楊 倩

摘 要:火電廠煤場中露天堆放的煤粉被吹散到空氣中,不僅污染了空氣還浪費(fèi)原料。目前國內(nèi)外主要采用表面覆蓋、水噴淋和防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)等來控制火電廠煤堆場的揚(yáng)塵。重點(diǎn)介紹了防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)的研究進(jìn)展、原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)置和抑塵效果,并結(jié)合秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司煤場防風(fēng)抑塵網(wǎng)的工程實(shí)例進(jìn)行說明。

關(guān)鍵詞:防風(fēng)抑塵網(wǎng),電廠,煤場,抑塵

中圖分類號:X38 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1005-569X(2009)11-0017-03

1 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人類對能源的需求日益增多,同時(shí)也造成了越來越嚴(yán)重的環(huán)境污染,能源短缺和環(huán)境污染正成為全世界面臨的嚴(yán)重問題。防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)是一種新型的技術(shù),雖然一次性投入較大,但能滿足環(huán)保的要求,日后的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用又少,因此得到了廣泛的應(yīng)用。本文從防風(fēng)抑塵網(wǎng)的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用現(xiàn)狀等方面來介紹,并結(jié)合秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司煤場防風(fēng)抑塵網(wǎng)的實(shí)例進(jìn)行說明。

2 防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)介紹

2.1 防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)的研究進(jìn)展和現(xiàn)狀

防風(fēng)抑塵網(wǎng)又名擋風(fēng)墻、防風(fēng)墻、擋風(fēng)板、擋風(fēng)抑塵網(wǎng)、擋風(fēng)抑塵板等。從上個(gè)世紀(jì)70年代開始,日本、美國、英國、澳大利亞和新西蘭等國家就相繼對防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和應(yīng)用。日本在30多年前,就將防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于控制港口露天煤堆場和電廠煤堆場的粉塵污染。如日本東京電廠的防風(fēng)抑塵網(wǎng)采用“口”字型布置,板材選用1.5mm厚的鍍鋅板,壓制成大波紋多孔狀,孔隙率為40%～60%,取得了很好的防風(fēng)和抑塵效果。另外,日本國內(nèi)的防風(fēng)抑塵網(wǎng)工程往往與灑水噴淋相結(jié)合,保證堆場內(nèi)部物料含水率,現(xiàn)場基本不起塵。美國環(huán)保局也在1986年總結(jié)防風(fēng)抑塵網(wǎng)使用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出了防風(fēng)抑塵網(wǎng)的一系列設(shè)計(jì)參數(shù)。目前防風(fēng)抑塵網(wǎng)在國外已經(jīng)形成為一項(xiàng)比較成熟有效的防塵技術(shù)。

我國對防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)的研究起步比較晚,開始只是在結(jié)合煤場粉塵治理工程可行性研究的基礎(chǔ)上對防塵機(jī)理、防風(fēng)抑塵網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材質(zhì)和防風(fēng)減塵效果進(jìn)行研究,并完成了一些技術(shù)驗(yàn)證工作。1986年,武漢水利工程學(xué)院流體力學(xué)教研室,結(jié)合上海港朱家門碼頭煤堆場“擋風(fēng)網(wǎng)防塵措施研究”的課題和煙臺港石油碼頭防塵措施的課題進(jìn)行研究,驗(yàn)證了防風(fēng)抑塵網(wǎng)的一些結(jié)構(gòu)參數(shù),并提出了一些亟待解決的問題。20世紀(jì)90年代初,交通部水運(yùn)科學(xué)研究院與北京大學(xué)環(huán)境中心環(huán)境空氣動(dòng)力學(xué)研究室合作,研究了秦皇島碼頭煤堆場防風(fēng)抑塵網(wǎng)工程的可行性,并對防風(fēng)抑塵網(wǎng)的防塵機(jī)理、主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、開孔率、雙層結(jié)構(gòu)和材質(zhì)等作了一些研究論證。2002年南京工業(yè)大學(xué)和秦皇島市環(huán)?？萍奸_發(fā)公司,對秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司煤場防風(fēng)抑塵網(wǎng)工程進(jìn)行可行性研究,2003年6月完成工程的全部安裝,使之成為國內(nèi)最大、最早應(yīng)用煤場防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)。近年來,臺灣海洋大學(xué)河港工程系在防風(fēng)抑塵網(wǎng)多層結(jié)構(gòu)及網(wǎng)后空氣紊流結(jié)構(gòu)方面也開展了一些研究工作。

2.2 防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)的原理

防風(fēng)抑塵網(wǎng)的防塵機(jī)理是其通過控制改善煤堆場區(qū)的風(fēng)流場,減小堆場區(qū)的風(fēng)速和風(fēng)流場的紊流度。當(dāng)強(qiáng)風(fēng)經(jīng)過防風(fēng)抑塵網(wǎng)后,其動(dòng)能大幅度減小,高強(qiáng)度旋渦也衰減。這樣當(dāng)通過防風(fēng)抑塵網(wǎng)后的低速、紊流度弱的風(fēng)流掠過煤堆場,形成低動(dòng)能和弱紊流度的煤堆場區(qū)部分流場,使煤堆場處起塵量大幅度減小。

對于電廠煤堆場,只要外界風(fēng)速達(dá)到一定強(qiáng)度,就會使煤堆表面的顆粒產(chǎn)生足夠的向上遷移的動(dòng)力,該動(dòng)力會克服顆粒自身的重力、顆粒之間的摩擦力和其它阻礙顆粒遷移的外力,這些顆粒就會離開煤堆的表面而形成揚(yáng)塵,此時(shí)的風(fēng)速也成為起動(dòng)風(fēng)速。煤堆起塵與風(fēng)速關(guān)系如下:

Q=α(v-v0)n(1)

式中:Q:煤堆起塵量;v:堆場風(fēng)速;v0:起動(dòng)風(fēng)速;α:相關(guān)系數(shù);n:指數(shù)(一般情況下,在2.7~6.23之間)。

從上式可知,只有當(dāng)堆場風(fēng)速v大于起動(dòng)風(fēng)速v0時(shí),堆場才起塵。要使煤塵起塵量Q變小,主要的辦法是降低v-v0的值。在煤堆表面覆蓋障礙物和實(shí)施噴淋,是為了增大v0,設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)則減小了v。

2.3 防風(fēng)抑塵網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

防風(fēng)抑塵網(wǎng)其主體主要由基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和防風(fēng)板兩部分組成?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)又分為地下基礎(chǔ)和支架結(jié)構(gòu)。地下基礎(chǔ),一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。支架結(jié)構(gòu)一般由鋼支架組成,主要是給防風(fēng)抑塵網(wǎng)提供足夠的強(qiáng)度,來抵御強(qiáng)風(fēng)在墻體表面形成的高壓。防風(fēng)板是防風(fēng)抑塵網(wǎng)的主體結(jié)構(gòu),一般采用無機(jī)非金屬材料經(jīng)剪板折彎、沖孔、成型和清洗制成,產(chǎn)品可以在環(huán)境溫度為-40℃～80℃的范圍內(nèi)使用。材質(zhì)采用高密度聚乙烯和EVA樹脂等,并在生產(chǎn)過程中加入抗UV劑、抗老化劑、阻燃劑、交聯(lián)強(qiáng)化劑等。目前也有使用鋼板、鍍鋅板等材質(zhì)制作的防風(fēng)板,如河北省安平縣華潤五金公司生產(chǎn)的防風(fēng)抑塵網(wǎng)。防風(fēng)板與支架結(jié)構(gòu)之間通過螺釘和壓板固定在一起,整體防風(fēng)抑塵網(wǎng)的理論使用壽命在15~20年之間。

2.4 防風(fēng)抑塵網(wǎng)的設(shè)置

電廠在設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)的時(shí)候,一般要考慮設(shè)網(wǎng)方式、設(shè)網(wǎng)高度、防風(fēng)抑塵網(wǎng)和煤場垛堆的距離等因素。考慮煤場的大小、形狀和當(dāng)?shù)氐臍夂蛞蛩?設(shè)網(wǎng)方式主要分為主導(dǎo)風(fēng)設(shè)置型和四周設(shè)置型。防風(fēng)抑塵網(wǎng)高度的設(shè)置主要取決煤堆垛高度、煤堆場大小和環(huán)保等因素。根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn),防風(fēng)抑塵網(wǎng)的高度一般取堆垛高度的1.1～1.5倍。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)表明,在防風(fēng)抑塵網(wǎng)后一定距離之內(nèi)有一個(gè)低風(fēng)區(qū),此處的減風(fēng)效果最好,因此在設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)時(shí)有一個(gè)最佳的距離。對于一個(gè)垛堆的煤場而言,防風(fēng)網(wǎng)設(shè)在距堆垛2～3倍堆高的距離處為最佳距離。對于由多個(gè)堆垛組成的煤堆場而言,可視堆場周圍情況,因地制宜地設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)。

2.5 防風(fēng)抑塵網(wǎng)的抑塵效果

經(jīng)過二三十年的研究和推廣使用,防風(fēng)抑塵網(wǎng)的綜合抑塵效果明顯。單層防風(fēng)抑塵網(wǎng)的綜合抑塵效果可達(dá)65%～85%,雙層防風(fēng)抑塵網(wǎng)的效果可達(dá)75%～95%。并且風(fēng)速越大,防風(fēng)抑塵網(wǎng)降低風(fēng)速的效果越顯著,但網(wǎng)后遠(yuǎn)風(fēng)端的效果差,這是由于風(fēng)速大產(chǎn)生的動(dòng)量也大,從而引起湍流增加和風(fēng)障頂部剪切力增加,進(jìn)入屏蔽帶,引起風(fēng)速增加。美國環(huán)境保護(hù)局的研究表明:防風(fēng)抑塵網(wǎng)與風(fēng)向成90°夾角時(shí),抑塵效果最好,防風(fēng)抑塵網(wǎng)與風(fēng)向成40°夾角時(shí),抑塵效果很差。在實(shí)際工程中,由于風(fēng)向的變化范圍很大,防風(fēng)抑塵網(wǎng)的效果低于預(yù)測值。

3 電廠煤場中防風(fēng)抑塵網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例介紹

防風(fēng)抑塵網(wǎng)以其高效的抑塵效果,目前在國內(nèi)外的碼頭、鋼鐵企業(yè)、煤礦、電廠煤場等地方得到了應(yīng)用,我們選取其在秦皇島發(fā)電廠煤堆場中的應(yīng)用作為實(shí)例來介紹。

秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司座落于秦皇島市東部工業(yè)區(qū),其前身是秦皇島熱電廠,總裝機(jī)容量100萬KW。其廠區(qū)南側(cè)建有露天煤堆場,煤場南北101m,東西340m,煤堆高約12m,最大儲煤量17萬噸。煤場煤塵常年污染周邊環(huán)境(鄰近煤場的有秦電運(yùn)輸公司、晨礱酒店、辦公樓等)。為了抑制煤堆場的煤塵污染,2002年秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司委托秦皇島市環(huán)保科技開發(fā)公司和南京工業(yè)大學(xué)對煤堆場周圍安裝防風(fēng)抑塵網(wǎng),2003年竣工。下面是防風(fēng)抑塵網(wǎng)設(shè)計(jì)的一些細(xì)節(jié)。

3.1 煤堆場風(fēng)向情況

常年風(fēng)向西南西(WSW),出現(xiàn)頻率為10.6%。強(qiáng)風(fēng)向?yàn)闁|北東(ENE),實(shí)測年平均風(fēng)速3.9m/s,最大風(fēng)速23.9m/s。春、秋季多西南風(fēng)或西南西風(fēng),冬季為東北或東北東風(fēng),夏季多南風(fēng)。

3.2 防風(fēng)抑塵網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

煤場防風(fēng)抑塵網(wǎng)采用四周設(shè)置,煤場西側(cè)因靠近晨礱酒店而采用了雙層防風(fēng)抑塵網(wǎng),其它3個(gè)方向?yàn)榉里L(fēng)抑塵網(wǎng),在原出入口處留有通道。

防風(fēng)抑塵網(wǎng)采用非金屬復(fù)合材料經(jīng)膜壓一次成型,喇叭形狀,板底面和側(cè)面均開孔。采用板底面開2排直徑2.5cm的大孔(每排74個(gè)孔),側(cè)面開8排直徑0.8cm的小孔(每排150個(gè)孔),兩條邊沿開長2cm的橢圓形小孔(65個(gè)),開孔率為16.39%。防風(fēng)抑塵網(wǎng)每塊長3m,底面寬8cm,側(cè)面寬15cm,邊沿寬3cm,安裝起來防風(fēng)抑塵網(wǎng)總的高度為16.3m,其設(shè)計(jì)使用壽命10～15年。

3.3 防風(fēng)抑塵網(wǎng)的抑塵效果

防風(fēng)抑塵網(wǎng)有很好的抑塵效果,周圍的環(huán)境得到了明顯的改觀。在工程可行性研究階段,煤場附近污染嚴(yán)重,在風(fēng)力為3～4m/s時(shí),煤場周圍粉塵平均濃度為20.2mg/m3。防風(fēng)抑塵網(wǎng)安裝完成后,監(jiān)測的煤場的粉塵濃度只有0.12～0.15mg/m3,粉塵濃度有了大幅下降,空氣達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 工程的經(jīng)濟(jì)分析

工程共投資980萬元,主要包括施工安裝費(fèi)170萬元,鋼材、混凝土、防風(fēng)抑塵網(wǎng)等設(shè)備材料費(fèi)約740萬元,設(shè)計(jì)費(fèi)50萬元及其它不可預(yù)見費(fèi)等。防風(fēng)抑塵網(wǎng)投入使用后,預(yù)計(jì)每年能夠減少煤塵飛揚(yáng)約2040t(按占堆放煤炭飛揚(yáng)損失的1.5%～2%計(jì)算),每年可節(jié)約燃料成本約60萬元。更重要的是對改善環(huán)境質(zhì)量作出了貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

電廠的煤場設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng),不僅解決了煤場的煤塵污染問題,改善了周圍的環(huán)境,而且還避免了原料浪費(fèi),節(jié)約了成本。我們應(yīng)該在火電廠的煤場中進(jìn)一步推廣,但是設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)時(shí)還要考慮以下因素:在設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)的同時(shí)還要利用其它的抑塵措施,如噴淋水和化學(xué)藥劑,表面覆蓋,在煤場的周圍種植喬木等;電廠在設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)的時(shí)候還要綜合考慮電廠的經(jīng)濟(jì)效益、電廠所在地的氣象條件,煤炭原料的來源和環(huán)保等要求;防風(fēng)抑塵網(wǎng)的設(shè)置還要考慮不要影響消防,不能阻礙運(yùn)煤車輛進(jìn)出作業(yè)等。只有這樣才能在保證發(fā)揮防風(fēng)抑塵網(wǎng)作用的同時(shí),保證電廠的順利運(yùn)行。

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