一种煤炭堆场动态起尘量的估算方法和装置、存储介质与流程

1.本发明属于煤炭排放技术领域，尤其涉及一种煤炭堆场动态起尘量的估算方法和装置、存储介质。


背景技术：

2.动态起尘除受与静态起尘相关的重要影响因素（物料种类、粒径分布、风速、风向、含水率等）之外，还与动态作业本身的作业特点直接相关，比如动态作业的落料高度，动态作业是否在较为封闭的环境下进行，是否有喷洒水、射雾器、干雾抑尘等相关环保措施等。
3.港口煤炭作业固定点源排放点相对较少，一般包括翻车机房的干式除尘排口、转接塔的干式除尘排口等。一般来讲，上述干式除尘器作为洒水或干雾抑尘的补充措施，在特定工艺环节中该设施本身的除尘效率相对较高（布袋除尘器一般可达99%以上），但同时应注意，干式除尘器对于上述工艺排放粉尘的捕集效率并不明确，尤其是针对不同物料类型、不同作业强度甚至不同具体作业环境下，干式除尘器的捕集效率更是千差万别。因此，对于翻车机房和转接塔等固定点源来讲，既可以认定其为有组织排放源，也可以在一定程度上认为其为无组织排放源。
4.综上所述，煤炭港口静态堆存起尘和动态作业起尘影响因素众多，既包括风速、风向、湿度、温度等环境条件，也包括物料、作业方式、环保措施运行等实际现场因素。因此，应充分考虑到各个环节工艺和粉尘排放特征，开展港口煤炭堆场动态起尘量估算方法。《水运工程建设项目环境影响评价技术指南》（jts/t105 2021）中装卸起尘量计算公式仍然沿用《港口建设项目环境影响评价规范》(jts105-l-2011)中的计算公式，该公式依托的风洞试验方法采用的设备准确性和精密度都较低，计算结果比较粗糙。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是，提供一种煤炭堆场动态起尘量的估算方法和装置、存储介质,采用引入翻车作业起尘量计算，以便更准确对煤炭港口堆场动态起尘量进行估算。
6.为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:一种煤炭堆场动态起尘量的估算方法，包括：步骤s1、获取通过风洞试验模拟煤炭装卸过程中的作业量；步骤s2、根据所述作业量对煤炭堆场动态起尘量进行估算。
7.作为优选，所述煤炭装卸过程包含堆料作业、取料作业和翻车机作业。
8.作为优选，堆料作业和取料作业中的动态起尘量估算为：其中，q
动
为堆料作业和取料作业的动态起尘量；为物料类型起尘调节系数；
为作业方式系数；h为作业落差；为水分作用系数；为水分作用效果的临界值；w为含水率；y为总动态作业量；为作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速；为风速。
9.作为优选，翻车机作业中的动态起尘量估算为：其中，为翻车机作业的起尘量，为物料类型起尘调节系数；为水分作用系数；为水分作用效果的临界值；w为含水率；y为总动态作业量；为作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速；为风速。
10.本发明还提供一种煤炭堆场动态起尘量的估算装置，包括：获取模块，用于获取通过风洞试验模拟煤炭装卸过程中的作业量；估算模块，用于根据所述作业量对煤炭堆场动态起尘量进行估算。
11.作为优选，所述煤炭装卸过程包含堆料作业、取料作业和翻车机作业。
12.作为优选，堆料作业和取料作业中的动态起尘量估算为：其中，q
动
为堆料作业和取料作业的动态起尘量；为物料类型起尘调节系数；为作业方式系数；h为作业落差；为水分作用系数；为水分作用效果的临界值；w为含水率；y为总动态作业量；为作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速；为风速。
13.作为优选，翻车机作业中的动态起尘量估算为：其中，为翻车机作业的起尘量，为物料类型起尘调节系数；为水分作用系数；为水分作用效果的临界值；w为含水率；y为总动态作业量；为作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速；为风速。
14.本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现如煤炭堆场动态起尘量的估算方法。
15.本发明的技术方案，获取通过风洞试验模拟煤炭装卸过程中的作业量；根据所述作业量对煤炭堆场动态起尘量进行估算；采用引入翻车作业起尘量计算，以便更准确对煤炭港口堆场动态起尘量进行估算；为后续煤炭港区粉尘排放总量测算模型构建奠定基础。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术
人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图图1为本发明煤炭堆场动态起尘量的估算方法的流程图；图2为本发明煤炭堆场动态起尘量的估算装置结构示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
19.实施例1：如图1所示，本发明提供一种煤炭堆场动态起尘量的估算方法包括：步骤s1、获取通过风洞试验模拟煤炭装卸过程中的作业量；步骤s2、根据所述作业量对煤炭堆场动态起尘量进行估算。
20.作为本实施例的一种实施方式，所述煤炭装卸过程包含堆料作业、取料作业和翻车机作业。
21.进一步，堆料作业因有作业落差，取料作业因有机械扰动，在堆场堆取料作业过程中均会产生粉尘。虽然通过一定的环保措施，如控制落差在1m范围内，或作业伴有洒水装置，该类作业粉尘有所消减。但该类作业一般在露天状态下进行，所产粉尘均直接影响外部大气环境。翻车机翻卸过程中起尘量较大且集中，是动态起尘的主要环节。此环节中约有 70%的粉尘（小于 100μm）被扰动。翻车机一般建有翻车机房，由于翻车系统处在半封闭的翻车机房中，而且一般设有洒水装置、采用下翻向漏斗等环保工艺，因此所产粉尘主要对翻车机房内部尤其是地下坑道部分影响显著，但对机房外部的影响并不明显。
22.作为本实施例的一种实施方式，堆料作业和取料作业中的动态起尘量估算为：其中，q
动
为堆料作业和取料作业的动态起尘量；为物料类型起尘调节系数；为作业方式系数；h为作业落差；为水分作用系数；为水分作用效果的临界值；w为含水率；y为总动态作业量；为作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速；为风速。
23.作为本实施例的一种实施方式，翻车机作业中的动态起尘量估算为：其中，为翻车机作业的起尘量，为物料类型起尘调节系数；为水分作用系数；为水分作用效果的临界值；w为含水率；y为总动态作业量；为作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速；为风速。
24.针对拟开展风洞试验的堆料作业、取料作业和翻车作业试验模拟：
（1）堆料作业风洞模拟试验方案堆料作业风洞模拟试验共分为6个步骤实施，分别为：1）清洁风洞，以减小系统干扰和误差；2）按要求配置煤样，使之符合含水率要求；3）进行模型支架、辅助物及模型称重mf0，取一定重量mc0（本次试验为6kg）配置好的煤样放入堆料机模型；4）按来流风速分别为u=3、5、9m/s进行试验；开启风机至试验风速，抽掉漏斗底板，实现煤样堆料作业模拟；5）称量试验后的模型支架、辅助物、模型及煤炭总重m，计算起尘量de= mc0 mf
0-m；6）按不同试验煤种、含水率要求重复以上步骤。
25.堆料起尘与静置煤堆的起尘机理不同，它是垂直方向煤粉直接受到来自气流的冲量导致。煤粉的起尘量与单位时间内暴露于空气中的颗粒物表面面积相关。
26.为实用方便定义为堆料起尘率，物理意义是堆料起尘量占总堆料量的百分比。假设单位面积单位时间内的起尘量对于风洞和现场是一致的（这个假设在使用煤粉原型颗粒以及风速与现场相同的条件下近似满足。）de和暴露于空气中煤流柱面积（落料高度、煤流柱直径）相关，q为卸料总量，与卸料体积相关。而de/q本身是个无量纲量，因此试验所得de/q应用到原型，需要做转换。
27.即现场堆料的起尘率只是实验中的1/50。这是因为起尘量只与煤粉在空气中暴露的表面积有关，而不是直接与煤粉的总体积相关而导致。
28.（2）取料作业风洞模拟试验方案取作业风洞模拟试验共分为8个步骤实施，分别为：1）清洁风洞，以减小系统干扰和误差；2）按要求配置煤样，使之符合含水率要求；3）进行斗轮机模型及辅助物称重m
f0
，取一定重量m
c0
煤样堆置成煤堆，将斗轮机模型置于煤堆内；4）按来流风速分别为u=3、5、9m/s进行试验；开启风机至试验风速，按原型相同角速度转动斗轮机进行取料作业模拟，试验时间为5分钟（300s）；5）称量试验后的辅助物、模型及煤炭总重m1，计算起尘量d
e1
=mc0 m
f0
‑ꢀ
m1；6）取同样重量m
c0
煤样堆置成煤堆，将斗轮机模型置于煤堆中，按来流风速分别为u=3、5、9m/s开启风机至试验风速，不转动斗轮，试验时间5分钟（300s）；7）称量试验后的辅助物、模型及煤炭总重m2，计算起尘量d
e2
==mc0 m
f0
‑ꢀ
m2；；则作业起尘量d
e=de1-d
e2
8）按不同试验煤种、含水率要求重复以上步骤。
29.延续煤堆起尘和堆料起尘的思路，认为风力作用到处于空中的煤粉颗粒表面时才
能把动量传给煤粉，促使其偏离自由落体的轨道。也就是说，取料的起尘量与斗轮机带动煤粉过程中煤粉在空气中的暴露面积s有关。估算因斗轮选转而导致的煤粉暴露面积s有相当的复杂性。斗轮中某个斗在离开煤堆时不可避免地在侧边有挂带洒落现象，斗中煤粉在上升过程中同样有滑落现象，而最主要的起尘发生在斗中的煤下落的过程中。为简化起见，假设斗轮最终形成的效果如同装堆时煤粉自由落体到煤堆上一样，煤粉从斗轮最高高度h以斗轮的横向宽度w自由落体至皮带机上。这是一种比较简化的数学模型的估计。
30.为实用方便定义为取料起尘率，物理意义是取料起尘量占总堆料量的百分比。假设单位面积单位时间内的起尘量对于风洞和现场是一致的（这个假设在使用煤粉原型颗粒以及风速与现场相同的条件下近似满足。）根据相似比例，de和暴露于空气中煤流柱面积（落料高度、斗轮横向宽度）相关，q为卸料总量，与卸料体积相关。而de/q本身是个无量纲量，因此试验所得de/q应用到原型，需要做转换。
31.即现场取料的起尘率只是实验中的1/50。这是因为起尘量只与煤粉在空气中暴露的表面积有关，而不是直接与煤粉的总体积相关而导致。
32.试验中对斗轮搅动煤粉的量qm的估计采用近似计算方法，斗轮的转动速度为6r/min，小料斗容积为49cm3，实际观测每个料斗转动时料斗装料率约50%，吹蚀5分钟时间内的煤粉搅动量估算值为49cm310轮/圈6圈/分钟5分钟0.5=7350cm3=7.3510-3
m3或者折算到质量约为4116g，密度以0.56103kg/m3取。
33.用原型取料机额定取料能力6000t/h，最大取料能力6700t/h，按相似比（1：50）推算，5分钟取料机模型理论取料量为4000g-4467g。两种方法估算的取料量相一致。
34.（3）翻车作业风洞模拟试验方案翻车作业风洞模拟试验共分为7个步骤实施，分别为：1）清洁风洞，以减小系统干扰和误差；2）按要求配置煤样，使之符合含水率要求；3）将翻车机房模型、翻车机模型、地坑模型分别进行称重，并计算出三个模型总重m
f0
；4）将配置好的煤样装入翻车机模型刮平称重，得出装入的煤样重量m
c0
；将翻车机按原型相对应位置放置于地坑模型和翻车机房模型内部，将翻车机房模型和地坑模型对应接口处进行密封；5）按来流风速分别为u=3、5、9m/s进行试验；开启风机至试验风速，控制翻车机长轴转动，实现翻车作业模拟；6）去除密封材料后，称量试验后模型及地坑模型内剩余煤炭总重m，计算起尘量de= m
c0
m
f0-m；
7）按不同试验煤种、含水率要求重复以上步骤。
35.延续煤堆起尘和堆料起尘的思路，认为风力作用到处于空中的煤粉颗粒表面时才能把动量传给煤粉，促使其偏离自由落体的轨道。也就是说，翻车作业的起尘量与翻车机翻动煤炭落料，煤粉在空气中的暴露面积s有关。主要起尘发生在翻车机中的煤下落的过程中。为简化起见，假设翻车机最终形成的效果如同装堆时煤粉自由落体到煤堆上一样，煤粉从翻车机最高高度h以翻车机的横向宽度w自由落体至地坑内。这是一种比较简化的数学模型的估计。
36.为实用方便定义为翻车起尘率，物理意义是翻车起尘量占总翻车作业量的百分比。假设单位面积单位时间内的起尘量对于风洞和现场是一致的（这个假设在使用煤粉原型颗粒以及风速与现场相同的条件下近似满足。）根据相似比例，de和暴露于空气中煤流截面积（落料高度、翻车机宽度）相关，q为翻车总量，与翻车体积相关。而de/q本身是个无量纲量，因此试验所得de/q应用到原型，需要做转换。
37.即现场翻车的起尘率只是实验中的1/50。这是因为翻车起尘量只与煤粉在空气中暴露的表面积有关，而不是直接与总体积相关而导致。
38.试验中单次两节翻车量qm计算值为20.076m0.064m0.24m0.56106g/m3=1307.4g，通过原型c80（80t）火车装煤量理论计算，模型单次两节车厢翻车作业量280106g
÷
(50)3=1280g。两者计算所得结果一致。在实际试验中，实际试验值与理论计算值相当，该重量值在1300g-1470g之间波动。
39.本实施例煤炭装卸作业风洞试验在堆料、取料、翻车、自然含水率、加湿含水率等不同工况的起尘进行了试验。取得以下结论：1）动态作业工况下，整体起尘率：取料作业》堆料作业》翻车作业，其中取料作业和堆料作业随着风速的增加，起尘率大幅增加，翻车作业由于翻车机房的防护作用，风速对作业的影响作用较小。
40.2）对比取料作业和堆料作业起尘率，取料作业对风速增加比堆料作业更为敏感；在低风速（u=3m/s）取料作业起尘率与堆料作业起尘率接近，进入中高风速段（u≥5m/s），取料作业起尘率达到堆料作业起尘率的2-3倍；3）因为有封闭的翻车机房防护，翻车作业起尘率（指翻车机房外部）较低，甚至风速达到9m/s时，其最大起尘率不超过；在高风速状态下，翻车作业起尘率仅为堆料作业、取料作业的十几分之一至几十分之一；4）增加煤炭含水率可以大幅降低装卸作业起尘量，三个煤种在不同风速下增加3%含水率的抑尘效率跨度较大，抑尘效率变化区间为23.3%-62.7%。
41.另外对超高含水率（外水》13%）样品的探索性试验取得以下结论：
1）取料作业起尘率均很低，在3-9m/s不同风速状态下，神优的起尘率为；神优煤种的高含水率比自然含水率的起尘率显著降低，在高风速（u=9m/s）仅为自然含水率状态下的十四分之一左右。即在高风速状态下，较高的含水率的抑尘效果非常显著。
42.2）在高含水率状态下，翻车作业起尘率均很低，在3-9m/s不同风速状态下，神优的起尘率为；3）超高含水率（外水》13%）样品的探索性试验中因试验样品含水率较高，每次风洞试验状况下损失的重量不仅为粉尘起尘，还包括部分物料水分流失。但由于煤堆减少的重量中水的重量和粉尘重量之比无法确定，只能将其作为试验误差处理。尤其翻车作业试验状态下重量总损失量较小，三个风速的试验中重量最大损失仅为7.3g，因高含水率状态导致的水分损失对试验结果分析的影响比重可能较大，因此对于超高含水率状态下的探索性风洞试验数据宜仅作为参考用。
43.实施例2：如图2所示，本发明还提供一种煤炭堆场动态起尘量的估算装置，包括：获取模块，用于获取通过风洞试验模拟煤炭装卸过程中的作业量；估算模块，用于根据所述作业量对煤炭堆场动态起尘量进行估算。
44.作为本实施例的一种实施方式，所述煤炭装卸过程包含堆料作业、取料作业和翻车机作业。
45.作为本实施例的一种实施方式，堆料作业和取料作业中的动态起尘量估算为：其中，q
动
为堆料作业和取料作业的动态起尘量；为物料类型起尘调节系数；为作业方式系数；h为作业落差；为水分作用系数；为水分作用效果的临界值；w为含水率；y为总动态作业量；为作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速；为风速。
46.作为本实施例的一种实施方式，翻车机作业中的动态起尘量估算为：其中，为翻车机作业的起尘量，为物料类型起尘调节系数；为水分作用系数；为水分作用效果的临界值；w为含水率；y为总动态作业量；为作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速；为风速。
47.实施例3：本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现如煤炭堆场动态起尘量的估算方法。
48.以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出
的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种煤炭堆场动态起尘量的估算方法，其特征在于，包括：步骤s1、获取通过风洞试验模拟煤炭装卸过程中的作业量；其中，所述煤炭装卸过程包含堆料作业、取料作业和翻车机作业；步骤s2、根据所述作业量对煤炭堆场动态起尘量进行估算；其中，堆料作业和取料作业中的动态起尘量估算为：其中，q
动
为堆料作业和取料作业的动态起尘量；为物料类型起尘调节系数；为作业方式系数；h为作业落差；为水分作用系数；为水分作用效果的临界值；w为含水率；y为总动态作业量；为作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速；为风速；翻车机作业中的动态起尘量估算为：其中，为翻车机作业的起尘量，为物料类型起尘调节系数；为水分作用系数；为水分作用效果的临界值；w为含水率；y为总动态作业量；为作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速；为风速。2.一种煤炭堆场动态起尘量的估算装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取通过风洞试验模拟煤炭装卸过程中的作业量；估算模块，用于根据所述作业量对煤炭堆场动态起尘量进行估算。3.如权利要求2所述的煤炭堆场动态起尘量的估算装置，其特征在于，所述煤炭装卸过程包含堆料作业、取料作业和翻车机作业。4.如权利要求3所述的煤炭堆场动态起尘量的估算装置，其特征在于，堆料作业和取料作业中的动态起尘量估算为：其中，q
动
为堆料作业和取料作业的动态起尘量；为物料类型起尘调节系数；为作业方式系数；h为作业落差；为水分作用系数；为水分作用效果的临界值；w为含水率；y为总动态作业量；为作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速；为风速。5.如权利要求4所述的煤炭堆场动态起尘量的估算装置，其特征在于，翻车机作业中的动态起尘量估算为：其中，为翻车机作业的起尘量，为物料类型起尘调节系数；为水分作用系数；为水分作用效果的临界值；w为含水率；y为总动态作业量；为作业起尘量达到最
大起尘量50%时的风速；为风速。6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现如权利要求1所述的煤炭堆场动态起尘量的估算方法。

技术总结
本发明公开一种煤炭堆场动态起尘量的估算方法和装置、存储介质，包括：步骤S1、获取通过风洞试验模拟煤炭装卸过程中的作业量；步骤S2、根据所述作业量对煤炭堆场动态起尘量进行估算；所述煤炭装卸过程包含堆料作业、取料作业和翻车机作业。采用本发明的技术方案，采用引入翻车机作业起尘量计算，以便更准确对煤炭港口堆场动态起尘量进行估算。港口堆场动态起尘量进行估算。港口堆场动态起尘量进行估算。


技术研发人员：张春意 薛永华 张斌斌 刘筱萌 李金钊 井亮 白璐 陈瑶泓伶
受保护的技术使用者：天科院环境科技发展（天津）有限公司 天津天科工程管理有限公司
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/5/25