干散货在铁路运输过程中的环保装卸工艺研究

韩桂波，潘晓岩

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300308）

0 引言

近年来，双碳理念被纳入生态文明建设整体布局，在全球新形势下，节能减排、能源结构调整、绿色发展已然成为交通强国战略目标，我国政府紧密联系全球发展态势，明确提出2030年前“碳达峰”和2060年前“碳中和”的目标[1]。2017年，交通运输部发布《交通运输部关于全面深入推进绿色交通发展的意见》[2]，核心要义是“绿色交通”，铁路作为大宗货物主要运输渠道，应积极面对未来发展中所要面对的环保理念。2019年，国家印发《交通强国建设纲要》，指出要打造绿色高效的现代物流系统，优化运输结构，实行绿色交通，加快推进“公转铁”专用线建设[3]。2021年3月，国铁集团公布了《中国国家铁路集团有限公司2020年统计公报》[4]，对比近三年国家铁路货物运输量[5-6]（见表1），铁路货物运输呈逐年上升趋势，铁路在货运中承担越来越重要的角色。

表1 国家铁路货物运输量Tab.1 National railway freight volume

1 铁路货运运输的重要性和特点

1.1 运输量大且运速快

铁路运输受气候影响较小，除极端恶劣天气外，一年四季可以不分昼夜地运输货物，货运速度远高于货轮运输。铁路运输机车具有强大的牵引力，一列火车运输能力在四千吨左右，远高于汽运、航运。火车都是采用车路一体化运输，具有较高的管理效率，运输的轨道具有专享性和共同调配性，总体效率较高。我国目前已基本形成了以“三西”、东北、华东、中南、西北、西南等六大铁路煤炭外运通道为主骨架的煤炭运输网络。以大秦、朔黄、蒙冀、石太、瓦日、侯月、陇海、宁西等组成的横向通道和以京沪、京九、京广、焦柳、包西—西康—襄渝、兰新—兰渝等组成的纵向通道，共同构成“西煤东运”“北煤南运、铁海江联运”的铁路运输格局[7]。

1.2 能效水平高且污染小

目前列车供能方式以电力为主，仅部分落后地区仍然采用汽、油为主要动力，但是都在逐步改善能源结构。电力资源的使用，不仅可以优化能源结构，节省矿物资源，还可以有效减少氮氧化物和硫化物的产生，同时杜绝铁路沿线的空气污染。铁路轨道由国家统一部署施工，建设完成后基本不会移动，早期供蒸汽机车的轨道后来服务于燃油机车，再到现在的电力化机车，铁路轨道仍然在继续使用，虽然前期投入成本较高，但是从长远发展来看，能效水平还是远高于公路运输的。

1.3 体系完备

“十三五”期间，交通运输部完成1 671项国家标准和行业标准的制、修订，其中铁路领域发布国家标准108项，行业标准540项，小计648项，共计占比38.8%。为了促进绿色低碳交通建设，贯彻国家蓝天保卫战和运输结构调整要求，我国发布了第一部重载铁路行业标准《重载铁路设计规范》（TB10625—2017），制定实施了《铁路煤炭运输抑尘技术条件》（TBT3210.1—2009）和《铁路专用线设计规范（试行）》（CR9156—2019）标准，强化绿色交通发展科学性和系统性，践行绿色发展理念，提升绿色、低碳、集约发展水平。

2 铁路货运现有装卸工艺分析

2.1 装车工艺分析

目前大宗煤炭、矿石等通用散货的连续装车通常采用固定式装车系统和移动式装车系统两种。

（1）定点仓式装车工艺

定点仓式装车工艺由装车楼、供料系统和车辆推送系统组成。装车作业过程中，火车车厢按要求逐节通过装车楼，铁路线需要足够的存车长度；供料系统中的落料漏斗至少要高于车体1米距离，对物料出场的布置要求较高，能耗也较高；车辆推送系统需推动达几千吨的火车编组，配置功率较大且构造复杂，总体造价比较高。

（2）移动悬臂式装车工艺

移动悬臂式装车工艺由悬臂装车机和带式输送机组成，适用于装车量大的专业化码头，列车编组停靠在规定区域后，悬臂式装车机通过自身的移动对列车逐节装满，自身配备的物料缓冲仓既可以避免物料洒落在两节车厢之间的连接处增加物料清理难度，又可以避免频繁启动供料皮带机影响电机的使用寿命，增加成本。

（3）流动机械装车工艺

流动机械装车工艺采用流动机械进行作业，主要包括单斗装载机和履带式、轮胎式抓斗起重机，装车效率较低，适用于装车量小的非专业化码头堆场。

2.2 卸车工艺分析

（1）翻车机卸车工艺

专业化的大型港口都配备了比较先进的翻车机作业设备，并且配备专属的重载运输铁路和运输车型。翻车机工艺是用倾翻车厢的方法将所载货物从车厢顶部一次卸出的快速卸车方式，对车体类型要求低，适用于一切敞车车型，翻车机通常设计单翻、双翻、三翻、四翻等4种翻车技术形式，车体对好机位后，翻车机将车辆固定好，启动后将敞车翻转180°，车舱内几乎不再需要人工清理，卸货速度主要取决于翻车机的效率。卸车机卸车方式的主要优点是机械化程度高、生产能力大、全自动化操作。

（2）自卸式卸车工艺

自卸式卸车工艺搭配卸车地坑，是一种效率很高的卸车工艺，主要适用于底开门漏斗车型。底开门漏斗车卸货时，漏斗底门被打开，物料靠自身重力自动卸出，卸出的物料经货槽进入带式输送机转运至堆场，物料流动性决定了其卸货速度。卸车地坑卸车方式对物料的形状大小要求较高，体积过大的物块容易卡住阻塞栅格孔。

（3）螺旋机卸车工艺

螺旋机卸车工艺通常搭配卸车地坑进行作业，螺旋机代替人工清扫，提升工作效率。螺旋机主要用于侧开门式平底敞车，将水平双向（单向）螺旋插入到侧开门敞车中，向车厢的两侧或单侧推卸物料，落入铁路旁的卸车地坑中。卸车机按照行驶轨道位置划分为桥式和门式，螺旋机卸车工艺对车型适应性好，对物料的粒度要求较高，效率一般，适用于中小型码头。

（4）抓斗式卸车工艺

抓斗卸车工艺利用普通带抓斗的龙门起重机、轮胎（履带）式起重机和改造型挖掘机，直接在车厢内抓取物料。卸下的物料基本采用就地堆放或直接装车转运，效率较低，适用于运量不大的小型码头堆场。

3 铁路装卸工艺中环保应用研究

3.1 装卸过程中产生的污染及危害

干散货在铁路运输装卸过程中，产生的污染主要是无组织扬尘污染。物料在转运过程中机械力和重力作用下，发生无规则的碰撞、挤压、摩擦、冲击和掉落等运动，产生了大量的生产性粉尘，受诱导风影响，造成小面积的扬尘扩散，装卸过程中产生的无组织扬尘污染主要有以下三点危害：

（1）严重影响环境卫生和港容港貌，降低港口声誉；

（2）严重危害工人职业健康安全，增加尘肺职业病概率；

（3）严重造成生产性安全危害，易引发火灾和粉尘爆炸。

3.2 装卸过程中污染治理方法

装卸过程中粉尘污染治理方式主要包括两个方面，一方面是改变现有装卸工艺或装卸方式，力求从源头治理；另一方面是增设抑尘除尘装置，从过程中抑制粉尘的扩散。

对于中小型码头，可以通过建设密封舱的方式，采用密闭式操作，将无组织排放转变为有组织排放，同时提高作业环境湿度，减少粉尘的溢出；大型专业化堆场装车楼的落料漏斗可以优化设计，采用曲线式的落料通道，尽量缩小高度落差。现有的抑尘除尘装置种类较多，应用也比较广泛，常见的主要有水雾喷淋抑尘、喷洒抑尘剂除尘、旋风除尘器除尘、静电除尘、干雾抑尘、布袋除尘器除尘等方式，此外还有以上几种联用的除尘方式。水雾喷淋抑尘方式应用最为广泛，技术要求也比较低，存在的问题也比较大，如对除尘过程中产生的大量含尘污水的后期处理问题。

3.3 装卸工艺污染防治新展望

以国家的高质量发展目标为导向，各大港口不断推进“公转铁”战略，开拓创新港口铁路专用线联运作业组织模式，积极试验采用“车船直取”的模式，作业方式避开堆场，火车与船舶之间直接进行倒装和换装作业，利用翻车机房将火车上的离港物料直接进行装船或将到港物料利用专业化卸船机直接转运到火车上。“车船直取”模式中，物料不需要借助堆场进行暂存和倒运，减少一个中间步骤，对于规模较小的码头，在设施设备规模不够完备的情况下也可以完成，具有较强的先进性和前瞻性。

4 结语

铁路作为标准化运输方式，可以直接与发达国家并轨运行，在我国货物运输领域占有重要地位，作为节能环保型的交通运输方式，在最后的装卸环节务必采用高效的抑尘方式，减少对环境的污染，通过加强节能环保技术研发应用和完善铁路绿色管理体系，进一步扩大比较优势，实现铁路的绿色发展。