸汽车等。斗轮堆取料机是专业化码头常采用的堆场取卸料设备，选购设备时已能通过设备型号确定设备的单台取料或者卸料效率，计算时直接用单台效率进行换算即可；装载机和自卸汽车被广泛应用于非专业化码头的装卸料过程，而其装卸效率无法通过查阅设备单台效率获得，通过现场调研得知，装载机和自卸汽车在运输过程中产生的扬尘量较小基本可忽略，主要为装载机装车、自卸汽车卸车过程中产生的扬尘量较大，因此核算单位时间作业效率时应该分别按照装载机料斗装载量除以卸载时间计算，自卸汽车按照车厢装载量除以卸载时间获得；而目前有环评工作者直接按照总装载量除以堆场机械设备使用时间计算装卸效率，则人为降低了源强计算结果。

目前应用比较广泛的码头装卸船设备包括桥式抓斗卸船机、门座起重机等，为进一步降低码头作业区扬尘量，国内部分港口引进环保性更强的螺旋式卸船机、链斗式卸船机等，各设备的单台装船或卸船效率可根据设备型号确定，计算时直接用单台效率进行换算即可。而目前部分环评工作者按照总吞吐量除以码头运行时间来计算单位时间装卸船量，则会导致源强计算结果偏低。

3 计算方法与示例

应用《规范》推荐公式对宁波某煤炭码头堆场堆取料及码头前沿装卸船TSP动态起尘量进行估算。该煤炭码头年吞吐量为1 330万t/a，均为水路运输，工程包括1个15万吨级卸船泊位、1个5万吨级装船泊位。卸船设备采用2台桥式抓斗卸船机，单台生产能力2 500 t/h，装船采用2台移动式装船机，单台生产能力4 200 t/h，堆场堆取料采用3台斗轮堆取料机，单台生产能力5 000 t/h。堆场定期洒水，控制煤炭的含水率在6%左右；防风网综合风速遮蔽效率按照20%计。取当地2014年的逐时气象资料。分别采用计算方法一(首先计算年总排放量，再将总排放量除以作业时间得到小时源强)和计算方法二(首先计算全年逐时风速下对应源强，再乘以作业时间及风速段频率后累加得到年总排放量)对装卸动态起尘进行计算。

3.1 《规范》公式计算方法一计算流程及结果

经分析，装卸动态起尘源主要来自装船、卸船、堆场堆取料作业，其中装卸船年作业总量为1 330万吨，装船效率单台为4 200 t/h、卸船效率单台为2 500 t/h；堆场堆取料年作业总量为1 330万吨，堆取料效率单台为5 000 t/h。

分别将装船、卸船、堆取料年作业量665万t、665万t和1 330万t代入公式(1)，公式(1)中的起尘调节系数α取1.2(精煤类)，作业方式系数装卸船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。将全年逐时风速划分成10个区间，每个区间的等效风速取该区间风速的平均值，每个区间的风速全年出现概率取该区间风速频率累加值。将各区间的等效风速带入公式(1)，分别得到各风速区间对应的装、卸船及堆取料过程的Q值，再将各区间的Q值乘以风速段频率后，累加得到全年装卸起尘总量；进一步乘以TSP的粒径百分比，即可得到装、卸船及堆取料过程产生的TSP总量(表1)，分别为24.25 t/a、24.25 t/a和77.59 t/a。

表1 全年不同风速区间装卸起尘量计算一览表

进而根据装卸设备台数、单台设备装卸效率换算得到装船、卸船、堆场堆取料单台设备TSP源强分别为15.31 kg/h、9.11 kg/h和29.17 kg/h，即可代入AERMOD模型系统进行大气颗粒物污染影响预测，并根据模型既有的风速段区间设置各等效风速下源强变化排放率(表2)。

表2 各风速段动态源强变化排放率表

3.2 《规范》公式计算方法二计算流程及结果

分别将装船、卸船、堆场堆取料单台设备按照作业效率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(精煤类)，装卸船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。将全年逐时风速带入公式(1)，分别求得全年逐时风速下对应的装船、卸船、堆取料单台设备Q数值，代入AERMOD模型系统即可进行大气颗粒物污染影响预测。再将单台设备逐时速率源强乘以装卸设备台数及全年作业小时数后，乘以风速段频率1/8 760后累加得到全年动态起尘量，装船、卸船、堆取料年排放量分别为23.13 t/a、23.13 t/a和74.00 t/a。

3.3 结果对比

对比分别采用计算方法一和计算方法二所得装卸动态起尘源强计算结果(图1)，发现两种计算方法均考虑了风频率的影响，计算结果无明显差异。

图1 不同计算方法下动态起尘量计算结果对比图

4 结束语

目前常用的两种干散货码头装卸起尘量计算方法包括：首先取各风速段的平均值，对不同风速段计算结果进行风频加权累加获得全年的排放量，再将总排放量除以作业时间得到小时源强；或者，首先计算逐时源强，再将逐时排放量乘以全年作业小时数及风速段频率后累加得到年总排放量，两种计算方法所得源强计算结果无明显差异。影响这两种方法计算准确的关键是单位时间作业量的确定，对于专业化码头装卸量根据装卸船机、斗轮堆取料机作业效率确定，非专业化码头通过核算单位装卸时间下设备装载量确定。