李智，林木松，鐘丁平，張麗，付強(qiáng)

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080；2.廣東科立恩環(huán)保科技有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510680)

燃煤的物理損耗主要由2個(gè)方面引起：一是揚(yáng)塵，也稱風(fēng)損，是煤堆受到來流風(fēng)的影響造成的，損耗量與風(fēng)量、風(fēng)速等因素相關(guān)[1]。二是雨水沖刷，也稱雨損，雨水沖刷和滲透作用造成部分煤顆粒隨著雨水匯集而成的徑流進(jìn)入溝渠流走，由此造成損耗，損耗量與雨季長短、雨量大小等因素有關(guān)[2]。煤場損耗不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，提高電廠的發(fā)電成本，還造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，增加環(huán)境治理成本。揚(yáng)塵直接進(jìn)入大氣，產(chǎn)生的煤塵霧是大氣灰霾的主要來源[3-4]；含煤污水對環(huán)境的污染也非常嚴(yán)重[5]，嚴(yán)重威脅人類的飲水安全。

對物理損耗的評(píng)價(jià)仍是當(dāng)前的難題，由于揚(yáng)塵和雨水沖刷為無組織排放，在煤場這樣的開放空間無法收集損失粉塵，因此，采用收集排放物的排放量來評(píng)價(jià)損耗量的辦法不可行；其次，煤堆質(zhì)量巨大，通過測量煤堆質(zhì)量的變化來評(píng)價(jià)損耗量不可行；此外，現(xiàn)場試驗(yàn)條件不可控，諸如風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等參數(shù)瞬時(shí)萬變?；谶@些原因，通過在現(xiàn)場觀測揚(yáng)塵、雨水沖刷的發(fā)生規(guī)律來測量損耗量是無法實(shí)現(xiàn)的。目前，一些研究機(jī)構(gòu)借助大型風(fēng)洞裝置來研究靜態(tài)揚(yáng)塵，但針對煤堆雨水沖刷的研究仍是空白。針對煤場物理損耗評(píng)價(jià)難題，本文研制了一套新型物理損耗的評(píng)價(jià)裝置，并研究其相關(guān)評(píng)價(jià)方法，整套裝置由風(fēng)機(jī)、雨水沖刷模擬裝置、排放物收集系統(tǒng)(包括雨水收集裝置、粘塵板)、天平、風(fēng)速與雨量控制器等組成，通過排放物收集系統(tǒng)來收集揚(yáng)塵、雨水沖刷損失的煤塵，通過稱量模擬煤堆在試驗(yàn)前后的質(zhì)量變化，解決排放物無法收集、損失量無法檢測的問題；采用調(diào)壓開關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速大小，通過雨量調(diào)節(jié)開關(guān)控制降雨量，解決現(xiàn)場風(fēng)速、雨量等邊界條件不可控的難題。通過開展仿真試驗(yàn)研究煤堆物理損耗，揭示風(fēng)速、降雨量等重要參數(shù)對損耗的影響規(guī)律。裝置具備風(fēng)損、雨損試驗(yàn)2種功能，并且體積小，制造費(fèi)用低廉，可解決大型風(fēng)洞功能單一、占地面積大、制造費(fèi)用高的問題。

1 試驗(yàn)裝置總體設(shè)計(jì)

本文研制的試驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 燃煤風(fēng)損、雨損試驗(yàn)裝置

各部件參數(shù)如下：試驗(yàn)箱為整個(gè)裝置外殼，箱體為長、寬、高均為700 mm的正方體結(jié)構(gòu)，采用透明有機(jī)玻璃制成，可以清晰觀察揚(yáng)塵和雨水沖刷的情況。試驗(yàn)臺(tái)用于堆放試驗(yàn)煤堆，長、寬均為400 mm，離箱體底部約30 mm。風(fēng)機(jī)用于仿真風(fēng)速為0～30 m/s的自然風(fēng)，型號(hào)為上海特隆CZR型，功率150 W。風(fēng)速儀用于測定風(fēng)速，型號(hào)為標(biāo)智GM8901型。雨水仿真裝置用于仿真從小雨、中雨到暴雨等不同雨量的降雨，由可調(diào)節(jié)花灑頭、水管、雨量調(diào)節(jié)開關(guān)、雨水收集器組成。雨量計(jì)用于測雨量大小，型號(hào)為ZXTPJ-32-G型FF雨量計(jì)。懸浮物濃度測定儀用于測定所述沖刷污水的水樣濁度和懸浮物含量，為正大環(huán)境ZDA-OW03-PS型懸浮物測定儀，測量范圍為0～500 mg/L?？倝m濃度測定儀用于檢測揚(yáng)塵的質(zhì)量濃度，為悍博PC-3A型，測量范圍為0～1 000 mg/m3。電子天平用于稱量煤堆的質(zhì)量，試驗(yàn)前后煤堆質(zhì)量之差即為損失量，型號(hào)為梅特勒ML-T型，稱量范圍為6.2～220 kg，精度為0.1 mg。

2 靜態(tài)揚(yáng)塵和雨水沖刷試驗(yàn)

2.1 靜態(tài)揚(yáng)塵試驗(yàn)研究

2.1.1 靜態(tài)揚(yáng)塵發(fā)生機(jī)理

根據(jù)微觀粒子運(yùn)動(dòng)理論，在風(fēng)力作用下，當(dāng)平均風(fēng)速等于某一臨界值時(shí)，個(gè)別突出的塵粒受湍流流速以及壓力脈動(dòng)的影響開始振動(dòng)或前后不停擺動(dòng)，當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增大達(dá)到或超過某一臨界值之后，振動(dòng)隨之加強(qiáng)，拖曳力和上升力也相應(yīng)增大并足以克服重力影響，旋轉(zhuǎn)力矩促使一些不穩(wěn)定的塵粒首先沿著堆場的床面滾動(dòng)或滑動(dòng)，并在氣流的強(qiáng)烈?guī)?dòng)下，隨著氣流一起運(yùn)動(dòng)，形成揚(yáng)塵。煤場由于刮風(fēng)引起的揚(yáng)塵可看作湍流對塵粒的搬動(dòng)，在湍流作用下，氣流作用于單顆塵粒上的力主要有拖曳力、上升力、塵粒之間的作用力和塵粒重力[6]，如圖2所示。其中：FL為上升力，F(xiàn)D為拖曳力，F(xiàn)I為粒子間的力，W為塵粒重力。

圖2 塵粒受力分析

拖曳力與空氣密度、塵粒粒徑、風(fēng)速大小相關(guān)[5]，其表達(dá)式為

(1)

式中：ρ為空氣密度，單位為g/cm3；vr為氣流與塵粒的相對速度，單位為cm/s；d為塵粒粒徑，單位為cm；CD為阻力系數(shù)，由雷諾數(shù)及顆粒形狀決定。

上升力源于塵粒的旋轉(zhuǎn)和氣流速度的切變，其表達(dá)式為

(2)

式中Ω為塵粒旋轉(zhuǎn)速度，單位為r/s。

在所有作用于塵粒的作用力中，拖曳力、上升力促使塵粒移動(dòng)和上升是形成揚(yáng)塵的動(dòng)力，而塵粒重力、粒子間的力(包括范德瓦爾斯力、靜電力、毛細(xì)管力等)是粉塵沉降的作用力，粒子起塵與否與上述幾種力的相對大小密切相關(guān)，起塵條件是FD+FL>W+FI，不起塵條件是FD+FL

由揚(yáng)塵發(fā)生機(jī)理來看，形成燃煤揚(yáng)塵的條件與風(fēng)速、煤塵粒度和質(zhì)量等因素有關(guān)，而煤的種類、粒度又影響煤顆粒的質(zhì)量。在了解揚(yáng)塵發(fā)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，以下從煤的種類、風(fēng)速、煤粒度、煤堆表面積4個(gè)方面進(jìn)行試驗(yàn)，由此評(píng)價(jià)靜態(tài)揚(yáng)塵損耗。

2.1.2 煤堆靜態(tài)揚(yáng)塵損耗評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法

通過燃煤風(fēng)損、雨損試驗(yàn)裝置研究不同煤種、不同風(fēng)速、不同煤堆表面積、不同粒徑對揚(yáng)塵損耗量(揚(yáng)塵損耗量)的影響以及抑塵劑的抑塵效果，具體試驗(yàn)方案步驟如下。

a)試驗(yàn)煤堆煤種選擇與電廠煤場相同的煤種，試驗(yàn)煤堆表面含水量必須與實(shí)際煤堆表面含水量相等，煤堆密度約為0.70～0.95 g/cm3。

b)根據(jù)相似原理，按比例1∶35 000建立仿真煤堆，煤堆形狀與電廠實(shí)際煤堆的形狀一致，樣品粒度結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場一致，試驗(yàn)前稱出煤堆質(zhì)量G1，單位為kg。

c)將雨水仿真裝置關(guān)閉，將仿真煤堆放入試驗(yàn)煤堆，開啟風(fēng)機(jī)，緩慢調(diào)節(jié)調(diào)壓開關(guān)控制風(fēng)機(jī)風(fēng)速；采用風(fēng)速儀測量風(fēng)速，開始時(shí)在較低風(fēng)速下運(yùn)行，然后緩慢升高風(fēng)速，并保證風(fēng)速每增加1 m/s停頓20 s；待風(fēng)速穩(wěn)定后，再次調(diào)節(jié)，根據(jù)試驗(yàn)要求調(diào)節(jié)風(fēng)速至風(fēng)速穩(wěn)定，要求風(fēng)速與現(xiàn)場一致。

d)待風(fēng)速穩(wěn)定后，煤堆表面的煤粉在風(fēng)的作用下形成揚(yáng)塵，在煤堆周圍形成的氣流場如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)煤堆氣流場

從風(fēng)場分布來看，煤堆頂部風(fēng)速最大，容易形成揚(yáng)塵；煤堆底部特別是背風(fēng)面，風(fēng)速較低，不易形成揚(yáng)塵。分別采用總懸浮顆粒物(total suspended particulate，TSP)測定儀[7]測定煤堆前端和后端總塵濃度，其中前端測點(diǎn)作為參照點(diǎn)，前端和后端TSP值的差值即為煤堆的總塵濃度。通過測定總塵濃度即可評(píng)價(jià)粉塵污染情況。

e)試驗(yàn)煤樣種類選取煙煤、無煙煤、褐煤3個(gè)品種；風(fēng)速選取10 m/s、13 m/s、15 m/s、20 m/s；煤的粒徑選取標(biāo)稱粒度25 mm、13 mm、3 mm，煤堆表面積選取4.2 m2、4.8 m2、6.6 m2。在不同條件下進(jìn)行揚(yáng)塵試驗(yàn)研究，以此來評(píng)價(jià)煤場揚(yáng)塵損耗。

f)分別對比未噴灑抑塵劑、噴灑巴斯夫抑塵劑、噴灑煤堆表面隔水性覆蓋劑[8-9]這3種情況下?lián)P塵損耗量，開展試驗(yàn)分析抑塵劑的應(yīng)用效果。

g)試驗(yàn)結(jié)束后，移出模型煤堆并稱出試驗(yàn)后的煤堆質(zhì)量G2(單位為kg)，G1-G2即為揚(yáng)塵損耗量。

2.2 煤堆雨水沖刷試驗(yàn)

2.2.1 煤堆雨水沖刷發(fā)生機(jī)理

降水對于煤堆的作用包括滲入和表面沖刷2種。降水滲入過程是指降水從表面進(jìn)入非飽和煤體層面，又從非飽和帶滲入飽和煤體層。

當(dāng)降水強(qiáng)度小于煤堆表面非飽和煤體的滲吸能力時(shí)，降水全部滲入到煤堆。隨著降水持續(xù)，煤堆表層含水量逐漸增加，直到達(dá)到某一穩(wěn)定值；當(dāng)降水強(qiáng)度大于煤堆表面非飽和帶煤體的滲入能力時(shí)，降水量一部分轉(zhuǎn)化為煤堆坡面徑流或積水。當(dāng)徑流達(dá)到一定強(qiáng)度，就會(huì)帶走煤堆表面一些較細(xì)小的煤粒，形成雨水沖刷[10-12]。由此可見，達(dá)到一定的降雨量才能使?jié)B入達(dá)到飽和，在煤堆表面形成徑流，導(dǎo)致煤粉沖刷損失。降水入滲和形成徑流過程如圖4所示，其中：t為水流剪切應(yīng)力，tmax為最大剪切應(yīng)力，1∶1為水與煤的質(zhì)量比。

圖4 降水入滲和形成徑流過程

2.2.2 煤堆雨水沖刷損耗評(píng)價(jià)方法

利用燃煤風(fēng)損、雨損試驗(yàn)裝置研究不同煤種、不同雨量、不同沖刷時(shí)間對沖刷損耗量的影響，以及各種試劑的抑制沖刷損耗的效果，具體試驗(yàn)方案步驟如下：

a)試驗(yàn)煤堆煤種選擇與電廠煤場相同的煤種，試驗(yàn)煤堆表面含水量百分?jǐn)?shù)必須與實(shí)際煤堆表面含水量百分?jǐn)?shù)相等，煤堆密度約0.70～0.95 g/cm3。

b)根據(jù)相似原理，按比例1∶35 000建立仿真煤堆，煤堆形狀與電廠實(shí)際煤堆形狀一致，樣品粒度結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場一致，試驗(yàn)前稱出煤堆的質(zhì)量G1。

c)試驗(yàn)煤樣質(zhì)量為2 kg，標(biāo)稱粒度為13 mm。測量試驗(yàn)前煤樣質(zhì)量和全水分含量分別記為G1、M1。折算不同現(xiàn)場降雨類型(小雨、中雨、大雨、暴雨、暴風(fēng)雨)對應(yīng)的水流量，通過水流開關(guān)調(diào)節(jié)相應(yīng)的水流量，調(diào)節(jié)噴頭，使水流均勻噴灑，仿真不同降雨類型。測量時(shí)將試驗(yàn)煤堆放入試驗(yàn)平臺(tái)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，開啟水流開關(guān)，先從小雨開始，緩慢調(diào)節(jié)到下一級(jí)降雨類型，降雨類型通過雨量計(jì)進(jìn)行測量。

d)根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定雨水沖刷時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉水流開關(guān)，移出被雨水沖刷后剩余的樣品，待煤樣中沒有水流出，在空氣中靜置1 h。測量試驗(yàn)后煤樣質(zhì)量和全水分含量，分別記為G2、M2。雨水沖刷損失量為G1-G2(1-M2)/(1-M1)。由于雨水沖刷后，煤中含水量增加，質(zhì)量增加，需要將質(zhì)量進(jìn)行基準(zhǔn)換算。

e)按照以上步驟，完成不同煤種、不同沖刷時(shí)間、不同降雨量的沖刷試驗(yàn)，以及噴灑巴斯夫抑塵劑、煤堆表面隔水性覆蓋劑后對抑制沖刷損失的對比試驗(yàn)。

f)收集廢水收集桶的廢水，采用懸浮物、濁度測定儀測定沖刷廢水的懸浮物或濁度，以檢測雨水對環(huán)境的污染程度。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 揚(yáng)塵試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1.1 不同煤種對揚(yáng)塵損耗量的影響

分別稱取標(biāo)稱粒度13 mm的印尼褐煤、煙煤、無煙煤各3個(gè)樣品，質(zhì)量均為2 kg，堆成圓錐形試驗(yàn)煤堆，分別在13 m/s的風(fēng)速下試驗(yàn)30 min，測定不同煤種的起塵量，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同煤種的起塵量

由圖5可見，褐煤的揚(yáng)塵損耗率最大，占試驗(yàn)煤量的10%，煙煤次之，無煙煤最低。這是因?yàn)椴煌悍N的煤化程度不同，煤化程度越高越不容易被氧化。褐煤的煤化程度最低，在存放過程容易被低溫氧化，氧化后的煤顆粒脆化、粉化成小顆粒。同時(shí)，褐煤密度較對較小，約為0.70～0.85 g/cm3，同樣粒度條件下，質(zhì)量較輕，容易起塵，因而損耗率最大[13-14]。

3.1.2 風(fēng)速大小對煤塵揚(yáng)塵損耗量的影響

風(fēng)速是煤塵起塵的一個(gè)重要因素，分別稱取標(biāo)稱粒度13 mm的印尼褐煤、煙煤、無煙煤各3個(gè)樣品，質(zhì)量均為5 kg，堆成圓錐形試驗(yàn)煤堆，分別在風(fēng)速為10 m/s、15 m/s、20 m/s條件下試驗(yàn)30 min，測定不同風(fēng)速下的揚(yáng)塵損耗量，結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同風(fēng)速條件下不同煤種的揚(yáng)塵損耗量

由圖6可見，試驗(yàn)的3種煤均表現(xiàn)出一致的規(guī)律，即風(fēng)速越大，煤塵損耗量越大。當(dāng)風(fēng)速大于13 m/s后，揚(yáng)塵損耗量急劇增長。褐煤的揚(yáng)塵損耗量增幅最大，在較大風(fēng)速下，損失量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他2種煤種，揚(yáng)塵損耗量大小依次為褐煤、煙煤和無煙煤[15-16]。

3.1.3 不同表面積對煤塵揚(yáng)塵損耗量的影響

分別將標(biāo)稱粒度13 mm的褐煤，堆成表面積分別為4.2 m2、4.8 m2、6.6 m2圓錐形試驗(yàn)煤堆，在風(fēng)速10 m/s的條件下，試驗(yàn)30 min，測定起塵量，結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出，煤堆表面積與起塵量成反比關(guān)系，煤場煤堆表面積越小，起塵量越大。

圖7 煤堆表面積與揚(yáng)塵損耗量之間的關(guān)系

3.1.4 粒徑大小對煤塵揚(yáng)塵損耗量的影響

分別稱取標(biāo)稱粒度25 mm和標(biāo)稱粒度3 mm的褐煤各1份，質(zhì)量均為5 kg，堆成圓錐形試驗(yàn)煤堆，分別在13 m/s的風(fēng)速下試驗(yàn)30 min，測定不同粒度煤樣起塵量；再將2種粒徑的褐煤，按質(zhì)量各占50%混合在一起，在13 m/s的風(fēng)速下試驗(yàn)30 min，測定揚(yáng)塵損耗量，得到的試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

圖8 粒徑大小與揚(yáng)塵損耗量之間的關(guān)系

由圖8可見，揚(yáng)塵損耗量與粒徑成反比，粒徑越小的煤堆揚(yáng)塵損耗量越大，粒徑越大起塵量越小。原因是小粒徑煤體積小，質(zhì)量輕，在同樣的風(fēng)速下，更容易起塵。將大粒徑煤與小大粒徑煤混合，發(fā)現(xiàn)混煤的起塵量小于兩者的加權(quán)平均值，原因是在混合煤中，由于大粒徑煤粒對小粒徑有遮擋作用，增強(qiáng)了小粒徑煤的抗風(fēng)損能力[17-18]。

3.1.5 不同抑塵劑的抑塵效果

分別稱取標(biāo)稱粒度13 mm的褐煤樣品4份，質(zhì)量均為2 kg，堆成圓錐形試驗(yàn)煤堆，其中3份分別按1 L/m2的噴灑量噴灑煤堆表面隔水性覆蓋劑、德國BASF抑塵劑和長春沃斯特抑塵劑，另1份不噴灑任何試劑。待干燥固結(jié)，將不同的試驗(yàn)煤堆放入燃煤風(fēng)損、雨損試驗(yàn)裝置中進(jìn)行試驗(yàn)，在13 m/s的風(fēng)速條件下試驗(yàn)30 min，得到噴灑不同抑塵劑的煤堆揚(yáng)塵損耗量，結(jié)果如圖9所示。

由圖9可見，未噴灑抑塵劑的煤堆揚(yáng)塵損耗量最大，而噴灑了抑塵劑的煤堆揚(yáng)塵損耗量明顯降低。這是由于抑塵劑對煤堆表面的煤顆粒具有粘結(jié)作用，在煤堆表面形成一定厚度的固化層，阻隔細(xì)小塵粒揚(yáng)起，固化層厚度越厚，效果越為明顯。煤堆表面隔水性覆蓋劑采用潤濕性較強(qiáng)的試劑，在煤堆中的潤濕、滲透能力強(qiáng)，形成固化層的厚度超過2 cm，煤堆表面隔水性覆蓋劑的揚(yáng)塵損耗量最低，抑塵效果最為顯著。

在不同抑塵劑的抑塵試驗(yàn)中，通過試驗(yàn)煤堆后端的TSP可以檢測出空氣中粉塵質(zhì)量濃度，幾種條件下的粉塵質(zhì)量濃度測定值分別為：未噴灑抑塵劑0.6 mg/m3，噴灑煤堆表面隔水性覆蓋劑0.09 mg/m3，噴灑BASF抑塵劑0.18 mg/m3，噴灑沃斯特抑塵劑0.15 mg/m3。由測定結(jié)果可以看出：煤堆噴灑抑塵劑后，揚(yáng)塵質(zhì)量濃度明顯降低，其中煤堆表面隔水性覆蓋劑的揚(yáng)塵質(zhì)量濃度降低最為明顯，可見抑塵劑不僅降低了揚(yáng)塵所造成的損耗，還減少了揚(yáng)塵污染。

3.2 雨水沖刷試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.2.1 不同煤種的雨水沖刷損失

分別稱取標(biāo)稱粒度13 mm的褐煤、煙煤、無煙煤各2 kg，每一種煤種各3份。調(diào)節(jié)水流開關(guān)，使其達(dá)到中雨類型(20 mm)，分別在中雨條件下測定沖刷10 min、15 min、20 min、25 min、30 min后的損失量，測定不同沖刷時(shí)間的沖刷損耗量，測定結(jié)果如圖10所示。

圖10 不同煤種雨水沖刷損失

由圖10可見，3種煤在中雨條件下，沖刷時(shí)間越長，雨水沖刷造成的損耗就越大。3個(gè)煤種相比，雨水沖刷前期，無煙煤損耗最大，煙煤次之，褐煤最小，這與不同煤種的吸水性相關(guān)，其中褐煤結(jié)構(gòu)疏松，易吸水而重量迅速增加，抗雨水能力提高，而無煙煤結(jié)構(gòu)致密，不易吸水[19-20]。雨水沖刷后期，褐煤損耗最大，煙煤次之，無煙煤最小，各種煤吸水達(dá)到飽和，吸水性的影響下降，而褐煤易氧化而導(dǎo)致煤中小粒徑煤含量高于其他煤種，因而損耗最大。通過回歸分析得到不同煤種雨水沖刷損耗的關(guān)系式y(tǒng)=A+B1x+B2x2，其中y為沖刷損耗量，x為沖刷時(shí)間，A1、B1、B2為常量，見表1。

表1 雨水沖刷時(shí)間與煤堆損耗量的函數(shù)關(guān)系式參數(shù)

3.2.2 雨量大小對煤堆損耗的影響

分別稱取標(biāo)稱粒度13 mm的褐煤15份，分別在中雨(20 mm)、大雨(40 mm)、暴雨(90 mm)條件下進(jìn)行煤量損耗試驗(yàn)，每一種降雨類型下分別測定沖刷10 min、15 min、20 min、25 min、30 min后沖刷損耗量，測定結(jié)果如圖11所示。

圖11 雨量大小對煤堆損耗的影響

由圖11可見，隨著雨量增大，煤堆受雨水沖刷損耗量就越大，其中暴雨的沖刷損耗量最大，并且隨著沖刷時(shí)間延長，暴雨沖刷所造成損耗增量最大，大雨次之，中雨最?。贿@說明降雨量是影響雨水沖刷損耗量最主要的因素。通過回歸分析得到不同雨量下煤堆損耗的關(guān)系式y(tǒng)=A2+B3x+B4x2，其中A2、B3、B4為常量，見表2。

表2 雨量與煤堆損耗量的函數(shù)關(guān)系式參數(shù)

3.2.3 不同試劑劑對雨水沖刷抑制的效果

分別稱取標(biāo)稱粒度13 mm的褐煤樣品12份，質(zhì)量均為2 kg，堆成圓錐形試驗(yàn)煤堆，其中9份分別按1 L/m2的噴灑量噴灑煤堆表面隔水性覆蓋劑、德國BASF抑塵劑和長春沃斯特抑塵劑，另3份不噴灑任何試劑，待干燥固結(jié)，將不同的試驗(yàn)煤堆放入試驗(yàn)裝置中進(jìn)行試驗(yàn)。在降雨強(qiáng)度為50 mm(大雨)下，噴灑同一類試劑的樣品完成10 min、20 min、30 min沖刷試驗(yàn)，測定不同沖刷時(shí)間的損耗量，測定試驗(yàn)結(jié)果如圖12所示。

圖12 不同試劑抑制雨水沖刷的效果

由圖12可見，煤堆表層噴灑了煤堆表面隔水性覆蓋劑等試劑后，具備抗雨水沖刷作用，明顯降低了由雨水沖刷造成的損失。試劑噴灑于煤堆表層，形成結(jié)殼效果，不僅能夠起到抑制揚(yáng)塵的作用，試劑對煤顆粒的強(qiáng)粘結(jié)作用還能夠有效阻止煤粉被雨水沖走。試驗(yàn)所采用的3種試劑中，煤堆表面隔水性覆蓋劑抗雨水沖刷作用略強(qiáng)于BASF抑塵劑，明顯強(qiáng)于沃斯特抑塵劑；這是由于煤堆表面隔水性覆蓋劑配方中加入了阻水劑，提高了試劑的防水性以及抗雨水沖刷能力，因此，其損耗是最低的。

在不同抑塵劑的抗雨水沖刷試驗(yàn)中，通過收集含煤污水并檢測污水中懸浮物含量，可以比較不同抑塵劑雨水沖刷效果，懸浮物質(zhì)量濃度測定值如下：未噴灑抑塵劑2 020.1 mg/L，噴灑煤堆表面隔水性覆蓋劑50.4 mg/L，噴灑BASF抑塵劑52.6 mg/L，噴灑沃斯特抑塵劑64.7 mg/L。由此可見，煤堆噴灑抑塵劑后，含煤污水懸浮物質(zhì)量濃度明顯降低，其中噴灑煤堆表面隔水性覆蓋劑的含煤污水懸浮物質(zhì)量濃度降低最為明顯，抑塵劑不僅能夠降低雨水沖刷所造成的損耗，還減少了雨水沖刷造成的污染。

4 燃煤物理損耗測評(píng)裝置與方法應(yīng)用

以上試驗(yàn)研究分析了燃煤在不同條件下物理損耗的規(guī)律，研究成果對減少燃煤損耗具有指導(dǎo)作用。風(fēng)損試驗(yàn)探明了風(fēng)速、煤種、煤的粒徑、煤堆表面積與揚(yáng)塵損耗的關(guān)系，試驗(yàn)表明風(fēng)速越大、煤的粒徑越小、煤堆表面積越大，則起塵量越大，反之起塵量越小；因此，可以通過增加防風(fēng)設(shè)施(如防風(fēng)墻)、大小粒徑煤摻混(減少小顆粒煤占比)、減小堆積表面積來降低起塵量。雨損試驗(yàn)探明了降雨量、沖刷時(shí)間、煤種與雨水沖刷損耗損失量之間的關(guān)系，降雨量越大、沖刷時(shí)間越長，則雨水沖刷損耗越大；因此，可以通過增加防雨措施(干煤棚)來減少?zèng)_刷損耗。而不同煤種中褐煤物理損耗最大，與褐煤容易受氧化而破碎成小顆粒煤相關(guān)，應(yīng)減少存放時(shí)間來降低損耗。

不同試劑的對比試驗(yàn)表明化學(xué)技術(shù)可以有效抑制揚(yáng)塵、雨水沖刷，其中噴灑煤堆表面隔水性覆蓋面積最佳；因此，除了物理方法之外，化學(xué)治理技術(shù)也是降低煤場物理損耗的有效方法。物理損耗測評(píng)裝置測評(píng)裝置與方法還應(yīng)用于化學(xué)治理方法研發(fā)上，通過不同試劑應(yīng)用效果的比較試驗(yàn)，可以篩選出適用于不同煤種的化學(xué)治理試劑，還可以通過同一試劑不同配方成分配比、噴灑量的對比試驗(yàn)，篩選出最佳的配比和噴灑量等。

5 結(jié)束語

本文針對燃煤物理損耗現(xiàn)場難以測評(píng)的難題，研發(fā)了一套新型物理損耗的評(píng)價(jià)裝置，建立物理損耗評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)了對燃煤物理損耗的評(píng)價(jià)。通過開展評(píng)價(jià)裝置仿真試驗(yàn)，研究風(fēng)速、降雨量等重要參數(shù)對物理損耗的影響規(guī)律，提出減少燃煤物理損耗的物理方法；研究了煤堆表面隔水性覆蓋劑等化學(xué)方法治理煤場物理損耗的的效果，試驗(yàn)表明化學(xué)方法治理技術(shù)能夠有效降低物理損耗，并通過對比試驗(yàn)，調(diào)整試劑的配方，以達(dá)到最佳治理效果。

物理損耗評(píng)價(jià)裝置與現(xiàn)有風(fēng)洞試驗(yàn)裝置相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：①風(fēng)洞試驗(yàn)裝置只能完成風(fēng)損試驗(yàn)，而本裝置能同時(shí)完成風(fēng)損、雨損試驗(yàn)；②該裝置體積小，占地不足1 m2，而大型風(fēng)洞試驗(yàn)裝置需要幾十平方米，甚至更大面積；③風(fēng)洞試驗(yàn)裝置需要大型風(fēng)機(jī)、管道、過濾裝置等，制造費(fèi)用達(dá)到幾十萬元到上百萬元，而該裝置只需1 000～2 000元；④該裝置采用透明箱體，可清晰觀察試驗(yàn)過程，而風(fēng)洞試驗(yàn)裝置為密閉裝置，無法觀察試驗(yàn)過程。由此可見，應(yīng)用該裝置具有更好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。