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一種港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510263883.X

申請日:

2015.05.22

公開號:

CN104915544A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 19/00申請日:20150522|||公開
IPC分類號: G06F19/00(2011.01)I 主分類號: G06F19/00
申請人: 山東科技大學
發明人: 叢曉春; 王成; 楊國淑
地址: 266590山東省青島市經濟技術開發區前灣港路579號
優先權:
專利代理機構: 濟南舜源專利事務所有限公司37205 代理人: 陳海濱
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510263883.X

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.10.13|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法,具體涉及環境科學與工程領域的大氣顆粒物控制技術領域。它解決了現有的露天堆場粉塵釋放總量的估算模式只考慮到靜態釋放量,沒有考慮機械作業狀態下粉塵動態釋放量的貢獻的問題。該港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算模式,采用用于露天開放性顆粒源風蝕釋放因子的動力學估算方法,確定出擾動1次釋放的靜態風蝕粉塵量Qj;根據全年擾動次數,估算露天散貨堆場靜態年起塵量Qs;然后通過確定動態作業時的散貨粉塵裝卸系數,計算動態年起塵量Qd;最后根據靜態年起塵量和動態年起塵量估算全年粉塵排放總量Q。

權利要求書

權利要求書
1.  一種港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法,包括露天開放性顆粒源風蝕釋放因子的動力學估算方法,所述露天開放性顆粒源風蝕釋放因子的動力學估算方法包括以下步驟:
a選取任意形狀顆粒源,按照1∶1比例,建立顆粒源物理模型;設計計算域,確定計算所必需的入口及邊壁條件;
b采用非均勻四面體網格對步驟a中設計的計算域實施網格劃分,網格劃分遵循“近壁加密”原則,即靠近顆粒源物理模型的區域采用精密網格,遠處采用稀疏網格;并對網格劃分方法進行敏感性驗證,直至網格劃分方法對計算結果的敏感性影響≤5%時,方可認定完成網格劃分;
c選用穩態k-ε二方程湍流數學模型,將控制方程寫成通用守恒方程,采取有限容積法將方程離散成差分方程并采用二階迎風格式求解;
d繼續采用壓力-速度耦合的半隱式算法求解,將計算誤差控制在δ≤10-3以內,以此得到流場計算結果;
e根據步驟d得到的流場計算結果,確定顆粒源上空不同鉛垂高度截面處的風速均值,然后采用冪指數形式Z=aUm對其進行曲線擬合,其中Z為距離顆粒源表面高度,U為各高度下對應的風速均值,a和m均為擬合系數,曲線橫坐標為風速均值,曲線縱坐標為垂直高度,擬合的曲線在縱坐標上的截距,即為摩阻風速的作用高度,提取距離顆粒源表面等作用高度處風速值即可獲得摩阻風速分布及顆粒源受風蝕影響狀況;
f將步驟e獲取的摩阻風速分布以顆粒閾值摩阻風速為基準,劃歸到若干個不同的速度范圍,統計各速度范圍段下所對應的子區域面積;
g按照公式(5)統計顆粒源各表面風蝕起塵量并匯總;
EF=mΣi=1NΣj=1M[58(u*-ut*)2+25(u*-ut*)]Sij,u*>ut*(1)]]>
式中:EF為每年的釋放因子(kg/年);m為表征顆粒大小的無因次系數;N為每年擾動次數;ut*為顆粒閾值摩阻風速(m/s);u*為摩阻風速(m/s);M為摩阻風速u*大于顆粒閾值摩阻風速所對應的網格面積數;Sij是對應于第ith擾動下的第jth節點的單元面積,
其特征在于,包括以下步驟:
步驟一:采用如上所述的露天開放性顆粒源風蝕釋放因子的動力學估算方法,確定出擾動1次釋放的靜態風蝕粉塵量Qj;
步驟二:根據全年擾動次數和公式(2)估算露天散貨堆場靜態年起塵量Qs:
Qs=Σj=1NQj---(2)]]>
式中:N為全年擾動次數;
步驟三:通過公式(3)確定動態作業時的散貨粉塵裝卸系數,并計算動態年起塵量Qd;
βd=0.04·h1.23·ν1.6·e-0.28w       (3)
式中:βd為裝卸作業起塵系數,(kg/t);v為平均摩阻風速,(m/s);h為裝卸落差,(m);w為貨種含水率,(%);
則動態年起塵量Qd由公式(4)確定:
Qd=βd·Qt                (4)
其中,Qt為年裝卸礦石總量,(t);
步驟四:根據公式(5)估算全年粉塵排放總量Q:
Q=Qs+α·Qd             (5)
式中:α為與動態作業方式相關的調節系數。

2.  如權利要求1所述的一種港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法,其特征在于,所述步驟四中的與動態作業方式相關的調節系數α,根據實際情況,提出的不同動態作用方式下α取值,抓斗卸車機α=1.0;裝載機裝車α=2.0;篩分機篩分α=3.0;自動卸車機α=2.5;過篩作業α=6.0;皮帶機轉接α=4.0。

說明書

說明書一種港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法
技術領域
本發明屬于環境科學與工程領域的大氣顆粒物控制技術領域,具體涉及一種港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法。
背景技術
港口露天礦石堆場,長期露天堆放的散貨粉塵隨風揚塵、裝卸作業起塵以及進出車輛在運輸過程中產生的揚塵一直是港口大氣污染防治的工作。從產塵環節上看,露天堆場是由按照一定方式排列的、若干個堆垛處于堆存狀況的靜態塵源和堆取料機工作時堆垛處于裝卸狀態的動態塵源這兩部分構成的復合性塵源場,具有動態工作的響應特征,而不是單純的存放過程的靜態風蝕污染問題,正是動態作業對堆場塵源釋放總量的貢獻,使得港口露天堆場的源強釋放量具有擾動特征強、污染變化大、間歇性明顯的特點。
露天堆場的兩個主要發塵環節:一是處于堆存狀態的靜態揚塵,二是堆垛處于裝卸工作狀態的動態揚塵。中國專利文獻曾公開了一種用于露天開放性顆粒源風蝕釋放因子的動力學估算方法【中國專利號:ZL201110243102.2;授權公告號:CN102289550A】,公開了一種基于堆存狀態下的堆垛靜態釋放量的估算模式,沒有考慮機械作業時工作狀態下粉塵動態釋放量的貢獻,所以露天堆場粉塵釋放總量的確定方法目前還沒有。
發明內容
本發明的目的是針對現有的露天堆場粉塵釋放總量的估算模式只考慮到靜態釋放量,沒有考慮機械作業狀態下粉塵動態釋放量的貢獻的不足,提出了一種港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法。
本發明具體采用如下技術方案:
一種港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法,包括露天開放性顆粒源風蝕釋放因子的動力學估算方法,所述露天開放性顆粒源風蝕釋放因子的動力學估算方法,包括以下步驟:
a選取任意形狀顆粒源,按照1∶1比例,建立顆粒源物理模型;設計計算域,確定計算所必需的入口及邊壁條件;
b采用非均勻四面體網格對步驟a中設計的計算域實施網格劃分,網格劃分遵循“近壁加密”原則,即靠近顆粒源物理模型的區域采用精密網格,遠處采用稀疏網格;并對網格劃分方法進行敏感性驗證,直至網格劃分方法對計算結果的敏感性影響≤5%時,方可認定完成網格劃分;
c選用穩態k-ε二方程湍流數學模型,將控制方程寫成通用守恒方程,采取有限容積法 將方程離散成差分方程并采用二階迎風格式求解;
d繼續采用壓力-速度耦合的半隱式算法求解,將計算誤差控制在δ≤10-3以內,以此得到流場計算結果;
e根據步驟d得到的流場計算結果,確定顆粒源上空不同鉛垂高度截面處的風速均值,然后采用冪指數形式Z=aUm對其進行曲線擬合,其中Z為距離顆粒源表面高度,U為各高度下對應的風速均值,a和m均為擬合系數,曲線橫坐標為風速均值,曲線縱坐標為垂直高度,擬合的曲線在縱坐標上的截距,即為摩阻風速的作用高度,提取距離顆粒源表面等作用高度處風速值即可獲得摩阻風速分布及顆粒源受風蝕影響狀況;
f將步驟e獲取的摩阻風速分布以顆粒閾值摩阻風速為基準,劃歸到若干個不同的速度范圍,統計各速度范圍段下所對應的子區域面積;
g按照公式(5)統計顆粒源各表面風蝕起塵量并匯總;
EF=mΣi=1NΣj=1M[58(u*-ut*)2+25(u*-ut*)]Siju*>ut*---(1)]]>
式中:EF為每年的釋放因子(kg/年);m為表征顆粒大小的無因次系數;N為每年擾動次數;ut*為顆粒閾值摩阻風速(m/s);u*為摩阻風速(m/s);M為摩阻風速u*大于顆粒閾值摩阻風速所對應的網格面積數;Sij是對應于第ith擾動下的第jth節點的單元面積,
包括以下步驟:
步驟一:采用如上所述的露天開放性顆粒源風蝕釋放因子的動力學估算方法,確定出擾動1次釋放的靜態風蝕粉塵量Qj;
步驟二:根據全年擾動次數和公式(2)估算露天散貨堆場靜態年起塵量Qs:
Qs=Σj=1NQj---(2)]]>
式中:N為全年擾動次數;
步驟三:通過公式(3)確定動態作業時的散貨粉塵裝卸系數,并計算動態年起塵量Qd;
βd=0.04·h1.23·ν1.6·e-0.28w       (3)
式中:βd為裝卸作業起塵系數,(kg/t);v為平均摩阻風速,(m/s);h為裝卸落差,(m);w為貨種含水率,(%);
則動態年起塵量Qd由公式(4)確定:
Qd=βd·Qt            (4)
其中,Qt為年裝卸礦石總量,(t);
步驟四:根據公式(5)估算全年粉塵排放總量Q:
Q=Qs+α·Qd          (5)
式中:α為與動態作業方式相關的調節系數。
優選地,所述步驟四中的α,根據現場實際情況,提出的不同動態作用方式下α推薦取值,抓斗卸車機α=1.0;裝載機裝車α=2.0;篩分機篩分α=3.0;自動卸車機α=2.5;過篩作業α=6.0;皮帶機轉接α=4.0。
附圖說明
圖1為一種鐵礦石堆場布置圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明的具體實施方式做進一步說明:
如圖1所示,一種港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法,包括露天開放性顆粒源風蝕釋放因子的動力學估算方法,該方法采用中國專利文獻公開了的一種用于露天開放性顆粒源風蝕釋放因子的動力學估算方法【中國專利號:ZL201110243102.2;授權公告號:CN102289550A】,露天開放性顆粒源風蝕釋放因子的動力學估算方法,包括以下步驟:
a選取任意形狀顆粒源,按照1∶1比例,建立顆粒源物理模型;設計計算域,確定計算所必需的入口及邊壁條件;
b采用非均勻四面體網格對步驟a中設計的計算域實施網格劃分,網格劃分遵循“近壁加密”原則,即靠近顆粒源物理模型的區域采用精密網格,遠處采用稀疏網格;并對網格劃分方法進行敏感性驗證,直至網格劃分方法對計算結果的敏感性影響≤5%時,方可認定完成網格劃分;
c選用穩態k-ε二方程湍流數學模型,將控制方程寫成通用守恒方程,采取有限容積法將方程離散成差分方程并采用二階迎風格式求解;
d繼續采用壓力-速度耦合的半隱式算法求解,將計算誤差控制在δ≤10-3以內,以此得到流場計算結果;
e根據步驟d得到的流場計算結果,確定顆粒源上空不同鉛垂高度截面處的風速均值,然后采用冪指數形式Z=aUm對其進行曲線擬合,其中Z為距離顆粒源表面高度,U為各高度下對應的風速均值,a和m均為擬合系數,曲線橫坐標為風速均值,曲線縱坐標為垂直高度,擬合的曲線在縱坐標上的截距,即為摩阻風速的作用高度,提取距離顆粒源表面等作用高度處風速值即可獲得摩阻風速分布及顆粒源受風蝕影響狀況;
f將步驟e獲取的摩阻風速分布以顆粒閾值摩阻風速為基準,劃歸到若干個不同的速度范圍,統計各速度范圍段下所對應的子區域面積;
g按照公式(5)統計顆粒源各表面風蝕起塵量并匯總;
EF=mΣi=1NΣj=1M[58(u*-ut*)2+25(u*-ut*)]Siju*>ut*---(1)]]>
式中:EF為每年的釋放因子(kg/年);m為表征顆粒大小的無因次系數;N為每年擾動次數;ut*為顆粒閾值摩阻風速(m/s);u*為摩阻風速(m/s);M為摩阻風速u*大于顆粒閾值摩阻風速所對應的網格面積數;Sij是對應于第ith擾動下的第jth節點的單元面積,
包括以下步驟:
步驟一:采用如上所述的露天開放性顆粒源風蝕釋放因子的動力學估算方法,確定出擾動1次釋放的靜態風蝕粉塵量Qj;
步驟二:根據全年擾動次數和公式(2)估算露天散貨堆場靜態年起塵量Qs:
Qs=Σj=1NQj---(2)]]>
式中:N為全年擾動次數;
步驟三:通過公式(3)確定動態作業時的散貨粉塵裝卸系數,并計算動態年起塵量Qd;
βd=0.04·h1.23·ν1.6·e-0.28w       (3)
式中:βd為裝卸作業起塵系數,(kg/t);v為平均摩阻風速,(m/s);h為裝卸落差,(m);w為貨種含水率,(%);
則動態年起塵量Qd由公式(4)確定:
Qd=βd·Qt        (4)
其中,Qt為年裝卸礦石總量,(t);
步驟四:根據公式(5)估算全年粉塵排放總量Q:
Q=Qs+α·Qd          (5)
式中:α為與動態作業方式相關的調節系數。
步驟四中的α,根據現場實際情況,提出的不同動態作用方式下α推薦取值,抓斗卸車機α=1.0;裝載機裝車α=2.0;篩分機篩分α=3.0;自動卸車機α=2.5;過篩作業α=6.0;皮帶機轉接α=4.0。
如圖1所示,通過選用華北某礦石碼頭內的露天礦石堆場為分析實例,做了進一步分析。 該礦石堆場長約1673m,寬約475m,有效堆存面積約58萬m2,共布置7條堆存場地(A~G,),由19個礦石堆垛構成。所有礦石堆垛的底面寬度均為40m,堆高為8m,安息角為38°,頂面寬度為19.6m,堆垛頂面的長度比相應底面長度短20.2m。整個堆場沿東西向布置,堆存能力500萬噸,年可接卸礦石3000萬噸。
由動力學風蝕污染估算方法,得到單次擾動下的靜態起塵量Qj,本次計算以一個季度為一個周期,即全年擾動次數按4次計算,由當地的風速氣象資料,計算全年風速擾動下的靜態起塵量Qs,
Qs=Σj=14Qj]]>
其中表1-4為當地四季的風向源強計算表:
表1為春季E風向源強計算表

表2為夏季S風向源強計算表

表3為秋季W風向源強計算表


表4為冬季WNW風向源強計算表

則全年內該露天堆場靜態起塵量為:
Qs=11.330+9.363+11.226+12.434=44.353t/a,
動態作業條件下,礦石堆場的有效堆存面積約58萬平方米,年可接卸礦石3000萬噸。根據動力學結果,提取得到散貨堆垛表面0.5cm處的風速數據,計算裝卸工序下,堆場的動態起塵量,如表5所示。
表5

則全年動態條件下的排放量Qd為
Qd=40.747+34.231+40.569+42.818=158.36t/α。
全年總排放量Q的確定:
Q=Qs+α·Qd
此次計算工況以自動卸車機為準,故α=2.5,則全年總排放量為:
Q=44.35+2.5×158.36=440.26t/a。
當然,上述說明并非是對本發明的限制,本發明也并不僅限于上述舉例,本技術領域的技術人員在本發明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換,也應屬于本發明的保 護范圍。

關 鍵 詞:
一種 港口 露天 散貨 堆場 粉塵 釋放 總量 估算 方法
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