煤炭運輸抑塵技術(shù)的研究

高 澤，戈 濤

（1.國能銷售集團華北能源貿(mào)易有限公司，北京 100045；2.國家能源集團華東能源有限公司浙江辦事處，浙江 杭州 310015）

0 引言

我國內(nèi)煤炭資源分布并不均勻，要想保證各地區(qū)均擁有充足的煤炭資源，關(guān)鍵是要對其進行運輸。由于多數(shù)運煤列車并未配備相應(yīng)的遮蓋篷布，在運輸煤炭期間極易受到外界因素影響，進而產(chǎn)生揚塵，給現(xiàn)場人員及周圍環(huán)境帶來不良影響。由此可見，圍繞如何有效抑制煤炭揚塵展開討論很有必要，只有根據(jù)揚塵問題成因和特征，制定具有針對性的抑塵方案，才能使粉塵得到有力控制，在保證現(xiàn)場人員安全的前提下，將煤炭運輸對環(huán)境造成的影響降至最低。

1 煤炭揚塵的影響

1.1 浪費資源

一般情況下，運輸煤炭的損失量為1.0%/t～1.2%/t，在風(fēng)蝕影響下，運輸期間煤炭損失量能夠達(dá)到2.0%/t以上[1]。

1.2 污染環(huán)境

在制動、會車或曲線行駛的過程中，運輸車均會受到相對氣流的影響，進而產(chǎn)生揚塵，給周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染。揚塵會影響鐵路人員、隧道內(nèi)人員和車廂內(nèi)人員的健康，導(dǎo)致鐵路客運質(zhì)量下降。

1.3 威脅車輛安全

首先，車輛會車期間，受到相對速度的影響，將形成明顯的渦流，導(dǎo)致煤塊飛落，甚至?xí)羲闀嚶每土熊嚨能嚧安ＡВo車內(nèi)旅客的安全造成威脅[2]。其次，通過隧道時，由于隧道內(nèi)空間有限，極易出現(xiàn)煤塵懸浮在空氣中的情況，進而影響隧道內(nèi)人員的健康。最后，揚塵有一定概率黏附在列車底部的設(shè)備表面，使列車出現(xiàn)異?；蚨搪?，另外，揚塵黏附在交通信號燈上，將會影響司機對信號燈的判斷，事故發(fā)生率也因此上升。

2 抑塵技術(shù)介紹

運輸煤炭期間，運輸車輛極易受到風(fēng)力、顛簸作用的影響，進而產(chǎn)生大量揚塵，揚塵不僅會提高交通事故發(fā)生率，還會給人們健康和自然環(huán)境造成不可逆的影響?，F(xiàn)階段，實證有效的抑塵手段主要包括以下 4 種。

2.1 覆蓋抑塵

國內(nèi)煤炭運輸車輛普遍通過覆蓋篷布或是防塵網(wǎng)的方式，對揚塵進行抑制。隨著研究的深入，更多抑塵技術(shù)被研發(fā)出來，該方法也逐漸被淘汰，而該方法被淘汰的原因，主要可被歸納為以下3 點：①覆蓋抑塵需要投入大量精力與時間；②一旦運輸期間出現(xiàn)物料破損的問題，就會導(dǎo)致抑塵成本大幅增加；③不適配自動裝卸系統(tǒng)。

2.2 灑水抑塵

灑水抑塵該方法可用于任一起塵點，在一定程度上抑制揚塵。但同樣存在較為明顯的缺陷，具體表現(xiàn)在兩個方面：①該方法需要消耗大量電能和水資源，無法被用于資源稀缺的城市或地區(qū)；②水在蒸發(fā)過程中會帶走煤炭原有水分，導(dǎo)致煤炭濕度快速下降。由此可見，該方法更適合臨時抑塵，在長距離抑塵方面所能發(fā)揮作用十分有限。灑水抑塵如圖1 所示。

圖1 灑水抑塵

2.3 噴灑抑塵劑

抑塵劑的優(yōu)點主要是不需要增設(shè)篷布，既節(jié)約了物料，還避免了裝卸系統(tǒng)受到干擾?，F(xiàn)階段，噴灑抑塵劑的方法已得到廣泛運用，但也暴露了其存在的不足，即：可直接噴灑的液態(tài)抑塵劑的體積偏大，不便于運輸；體積較小的固態(tài)抑塵劑，要先配備成溶液才能使用。為解決固態(tài)抑塵劑使用步驟煩瑣的問題，有關(guān)人員決定開發(fā)自動配備并噴灑抑塵劑的系統(tǒng)，在保證抑塵效果的同時，最大限度節(jié)約該項工作所投入的人力資源。抑塵劑抑塵如圖2 所示。

圖2 抑塵劑抑塵

2.4 全封閉運輸

全封閉運輸強調(diào)將煤炭、空氣完全隔離，正常情況下，均不會出現(xiàn)揚塵情況。但該方法和自動裝卸系統(tǒng)間存在著難以解決的矛盾，尚不具備大范圍推廣的條件。

3 煤炭抑塵技術(shù)探究

無論是開采煤炭、運輸煤炭，還是在存儲煤炭的過程中，均會形成大量揚塵，導(dǎo)致現(xiàn)場人員的健康及周邊環(huán)境受到影響，對抑塵技術(shù)進行開發(fā)勢在必行。

3.1 使用抑塵劑

如果將抑塵原理作為劃分依據(jù)，可將現(xiàn)有抑塵劑劃分成以下4 類：①凝聚抑塵劑，成分以吸濕劑為主，能夠吸收空氣所含水分并將其作用于煤炭，確保煤炭始終保持著相對濕潤的狀態(tài)，從而達(dá)到抑塵的效果。②黏結(jié)抑塵劑，成分以高分子化合物為主。③潤濕抑塵劑，制備該類抑塵劑的原料為吸濕劑、活性劑，其中，吸濕劑負(fù)責(zé)吸收水分，活性劑負(fù)責(zé)吸附揚塵。④復(fù)合抑塵劑，目前，該類抑塵劑的使用頻率最高，這主要是因為該類抑塵劑在成膜性、水溶性還有穩(wěn)定性等方面，均有較上述抑塵劑更加突出的表現(xiàn)[3]。

作為能夠自然分解的黏合劑，抑塵劑應(yīng)滿足不會污染環(huán)境、不會散發(fā)出刺激性氣味、不會給煤炭質(zhì)量產(chǎn)生影響等要求，接觸煤炭顆粒后，可形成強度較強且厚度在1 cm 左右的固化層，在不施加超出其所能承受范圍的作用力的前提下，該固化層能夠抵抗100 km/h 的風(fēng)蝕，另外，將其置于-40 ℃～+40 ℃的環(huán)境下，固化層可存在約15 d，在此期間均能夠發(fā)揮出抑塵的作用[4]。抑塵劑的影響指標(biāo)如表1 所示，抑塵劑的性能指標(biāo)如表2 所示，抑塵劑的技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表1 抑塵劑的影響指標(biāo)

表2 抑塵劑的性能指標(biāo)

表3 抑塵劑的技術(shù)指標(biāo)

3.1.1 原料

制備復(fù)合抑塵劑需要用到3 類原料：①工業(yè)級成膜劑；②工業(yè)級吸濕劑；③工業(yè)級濕潤劑。另外，還要提前準(zhǔn)備攪拌槳、攪拌器還有恒溫水浴等設(shè)備。

3.1.2 制備過程

先向水中加入適量成膜劑，通過水浴的方式，將溶液溫度提高到80 ℃，連續(xù)攪拌10 min 左右，成膜劑完全溶解再加入吸濕劑和濕潤劑，快速攪拌30 min左右，待溶液冷卻到室溫，便可獲得性能突出的復(fù)合抑塵劑。

3.1.3 使用方法

將抑塵劑噴灑在煤炭表面，保證噴灑量達(dá)到1.5 L/m2以上，抑塵劑接觸煤炭顆粒后，將形成厚度在1 cm 左右的固化層，達(dá)到抑塵的效果。

3.1.4 抑塵效果

日前，有關(guān)人員對按照上述方法制備抑塵劑的效果進行了試驗，隨機選擇兩節(jié)運煤車廂均提前噴灑100 kg 的抑塵劑，運輸車行駛過程中，先后經(jīng)過多個橋梁及隧道，外界溫度最低為-25 ℃，最高能夠達(dá)到+30 ℃。試驗結(jié)果表明，煤炭表面所形成固化層雖然出現(xiàn)了一定的沉降，但整體較為完整，且抗壓強度、韌性良好。其他車廂均被風(fēng)蝕作用影響，煤層高度下降明顯，各節(jié)車廂平均損失煤炭達(dá)到185 kg。

3.2 開發(fā)抑塵系統(tǒng)

3.2.1 制備系統(tǒng)

制備系統(tǒng)的構(gòu)成相對復(fù)雜，主要有提升水泵、加料機和攪拌罐等部分。抑塵劑的原料包括成膜劑、吸濕劑還有濕潤劑，通常需要按照一定比例將其配制成溶液（溶液濃度以1%為最佳），才能通過噴灑的方式達(dá)到抑塵的效果。配備溶液的步驟如下：先將攪拌機運行參數(shù)設(shè)定為7 m3/h，將減速電機運行參數(shù)設(shè)定為40 Hz，再按照100 kg/h 的比例投入抑塵劑原料，抑塵劑初步溶于水后，將溶液轉(zhuǎn)移到攪拌罐內(nèi)，開啟電機進行為期60 min 的強力攪拌，將不存在沉淀及懸浮物的溶液盡數(shù)運往儲液罐內(nèi)備用。該系統(tǒng)的價值主要體現(xiàn)在3 個方面：①可自動配備抑塵所需溶液，保證溶液質(zhì)量符合要求；②可以實時監(jiān)測溶液溫度、濃度等參數(shù)；③可經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)、計算機對制備系統(tǒng)進行控制，同時對制備期間各項數(shù)據(jù)進行存儲，供其他人員參考。

3.2.2 噴灑系統(tǒng)

噴灑系統(tǒng)包括噴灑泵、電磁閥和儲液罐等部分。開啟噴灑泵、電磁閥后，由噴灑泵向抑塵劑施加一定作用力，確保預(yù)制抑塵劑能夠到達(dá)噴灑裝置內(nèi)，經(jīng)由噴灑裝置噴出，達(dá)到抑塵的效果。

3.2.3 自控系統(tǒng)

自控系統(tǒng)的核心構(gòu)件為計算機，開發(fā)期間需要用到智控技術(shù)、變頻技術(shù)，可被用來對滾筒位置、噴灑流量/壓力和電磁閥啟閉狀態(tài)進行控制，真正做到以電機、噴灑泵以及電磁閥運行情況為依據(jù)，對各項參數(shù)進行調(diào)節(jié)，確保噴灑系統(tǒng)長期處于穩(wěn)定且高效的運行狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。該系統(tǒng)整合了多個變量，其中，輸入量包括噴灑壓力、流量和車輛位置信號，輸出量包括噴灑黏度、壓力及流量，可根據(jù)運煤車輛位置、行駛速度決定是否開啟噴灑系統(tǒng)，同時以現(xiàn)場情況為依據(jù)，調(diào)整擺臂位置，使噴灑壓力趨于穩(wěn)定。

3.2.4 清洗系統(tǒng)

清洗系統(tǒng)可被拆分成回流管路、過濾設(shè)備和清洗罐等部分。待噴灑作業(yè)告一段落，先關(guān)閉電磁閥，再開啟噴灑泵和清洗罐上方所設(shè)置閥門，依托噴灑泵所施加作用力，將清洗液注入噴灑裝置內(nèi)，確保管路、噴灑裝置可得到全面清洗。清洗所產(chǎn)生殘液，則要經(jīng)由回流管路、過濾設(shè)備運回清洗罐內(nèi)，供下一次清洗使用[5]。在溫度較低的冬季，應(yīng)改用防凍液進行清洗作業(yè)，保證清洗效果能夠達(dá)到預(yù)期。

3.3 建設(shè)抑塵站

對運煤鐵路進行改擴建期間，抑塵站需要做到規(guī)劃、設(shè)計、施工、驗收、投運5個同步。有關(guān)人員應(yīng)以現(xiàn)有抑塵站作為基礎(chǔ)，結(jié)合運輸組織所發(fā)生變化，對抑塵站布局進行調(diào)整或升級，如果條件允許，還可以在線路重要節(jié)點附近新建抑塵站，確保抑塵站能夠覆蓋指定范圍內(nèi)的數(shù)個裝車點。建設(shè)抑塵站期間，應(yīng)做到以下6 點要求：①在恰當(dāng)位置增設(shè)測速裝置、監(jiān)控設(shè)備。②在保留噴灑設(shè)備既有功能的前提下，新增鉤檔停噴相關(guān)功能。③在清水罐和儲液罐表面涂刷藍(lán)漆，明確標(biāo)出罐內(nèi)實際容積，同時安裝液位計。④在攪拌罐內(nèi)部均勻涂刷防腐漆，延長攪拌罐使用壽命。⑤各膠體磨均有防塵裝置對應(yīng)。⑥噴灑車內(nèi)需要增設(shè)定位系統(tǒng)、監(jiān)控設(shè)備。

4 結(jié)語

綜上所述，要想使煤炭揚塵問題得到有效解決，關(guān)鍵是要以該問題的成因和特征為依據(jù)，確定可起到抑制效果的抑制劑類型，結(jié)合實踐所積累經(jīng)驗，對抑塵設(shè)備、自動系統(tǒng)進行升級，同時建立長效保障機制。事實證明，只有做到多管齊下，才能使抑塵工作取得理想成效，并為運煤行業(yè)穩(wěn)定且快速的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。