智能運(yùn)輸車輛清洗裝置在煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)中的應(yīng)用

李海耀

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030001)

0 引言

煤炭生產(chǎn)、加工等行業(yè)是我國(guó)支柱性產(chǎn)業(yè)，煤炭?jī)?chǔ)存和運(yùn)輸在礦井生產(chǎn)以及以煤為主要原料、燃料的生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，是企業(yè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)不可或缺的環(huán)節(jié)。汽車運(yùn)煤方式是煤炭短途周轉(zhuǎn)和尚未配套鐵路專用線企業(yè)的主要運(yùn)輸方式。汽車運(yùn)輸方便、快捷在煤炭運(yùn)輸中起主導(dǎo)作用，然而，在煤炭?jī)?chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中，不完善的運(yùn)行管理，導(dǎo)致煤炭運(yùn)輸過(guò)程中，煤粉揚(yáng)塵對(duì)環(huán)境空氣和地表水造成很大污染。目前大多企業(yè)存在著二次揚(yáng)塵污染問(wèn)題，這不僅對(duì)企業(yè)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)對(duì)工業(yè)場(chǎng)區(qū)周邊環(huán)境造成很大影響，對(duì)企業(yè)職工和周圍居民健康帶來(lái)影響。對(duì)汽車車輪和車輛在出廠時(shí)進(jìn)行清洗的措施，環(huán)境影響評(píng)價(jià)早就提出，然而根據(jù)竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收調(diào)查，目前，很多企業(yè)沒(méi)有落實(shí)這一環(huán)保措施。造成這種現(xiàn)象存在的主要原因是，企業(yè)忽略這一污染影響，環(huán)境評(píng)價(jià)中提出的這一措施在實(shí)際建設(shè)中可操作性不強(qiáng)，不像鍋爐脫硫除塵裝置為大家所熟知，并且認(rèn)為道路清掃和灑水可以遏制煤炭運(yùn)輸過(guò)程引起的二次污染問(wèn)題。人工清洗的隨意性和不穩(wěn)定性也是導(dǎo)致運(yùn)煤車輛在出場(chǎng)前進(jìn)行清洗不能真正落實(shí)的原因。同時(shí)清洗廢水的無(wú)組織排放也對(duì)當(dāng)?shù)貐^(qū)域地表水系帶來(lái)污染。智能運(yùn)輸車輛清洗裝置的問(wèn)世，從根本上解決了人工清洗存在的隨意性和不穩(wěn)定性，并且操作性強(qiáng)，可以回收煤粉，從源頭治理才是清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)所在。

1 煤粉塵的產(chǎn)生

煤炭在裝載和運(yùn)輸過(guò)程中不可避免產(chǎn)生揚(yáng)塵。汽車在裝載時(shí)，直接駛?cè)雰?chǔ)煤場(chǎng)，煤炭均有一定的濕度，車輪上粘滿了煤粉，在汽車駛出儲(chǔ)煤場(chǎng)時(shí)沒(méi)有清理，汽車車輪將煤粉帶出儲(chǔ)煤場(chǎng)，在行駛時(shí)，在車輪的運(yùn)轉(zhuǎn)下，將煤粉甩出，往返車輛在運(yùn)輸過(guò)程中不斷的將煤粉帶出，在沒(méi)有及時(shí)對(duì)場(chǎng)地和運(yùn)輸?shù)缆愤M(jìn)行清掃的情況下，煤粉不斷的累積，在路面形成厚厚的煤粉路面，由于汽車的快速運(yùn)行，產(chǎn)生很大的揚(yáng)塵(見(jiàn)圖1)。同時(shí)汽車車廂在裝載過(guò)程中，車身粘結(jié)上煤粉，在汽車運(yùn)行時(shí)，引起二次揚(yáng)塵。

2 煤粉對(duì)環(huán)境的影響

汽車在松散煤粉層的路面上行駛時(shí)，對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重影響(見(jiàn)圖2)。在降雨條件下，形成煤泥水徑流對(duì)地表水環(huán)境造成影響(見(jiàn)圖3)。

3 運(yùn)輸車輛輪胎清洗沒(méi)有廣泛應(yīng)用的原因

現(xiàn)階段，運(yùn)輸車輛輪胎清洗尚未廣泛應(yīng)用的主要原因是環(huán)境污染沒(méi)有引起足夠的重視，人們更偏向于末端治理。人工作業(yè)清洗，勞動(dòng)成本高，洗車速度慢，清洗隨意性大，采用簡(jiǎn)易的清洗裝置或車輛清洗池，無(wú)污水回收裝置，水資源浪費(fèi)比較大，并且清洗效果差，無(wú)法達(dá)到控制城市道路揚(yáng)塵和減輕對(duì)城區(qū)人居環(huán)境污染的目的。

圖1 煤粉層

圖2 二次污染對(duì)環(huán)境空氣的影響

4 智能運(yùn)輸車輛清洗裝置的主要設(shè)備和作業(yè)原理

智能運(yùn)輸車輛清洗裝置是專門沖洗車輛、車輪、擋泥板、底盤污漬的機(jī)電一體化節(jié)能環(huán)保設(shè)備，適用于運(yùn)輸車輛的清洗以及高價(jià)值粉質(zhì)材料的回收與循環(huán)利用。智能運(yùn)輸車輛清洗裝置主要設(shè)備包括:“凵”形清洗臺(tái)、地槽、機(jī)身、清洗泵、清洗臺(tái)、噴嘴。清洗泵通過(guò)管道連通噴嘴和地槽，清洗臺(tái)底板上局部為柵格縫隙板與地槽相通，柵格縫隙板位于清洗臺(tái)的端部，機(jī)身內(nèi)還裝有由電機(jī)帶動(dòng)可回圈運(yùn)動(dòng)的刮泥帶，刮泥帶上帶有的刮泥板可伸至地槽底部，機(jī)身上設(shè)有沉淀劑供應(yīng)系統(tǒng)。另外，在清洗臺(tái)底板上設(shè)計(jì)有一重量感應(yīng)器，只有與車輛相當(dāng)?shù)闹亓坎拍軉?dòng)清洗機(jī)。

智能運(yùn)輸車輛清洗裝置作業(yè)原理為:當(dāng)車輛停于車輪清洗機(jī)上時(shí)，自動(dòng)感應(yīng)器會(huì)自行啟動(dòng)洗車功能，從多角度向車身、輪胎內(nèi)、外側(cè)及底部噴射出高壓水，配合輪胎旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，自動(dòng)添加絮凝劑，徹底去除粘附于車身和輪胎上的污物，而污水會(huì)被再收集、凈化及循環(huán)使用(見(jiàn)圖4)。

圖3 二次污染對(duì)水環(huán)境的影響

圖4 智能運(yùn)輸車輛清洗裝置作業(yè)圖

5 經(jīng)濟(jì)效益

智能運(yùn)輸車輛清洗裝置在實(shí)施后，不僅可以防止煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)引起的二次污染，也可使清洗水閉路循環(huán)利用，煤粉得到回收利用。以120萬(wàn)t/年礦井煤炭生產(chǎn)進(jìn)行分析，擬礦井原煤和產(chǎn)品煤均采用全封閉儲(chǔ)煤場(chǎng)為例。目前，煤炭公路運(yùn)輸常見(jiàn)的運(yùn)載車輛運(yùn)載能力為40 t/輛。規(guī)模為120萬(wàn)t/年的礦井，日產(chǎn)量為3 636 t，如果煤炭按照日輸出量為日產(chǎn)量的80%，輸出量為3 000 t/d，該礦井日運(yùn)輸量為75輛。

1)汽車粘帶粉塵量。汽車在進(jìn)入儲(chǔ)煤場(chǎng)時(shí)，車輪帶出粉塵量為產(chǎn)生量，車輪帶出粉塵量計(jì)算:

車輪帶出粉塵量=單個(gè)車輪的碾壓面積×車輪個(gè)數(shù)/輛×粘附性×碾壓厚度×煤粉密度。

所需參數(shù)參考GBT 2977-2008載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷，每輛車14個(gè)車輪;單個(gè)輪胎的表面積:0.942 m2;碾壓煤粉層厚度為5 mm;粘附性取15%;松散煤粉密度0.5 t/m3，車輛帶出粉塵詳見(jiàn)表1。

表1 車輛帶出粉塵量計(jì)算一覽表

年回收粉塵量按照產(chǎn)生量的90%計(jì)算，年回收煤粉量為110.16 t。噸煤價(jià)格由于煤質(zhì)的優(yōu)劣差異比較大，擬按照500元/t作為參考，年回收收益為55 080元。

2)清洗車輛用水。清洗一輛車一次需水量為0.2 m3，日需水量為15 m3/d，年消耗4 950 m3/年。如果對(duì)水不進(jìn)行回收利用，將排放約5 000 t水，不僅對(duì)當(dāng)?shù)氐乇硭斐捎绊懀残杌ㄙM(fèi)近萬(wàn)元購(gòu)水費(fèi)。但是采用智能清洗裝置，由于清洗水經(jīng)處理后，可以循環(huán)利用，只補(bǔ)充部分損失水即可，按照總用水量的20%。

3)人工清洗車輛和智能清洗裝置優(yōu)劣。人工清洗車輛先期投入低，設(shè)備基本上不存在折舊，也無(wú)動(dòng)力費(fèi)等，但是存在人工費(fèi)高、耗水量大的缺點(diǎn)，智能清洗裝置由于可以對(duì)煤粉進(jìn)行回收，在年消耗費(fèi)用上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人工清洗費(fèi)用，見(jiàn)表2。

表2 人工清洗車輛和智能運(yùn)輸車輛清洗裝置費(fèi)用比較一覽表

6 環(huán)境效益

揚(yáng)塵量計(jì)算公式如下:

其中，QP為道路揚(yáng)塵量，kg/(km·輛);v為車輛速度，km/h;M為車輛載重，t/輛;P為道路灰塵覆蓋量，kg/m2。

根據(jù)運(yùn)輸車輛揚(yáng)塵量計(jì)算公式可知，揚(yáng)塵量與道路灰塵覆蓋量的關(guān)系是成正數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng)(見(jiàn)圖5)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，不及時(shí)清理運(yùn)煤車輛產(chǎn)生的粉塵為0.10 kg/(m2·d)～0.15 kg/(m2·d)，如果在長(zhǎng)期累積下，煤粉將一直在地面累積和以揚(yáng)塵的方式進(jìn)入空氣中，粉塵去除率為90%，在灑水、清掃、路面定期養(yǎng)護(hù)和廂式運(yùn)輸中，最終降塵效率為80%。

圖5 汽車煤揚(yáng)塵量與道路表面煤粉塵量關(guān)系曲線圖

利用高斯點(diǎn)源擴(kuò)散方程的線積分作為線源擴(kuò)散的濃度計(jì)算公式:

其中，q為線源的排放濃度，mg/(m·s);uh為公路上汽車排放高度處的風(fēng)速，m/s;L為線源長(zhǎng)度，m;σy，σz分別為水平、鉛直方向的擴(kuò)散參數(shù)。

根據(jù)以上預(yù)測(cè)模式及參數(shù)，預(yù)測(cè)得出120萬(wàn)t/年礦井工程運(yùn)煤方式均采用汽車，運(yùn)輸揚(yáng)塵一次濃度值見(jiàn)表3。

表3 運(yùn)輸揚(yáng)塵一次濃度值 mg/m3

根據(jù)以上預(yù)測(cè)分析，運(yùn)輸揚(yáng)塵對(duì)環(huán)境的貢獻(xiàn)值直接與路面干凈度有關(guān)，地面越干凈，對(duì)環(huán)境影響越小。

7 應(yīng)用與推廣

隨著人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求日益增高，為了防止二次揚(yáng)塵對(duì)環(huán)境的污染影響，智能型運(yùn)輸車輛清洗裝置在煤炭生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程的應(yīng)用，從根本上解決了汽車運(yùn)輸和裝載對(duì)環(huán)境的不良影響，從經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境保護(hù)方面考慮，智能型運(yùn)輸車輛清洗裝置在煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)行業(yè)急需得到推廣與應(yīng)用。

[1] 香港生產(chǎn)力促進(jìn)局，汽車輪胎清洗機(jī)，中國(guó)發(fā)明，02204150，2003-04-30.

[2] GBT 2977-2008，載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷[S].

[3] GB 50013-2006，室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 朱景韓.汽車道路煤揚(yáng)塵規(guī)律研究[J].交通環(huán)保，1986(Z1):74-77.

[5] JTG B03-2006，公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范[S].