CN107480836A

CN107480836A - 一种适用于港口露天煤炭堆场pm2.5起尘总量的估算方法

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Publication number: CN107480836A
Application number: CN201710823658.6A
Authority: CN
Inventors: 林宇; 刘长兵; 杨莹; 吴世红; 李皑菁; 李东昌; 侯瑞; 罗小凤; 熊红霞; 韩健
Original assignee: Environmental Science And Technology Development (tianjin) Co Ltd; Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering MOT
Current assignee: Environmental Science And Technology Development (tianjin) Co Ltd; Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering MOT
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2017-12-15
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: CN107480836B

Abstract

本发明公开了一种适用于港口露天煤炭堆场PM_2.5起尘总量的估算方法，包括PM_2.5静态起尘量估算方法和PM_2.5动态起尘量估算方法，PM_2.5静态起尘量估算方法采用以下步骤：1)获取PM_2.5与悬浮颗粒物的重量比值；划分堆场内风速段，获得相应堆场内风速段的平均风速U及出现频率；2)计算该堆场堆垛颗粒物启动风速，3)计算该堆场内对应各堆场风速段的PM_2.5年静态起尘量；4)计算该堆场内的PM_2.5年静态起尘量；PM2.5动态起尘量估算方法将原起尘公式计算的动态起尘量乘以A_PM2.5/TSP的2.3倍作为PM_2.5的动态起尘量。采用本发明估算露天煤炭堆场的PM_2.5起尘总量，估算结果准确度较高。

Description

一种适用于港口露天煤炭堆场PM2.5起尘总量的估算方法

技术领域

本发明涉及环境科学与工程领域的大气颗粒物控制技术领域，特别是一种适用于港口露天煤炭堆场PM_2.5起尘总量的估算方法。

背景技术

采取露天堆存方式的煤炭堆场为开放性尘源，源强具有不确定性，起尘量的大小与作业量、煤堆表面积、颗粒粒径、含水率及风速等均有关系。其中两个主要起尘环节，一是煤炭处于堆存状态时在风力作用下的静态起尘，其发生量与堆垛的堆表面积、表面含水率、地面风速等有关；二是装卸、堆取料作业过程的发生的动态起尘，其发生量与环境风速、装卸高度等有关。目前常用的港口露天煤炭堆场起尘量计算公式，为2011年交通运输部发布的《港口建设项目环境影响评价规范》(JTS 105-l-2011)中给出的起尘公式，其为众多研究人员采用风洞试验、数学模拟等多种研究手段经过多年探索、不断修正得出的成果，在环境评价、粉尘总量控制等相关领域得到了广泛应用，是经验数据和理论推导相结合得出的相对成熟的公式。公式形式如下：

Q₁＝0.5α(U-U₀)³S

U₀＝0.03·e^0.5ω+3.2

式中：

Q₁：静态起尘量(kg/a)；

Q₂：作业量为Y时的动态起尘量(kg)；

U：风速(m/s，多堆堆场表面风速取单堆的89％)。

U₀：混合粒径颗粒的起动风速(m/s)

ω：含水率(％)；

S：堆表面积(m²)

Y：作业量(t)；

H：作业落差(m)；

α：货物类型起尘调节系数；

β：作业方式系数；

ω₂：水分作用系数，与散货性质有关，取0.40～0.45；

ω₀：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ω₀值取6％；

ν₂：作业起尘量达到最大起尘量50％时的风速(m/s)；

e：数学常数

随着我国在环境治理方面重视程度的加强，环境空气中PM_2.5等污染问题越来越受到重视，对于露天煤堆场的起尘量计算也不仅仅局限在计算粉尘释放总量(TSP起尘总量)，还需计算释放的粉尘中细颗粒物PM_2.5的起尘总量，但是现在还没有针对露天煤炭堆场PM_2.5起尘总量的计算公式。

目前露天煤炭堆场PM_2.5的起尘总量的计算方法是：利用上述起尘公式计算TSP的静态起尘量和动态起尘量后，分别乘以PM_2.5筛分系数作为PM_2.5的静态起尘量和动态起尘量，将PM_2.5的静态起尘量和动态起尘量之和作为港口露天煤炭堆场的起尘总量。其中，PM_2.5筛分系数(A_PM2.5/PM100)为堆垛表面煤炭中粒径小于等于2.5μm的颗粒物(PM_2.5)的含量与粒径小于等于100μm的颗粒物(TSP)的含量的比值。

该方法存在以下问题：

1)风洞实验和现场监测数据表明，煤炭处于堆存状态时，产生的静态扬尘中PM_2.5和TSP排放量的比值(E_{静态PM2.5/PM100})与该煤炭的PM_2.5筛分系数(A_PM2.5/PM100)相差较远，说明将现有起尘公式计算得出的港口露天煤炭堆场TSP静态起尘量的值乘以PM_2.5筛分系数作为PM_2.5的静态起尘量，其估算结果不够准确。

2)当地面风速小于、等于3.2m/s时，使用该方法计算的PM_2.5静态起尘量为0。但是风洞试验数据和实际露天煤炭堆场静态起尘监测数据都显示在风速小于3.2m/s时，煤炭处于堆存状态时有PM_2.5产生，PM_2.5的起尘量起尘量是大于0的。

3)再悬浮试验、风洞实验和现场监测数据表明，煤炭处于在进行装卸、堆取料作业状态时，产生的动态扬尘中的PM_2.5和TSP排放量的比值(E_{动态PM2.5/PM100})与该煤炭的PM_2.5筛分系数(A_PM2.5/PM100)也存在较大的差异，说明将现有起尘公式计算得出的港口露天煤炭堆场TSP动态起尘量的值乘以PM_2.5筛分系数作为PM_2.5的动态起尘量，估算结果也不够准确。综上所述，目前采用的港口露天煤炭堆场PM_2.5起尘总量的估算方法存在较大问题，估算结果准确度较低。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种适用于港口露天煤炭堆场PM_2.5起尘总量的估算方法，采用该方法估算露天煤炭堆场的PM_2.5起尘总量，估算结果准确度较高。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种适用于港口露天煤炭堆场PM_2.5起尘总量的估算方法，包括PM_2.5静态起尘量估算方法和PM_2.5动态起尘量估算方法；

一)PM_2.5静态起尘量估算方法采用以下步骤：

1)通过粒径筛分试验或查阅资料获取该堆场堆垛表面煤炭中粒径小于等于2.5μm细颗粒物(PM_2.5)含量与粒径小于等于d₁，d₂，d₃……d_m，d₁>2.5,dm＝100的颗粒物含量的比值A_PM2.5/PMd1,A_PM2.5/PMd2,A_PM2.5/PMd3........A_PM2.5/PMdm；划分堆场内风速段，然后根据堆场所在地的气象资料获得相应堆场内风速段的平均风速U_i及出现频率f_i，i＝1,2…n，n为风速段数量；

2)采用以下公式计算该堆场堆垛表面煤炭中粒径分别为2.5，d₁，d₂，d₃……d_m的颗粒物启动风速U_0PMD，

U_0PMD＝0.03·e^0.5ω+U_PMD

其中：ω：煤炭表面含水率(％)；

U_PMD：颗粒物的基础启动风速；

D：颗粒物的粒径，取值为2.5，d₁，d₂，d₃……d_m；

3)计算该堆场内对应各堆场风速段的PM_2.5年静态起尘量Q_i：

3.1)若堆场内风速段的平均风速U_i：U_i≤U_0PM2.5，Q_i＝0；

3.2)若堆场内风速段的平均风速U_i：U_0PMd1≥U_i＞U_0PM2.5

3.3)若堆场内风速段的平均风速U_i：U_0PMd2≥U_i＞U_0PMd1，

3.4)若堆场内风速段的平均风速U_i：U_0PMd3≥U_i＞U_0PMd2，

……

3.5)以此类推，若堆场内风速段的平均风速U_i：U_0PMdm≥U_i＞U_0PMdm-1，

3.6)若堆场内风速段的平均风速U_i＞U_0PM100

其中：

....

Q_i：对应堆场内风速段平均风速为U的PM_2.5的静态起尘量(kg/a)，

α：货物类型起尘调节系数，

S：煤炭堆表面积(m²)；

4)计算该堆场内的PM_2.5年静态起尘量Q_静态

二)PM_2.5动态起尘量估算方法采用以下公式：

式中：

Q_动态：作业量为Y时的动态起尘量(kg)；

A_PM2.5/PM100：该堆场堆垛表面煤炭中粒径小于等于2.5μm的颗粒物的含量与粒径小于等于100μm的颗粒物的含量的比值；

Y：作业量(t)；

ω：含水率(％)；

H：作业落差(m)；

β：作业方式系数；

ω₂：水分作用系数，与散货性质有关，取0.40～0.45；

ν₂：作业起尘量达到最大起尘量50％时的风速(m/s)。

不用说

本发明具有的优点和积极效果是：

1)确定露天堆存时煤炭中不同粒径的颗粒物的启动风速，根据该启动风速和粒径筛分试验得到的PM_2.5与不同粒径的颗粒物的含量比结合起来估算PM_2.5静态起尘量，估算的PM_2.5静态起尘量结果比现有技术准确。

2)根据堆场表面风速，分风速段计算PM_2.5静态起尘量，不仅解决了现有方法低风速段估算结果为0的问题，也使估算结果准确度大大加强。

3)通过大量的再悬浮试验、风洞实验和现场监测数据，合理地确定了露天煤炭堆场装卸、堆取料作业时产生的粒径小于等于2.5μm的细颗粒物(PM_2.5)占粒径小于等于100μm的总悬浮颗粒物(TSP)的比例(E_{动态PM2.5/PM100})约为堆场堆垛表面煤炭中粒径小于等于2.5微米的颗粒物(PM_2.5)的含量与粒径小于等于100微米的颗粒物(TSP)的含量的比值(A_PM2.5/PM100)的2.3倍，因此将原起尘公式计算的动态起尘量乘以A_PM2.5/TSP的2.3倍作为PM_2.5的动态起尘量，估算结果比现有技术准确。

综上所述，采用本发明估算露天煤炭堆场的PM_2.5起尘总量，估算结果准确度较高。

附图说明

图1为采用风洞试验得出的风速与静态起尘中PM_2.5与TSP重量比值的关系图；

图2为实际监测数据对风速与静态起尘中PM_2.5与PM₁₀重量比值关系的验证图；

图3为采用风洞实验对不同风速下总静态起尘量的验证图；

图4为装卸机械作业状态下煤炭颗粒物监测结果统计图；

图5为筒仓内部煤炭颗粒物现状监测结果统计图；

图6为风洞模拟动态起尘的实验数据统计图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

结合背景技术中现有露天煤炭堆场PM_2.5静态起尘量计算方法存在的三个缺陷，本发明进行了如下工作：

针对问题1)，通过风洞试验和实际监测数据来解决。根据风洞实验数据拟合出煤炭在不同风速下PM_2.5静态起尘量与该风速下静态起尘量之间的关系。由于在风洞实验中风速小于3m/s时较难采集到的PM_2.5有效样品，风洞实验的风速设定在3m/s～9/s。风速小于3m/s时，采用实际监测数据来验证。实际监测数据选取的是某露天煤堆场东南侧1km处环境空气颗粒物连续自动监测站的PM₁₀和PM_2.5的浓度数据。

对了使风洞实验数据和实际监测数据一致，实验用煤采用该堆场堆存的煤炭，其含水率在4.3～4.4％之间。由于PM_2.5定义为粒径小于等于2.5μm的颗粒物，PM₁₀定义为粒径小于等于10μm的颗粒物，TSP定义粒径小于等于100μm的颗粒物，为便于表达，将TSP用PM₁₀₀来表示。根据原技术，TSP(PM₁₀₀)的基础启动风速U_PM100＝3.2m/s，结合Bagnold起动流速公式：(U₀为起动风速；A为实验常数；ρ_p、ρ_a分别为颗粒物和空气密度；g为重力加速度；D颗粒物粒径)，可以得出颗粒物(PM_D)基础起动风速(U_PMD)为:

颗粒物(PM_D)起动风速(U_0PMD)为

式中ω为煤炭表面含水率(％)。

因此该煤炭PM₁₀₀的启动风速U_0PM100约为3.47m/s,PM₈₀的启动风速U_0PM80约为3m/s，PM₁₀的启动风速U_0PM10约为1.27m/s，PM_2.5的启动风速U₀PM_2.5约为0.75m/s。对该煤炭进行粒径筛分实验，得到该煤炭中粒径小于等于2.5μm的颗粒物约占粒径小于等于10μm的颗粒物的34.8％，即APM_2.5/PM10＝0.348，粒径小于等于2.5μm的颗粒物约占粒径小于等于100的颗粒物的25.3％，即APM_2.5/PM100＝0.253。

通过多次风洞实验获得不同风速(U_风洞)下空气中PM_2.5与TSP的浓度比值(E_风洞)数据。数据表明，3.1≤U_风洞≤3.4m/s时，E_风洞呈小幅递增趋势；U_风洞≥3.5m/s，E_风洞不再呈递增趋势，参见图1。

对3.1≤U_风洞≤3.4时的E_风洞数据进行最小二乘法拟合，得到：

从实验数据中可以看出，当U_风洞≥3.5m/s，E_风洞在APM_2.5/PM100的2.36倍左右浮动，结合式(2)表达为：

由于PM₁₀₀的启动风速U_0PM100约为3.47m/s，PM₈₀的启动风速U_0PM80约为3m/s，PM₁₀的启动风速U_0PM10约为1.27m/s，PM_2.5的启动风速U₀PM_2.5约为0.75m/s。根据式(3),(4)推断，在风速位于0.75m/s与1.27m/s之间时，堆场实际监测数据应该符合：

验证结果请参见图2。

因此得出：某风速(U)下扬起的PM_2.5和该风速可起尘颗粒物(PM_d)重量的比值E_{静态PM2.5/PMd}，与粒径筛分结果A_PM2.5/PMd，存在如下关系：

U＞U_0PM100：

U_0PM100≥U＞U_0PM2.5：

针对问题2)，

根据公式(2)可得

D＝2.5·(2U-0.06e^0.5ω)² (8)

因此风速为U时，粒径小于D的颗粒物都可以起尘，因此：

1)当U≤U_0PM2.5时，起粒径小于2.5μm的颗粒物，静态起尘量非常小，故认为该风速下静态起尘量Q也为0；

2)当U_0PMdj≥U＞U_0PM2.5(d_j＝2.5·(2U_0PMdj-0.06e^0.5ω)²，d_j>2.5)时，风速U下可起尘的颗粒物粒径包括可起的全部小于2.5μm的颗粒物、粒径大于等于2.5μm小于d_j的颗粒物，粒径小于2.5μm的颗粒物起尘量为0，根据原技术，该风速下静态起尘量为

Q_PM2.5～PMdj＝0.5·α·γ_PM2.5～PMdj·(U-U_0PM2.5)³·S

因为原技术计算的是TSP(PM₁₀₀)起尘量，因此需乘粒径调节系数γ，因为颗粒物的重量与粒径的三次方成正比，该风速下的

这里当U＝U_0PMdj时，可起尘的颗粒物包括可起的全部小于2.5μm的颗粒物(起尘量为0)和可起的全部粒径大于等于2.5μm小于d_j的颗粒物：

Q_{全PM2.5～PMdj}＝0.5·α·γ_PM2.5～PMdj·(U_0PMdj-U_0PM2.5)³·S

3)当U_0PMdk≥U＞U_0PMdj(d_k＝2.5·(2U_0PMdk-0.06e^0.5ω)²，d_k>d_j)时，风速U下可起尘的颗粒物包括可起的全部粒径小于2.5μm的颗粒物(起尘量为0)、可起的全部粒径大于等于2.5μm小于d_j的颗粒物、粒径大于等于d_j小于d_k的颗粒物。该风速下静态起尘量为：

Q_PM2.5～PMdk＝0.5·α·γ_PMdj～PMdk·(U-U_0PMdj)³·S+Q_{全PM2.5～PMdj}

即：Q_PM2.5～PMdk＝0.5·α·γ_PMdj～PMdk·(U-U_0PMdj)³·S+0.5·α·γ_PM2.5～PMdj·(U_0PMdj-U_0PM2.5)³·S

这里当U＝U_0PMdk时，可起尘的颗粒物包括可起的全部小于2.5μm的颗粒物(起尘量为0)、可起的全部粒径大于等于2.5μm小于d_k的颗粒物：

Q_{全PM2.5～PMdk}＝0.5·α·γ_PMdj～PMdk·(U_0PMdk-U_0PMdj)³·S+0.5·α·γ_PM2.5～PMdj·(U_0PMdj-U_0PM2.5)³·S

4)当U_0PM100≥U＞U_0PMdk时，风速U下可起尘的颗粒物包括可起的全部粒径小于2.5μm的颗粒物(起尘量为0)、可起的全部粒径大于等于2.5μm小于d_k的颗粒物、粒径大于等于d_k小于100μm的颗粒物，该风速下静态起尘量为：

Q_{PM2.5～PM100}＝0.5·α·γ_PM100～PMdk·(U-U_0PMdk)³·S+Q_{全PM2.5～PMdk}

即：

这里当U＝U_0PM100时，可起尘的颗粒物包括可起的全部小于2.5μm的颗粒物(起尘量为0)、可起的全部粒径大于等于2.5μm小于100μm的颗粒物：

Q_{全PM2.5～PM100}＝0.5·α·γ_PM100～PMdk·(U_0PM100-U_0PMdk)³·S

+0.5·α·γ_PMdj～PMdk·(U_0PMdk-U_0PMdj)³·S+0.5·α·γ_PM2.5～PMdj·(U_0PMdj-U_0PM2.5)³·S

以上1)～4)为低风速(U≤U_0PM100)时静态起尘量的计算方法。

5)当U＞U_0PM100时，可起尘的颗粒物为TSP(PM₁₀₀)，符合原技术的条件，因原技术缺少了低风速段的静态起尘量，因此风速U＞U_0PM100下的静态起尘量为利用原技术计算的静态起尘量再加上低风速段的静态起尘量：

Q_PM100＝0.5·α·(U-U_0PM100)³·S+Q_{全PM2.5～PM100}

即：

采用风洞实验对不同风速下静态起尘量计算结果进行验证：

采用4×4排列的多堆形式的煤炭堆垛模型，单个煤堆参考典型煤堆的尺寸等比例缩小，模型煤堆底座尺寸为长400mm、宽200mm，垛顶尺寸为长325mm、宽120mm，高度为80mm，堆表面积约为2m²。将配置好的煤堆放在一个无沿托盘内，分别记录煤粉和托盘质量。然后起动风洞装置，设定风速2m/s，3m/s，4m/s，5m/s，5.5m/s，6m/s，6.5m/s，7m/s，7.5m/s。将煤垛吹蚀1小时后，称量吹蚀后煤粉和托盘重量，其中滚落在托盘内的煤粉，不计入起尘量中，前后2次重量之差即为该煤垛的总起尘量。风速低于5m/s时起尘量比较少，数据重复性较差，因此保留风速为5m/s，5.5m/s，6m/s，6.5m/s，7m/s，7.5m/s时的起尘量数据，与本方法计算出的总起尘量进行对比，验证结果请参见图3。

针对问题3)，

通过再悬浮实验、风洞试验和实际监测数据确定露天煤炭堆场装卸、堆存作业时产生的细颗粒物(PM_2.5)占总悬浮颗粒物(TSP)的比例(E_{动态PM2.5/PM100})。

1)采集某露天煤堆场动态起尘环节的样品进行粒径筛分，获得该样品中粒径小于等于2.5μm的颗粒物(PM_2.5)的含量与粒径小于等于100μm的颗粒物(TSP)的含量的比值(A_PM2.5/PM100)，对该样品进行再悬浮实验，统计PM_2.5和TSP的排放重量比(E_{再悬浮PM2.5/PM100})，发现E_{再悬浮PM2.5/PM100}/A_PM2.5/PM100的值在1.4～2.38之间，均值为2.02，请参见表1。通过再悬浮实验数据推测煤堆场发生动态起尘时，产生的PM_2.5占TSP的比例(E_{动态PM2.5/PM100})可能为A_PM2.5/PM100的2倍左右。

表1

2)在多个港口煤炭堆场的堆取料机、装船机、翻车机等动态起尘的污染源处以及煤炭筒仓内部开展了TSP和PM_2.5的同步监测，堆场中煤炭的A_PM2.5/PM100在2.2％～27.4％之间，多数位于12％～16％之间。

监测期间获得的煤炭港口机械作业状态下PM_2.5和TSP排放监测浓度比值的范围为11.8％～70.8％，均值为43.5％；PM_2.5监测浓度平均值与TSP监测浓度平均值的比值为25.8％。PM_2.5和TSP排放重量比(E_{堆场作业PM2.5/PM100})主要分布在30％～70％之间，平均值为45.7％，请参见图4。采集样品中的PM_2.5和TSP大部分来自堆场煤炭装卸作业动态起尘，同时也受堆场静态起尘和该区域其他污染源(港口机械废气为主)贡献的PM_2.5和TSP的影响，由于港口机械废气PM_2.5的比重较大，因此监测到的PM_2.5和TSP排放重量(E_{堆场作业PM2.5/PM100})比实际动态起尘中的E_{动态PM2.5/PM100}大，E_{动态PM2.5/PM100}达不到A_PM2.5/PM100的3倍。

3)煤炭筒仓采集样品中的PM_2.5和TSP大部分来自筒仓内部的煤炭作业起尘，其PM_2.5和TSP排放重量(E_{筒仓PM2.5/PM100})较为接近实际动态起尘中的E_{动态PM2.5/PM100}，因此选择对煤炭筒仓内部监测。监测期间获得的煤炭筒仓内部PM_2.5监测浓度平均值与TSP监测浓度平均值的比值为24.2％。PM_2.5和TSP排放重量比(E_{筒仓PM2.5/PM100})的主要分布在17％～30％之间，平均值为23.1％，请参见图5。对筒仓的监测数据表明了E_{动态PM2.5/PM100}约为A_PM2.5/PM100的两倍左右。

4)采用风洞实验模拟露天煤炭堆场动态起尘，设定风速3m/s，4m/s，5m/s，6m/s，7m/s，8m/s，获得PM_2.5和TSP排放重量比(E_{风洞PM2.5/PM100})。请参见图6。

风洞实验获取的数据中，当风速越大，起尘量越大，误差则越小，风速达到6m/s后，

E_{风洞PM2.5/P100}/A_PM2.5/PM100的值越来越趋近于2.3，可以认为，PM_2.5起尘量在TSP的起尘量中的比例(E_{动态PM2.5/PM100})约为堆场堆存的煤炭中细颗粒物(PM_2.5)占总悬浮颗粒物(TSP)的比例之间的关系(A_PM2.5/PM100)的2.3倍。

因此，本发明采用以下步骤计算港口露天煤炭堆场的PM_2.5起尘总量：

一)PM_2.5静态起尘量估算方法采用以下步骤：

U_0PMD＝0.03·e^0.5ω+U_PMD

其中：ω：煤炭表面含水率(％)；

U_PMD：颗粒物的基础启动风速；

D：颗粒物的粒径，取值为2.5，d₁，d₂，d₃……d_m；

3)计算该堆场内对应各堆场风速段的PM_2.5年静态起尘量Q_i：

3.1)若堆场内风速段的平均风速U_i：U_i≤U_0PM2.5，Q_i＝0；

3.2)若堆场内风速段的平均风速U_i：U_0PMd1≥U_i＞U_0PM2.5

3.3)若堆场内风速段的平均风速U_i：U_0PMd2≥U_i＞U_0PMd1，

3.4)若堆场内风速段的平均风速U_i：U_0PMd3≥U_i＞U_0PMd2，

……

3.6)若堆场内风速段的平均风速U_i＞U_0PM100

其中：

....

α：货物类型起尘调节系数，

S：煤炭堆表面积(m²)；

4)计算该堆场内的PM_2.5年静态起尘量Q_静态

二)PM_2.5动态起尘量估算方法采用以下步骤：

1)通过粒径筛分试验或查阅资料获取该堆场堆垛表面煤炭中粒径小于等于2.5μm的颗粒物(PM_2.5)的含量与粒径小于等于100μm的颗粒物(TSP)的含量的比值A_PM2.5/PM100；然后根据堆场所在地的气象资料获得风速资料。

2)采用以下公式计算该堆场在作业量为Y时产生PM_2.5动态起尘量Q_动态：

式中：

Q_动态：作业量为Y时的动态起尘量(kg)；

Y：作业量(t)；

ω：含水率(％)；

H：作业落差(m)；

β：作业方式系数；

ω₂：水分作用系数，与散货性质有关，取0.40～0.45；

ν₂：作业起尘量达到最大起尘量50％时的风速(m/s)。

本发明应用实例：

选用某专业煤炭运输港区内的露天煤炭堆场为分析实例，对本发明的PM_2.5起尘总量估算方法作进一步说明。该港区内的露天煤炭堆场的煤炭年运量为2000万t，其中进口1000万t，出口1000万t，均为水路运输。该煤炭堆场配备2台堆料机、2台取料机、3台桥式抓斗卸船机、3台移动式装船机。堆场长约890米，宽约500米，堆场堆垛表面积约为384720平方米，平均堆高为10米。堆存煤炭含水率为8％。根据堆场所在区域的风速气象资料，计算该煤炭堆场全年的PM_2.5起尘总量。

1)首先是处理堆场所在地的气象资料，气象资料里的风速为环境风速，要先转化为堆场内风速，堆场内风速为环境风速乘以0.89，计算堆场内年均风速为2.8m/s。

2)通过进行筛分实验获取该堆场堆存的煤炭的粒径筛分数据

A_PM2.5/PM10	A_PM2.5/PM20	A_PM2.5/PM40	A_PM2.5/PM80	A_PM2.5/PM100
					45.8％	19.8％	7.9％	6.5％	5％

3)计算该堆场的年静态起尘量

3.1)根据气象资料，把风速分段，统计每个风速段的出现频率划分12个风速段，统计每个风速段的出现频率(f)和等效风速(U)。

3.2)根据本发明方法计算每个风速段的静态起尘量。

3.3)计算总的静态起尘量，请参见表2。

表2

4)根据本发明方法计算该堆场的年动态起尘量，请参见表3

表3

5)该堆场的年起尘总量为12.32t。

Claims

1.一种适用于港口露天煤炭堆场PM_2.5起尘总量的估算方法，包括PM_2.5静态起尘量估算方法和PM_2.5动态起尘量估算方法，其特征在于，

一)PM_2.5静态起尘量估算方法采用以下步骤：

U_0PMD＝0.03·e^0.5ω+U_PMD

<mrow> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mi>D</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>0.5</mn> <mo>&CenterDot;</mo> <msqrt> <mfrac> <mi>D</mi> <mn>2.5</mn> </mfrac> </msqrt> </mrow>

其中：ω：煤炭表面含水率(％)；

U_PMD：颗粒物的基础启动风速；

D：颗粒物的粒径，取值为2.5，d₁，d₂，d₃……d_m；

3)计算该堆场内对应各堆场风速段的PM_2.5年静态起尘量Q_i：

3.1)若堆场内风速段的平均风速U_i：U_i≤U_0PM2.5，Q_i＝0；

3.2)若堆场内风速段的平均风速U_i：U_0PMd1≥U_i＞U_0PM2.5

<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>0.5</mn> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>U</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mn>0</mn> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mn>2.5</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>3</mn> </msup> <msup> <mi>e</mi> <mfrac> <mrow> <mi>U</mi> <mo>-</mo> <mn>0.5</mn> </mrow> <mi>U</mi> </mfrac> </msup> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mn>2.5</mn> <mo>/</mo> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>S</mi> </mrow>

3.3)若堆场内风速段的平均风速U_i：U_0PMd2≥U_i＞U_0PMd1，

<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>0.5</mn> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>U</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mn>0</mn> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>3</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mn>0</mn> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mn>0</mn> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mn>2.5</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>3</mn> </msup> <mo>&rsqb;</mo> <msup> <mi>e</mi> <mfrac> <mrow> <mi>U</mi> <mo>-</mo> <mn>0.5</mn> </mrow> <mi>U</mi> </mfrac> </msup> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mn>2.5</mn> <mo>/</mo> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mi>d</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>S</mi> </mrow>

3.4)若堆场内风速段的平均风速U_i：U_0PMd3≥U_i＞U_0PMd2，

<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>0.5</mn> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>U</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mn>0</mn> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mi>d</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>3</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mn>0</mn> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mi>d</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mn>0</mn> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>3</mn> </msup> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>&gamma;</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mn>0</mn> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mn>0</mn> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mn>2.5</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>3</mn> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <msup> <mi>e</mi> <mfrac> <mrow> <mi>U</mi> <mo>-</mo> <mn>0.5</mn> </mrow> <mi>U</mi> </mfrac> </msup> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mn>2.5</mn> <mo>/</mo> <mi>P</mi> <mi>M</mi> <mi>d</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>S</mi> </mrow>

……

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3.6)若堆场内风速段的平均风速U_i＞U_0PM100

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其中：

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α：货物类型起尘调节系数，

S：煤炭堆表面积(m²)；

4)计算该堆场内的PM_2.5年静态起尘量Q_静态

二)PM_2.5动态起尘量估算方法采用以下公式：

式中：

Q_动态：作业量为Y时的动态起尘量(kg)；

Y：作业量(t)；

ω：含水率(％)；

H：作业落差(m)；

β：作业方式系数；

ω₂：水分作用系数，与散货性质有关，取0.40～0.45；

ν₂：作业起尘量达到最大起尘量50％时的风速(m/s)。