陳振華,胡署根,李輝

(湖南省電力勘測設(shè)計(jì)院,湖南長沙 410007)

防風(fēng)抑塵網(wǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及參數(shù)的確定

陳振華,胡署根,李輝

(湖南省電力勘測設(shè)計(jì)院,湖南長沙 410007)

介紹了堆場起塵、防風(fēng)抑塵網(wǎng)抑塵的機(jī)理和國內(nèi)外防風(fēng)抑塵網(wǎng)研究結(jié)果,結(jié)合實(shí)際工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn),分析了防風(fēng)抑塵網(wǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和主要參數(shù),提出防風(fēng)抑塵網(wǎng)設(shè)計(jì)的意見和建議。

防風(fēng)抑塵;起塵風(fēng)速;開孔率

1 起塵機(jī)理研究

堆場起塵的原因分為兩類:一是堆場表面的靜態(tài)起塵;二是在堆取料等過程中的動態(tài)起塵。靜態(tài)起塵是由風(fēng)的湍流引起,主要與料的粒度、含水率、環(huán)境風(fēng)速密切相關(guān);動態(tài)起塵主要是指裝卸作業(yè)時(shí)的起塵,屬于正常運(yùn)行狀況,主要與料的粒度、含水率、環(huán)境風(fēng)速和落差有關(guān)。

根據(jù)微觀粒子運(yùn)動理論,在風(fēng)力作用下,當(dāng)平均風(fēng)速約等于某一臨界值時(shí),個別突出的塵粒受湍流流速和壓力脈動的影響開始振動或前后擺動,但并不離開原來位置;堆場中的料粒只有達(dá)到一定風(fēng)速才會起塵,這種臨界風(fēng)速稱為起動風(fēng)速。起塵風(fēng)速可按以下公式計(jì)算:

式中:V0為起塵風(fēng)速,m/s;a為起塵系數(shù);W為料堆表面含水率,%;d為粉塵粒徑,mm。

2 防風(fēng)抑塵網(wǎng)原理及種類

2.1 防風(fēng)原理

防風(fēng)抑塵網(wǎng)防塵機(jī)理是它能控制改善堆場區(qū)的風(fēng)流場,減小堆場區(qū)的風(fēng)速、減小堆場區(qū)風(fēng)流場的紊流度。強(qiáng)風(fēng)經(jīng)過防風(fēng)抑塵網(wǎng)后,僅部分來風(fēng)透過,其動能衰減并變?yōu)榈退亠L(fēng)流,與此同時(shí),這部分風(fēng)在網(wǎng)前的大尺度、高強(qiáng)度旋渦被衰減、梳理成小尺度、弱強(qiáng)度旋渦。防風(fēng)抑塵網(wǎng)后這部分低速、弱紊流度風(fēng)流掠過堆場,形成低風(fēng)速梯度、低風(fēng)速旋度,弱渦量和弱紊流度的堆場區(qū)流場,使堆場低處起塵量大幅度減少。根據(jù)空氣動力學(xué)原理當(dāng)風(fēng)通過防風(fēng)抑塵網(wǎng)時(shí),網(wǎng)后面出現(xiàn)分離和附著兩種現(xiàn)象,形成上、下干擾氣流降低來風(fēng)的風(fēng)速,極大地?fù)p失來風(fēng)的動能,減少風(fēng)的湍流度,消除來風(fēng)的渦流,降低對料堆表面的剪切應(yīng)力和壓力,從而減少起塵量。

2.2 防風(fēng)抑塵網(wǎng)種類

根據(jù)防風(fēng)抑塵網(wǎng)移動性能的不同,可分為固定式和移動式兩種。目前,防風(fēng)抑塵網(wǎng)以固定式為主。根據(jù)目前國內(nèi)外關(guān)于堆場的塵粒飛散預(yù)測與控制研究(包括風(fēng)洞試驗(yàn))結(jié)果、國內(nèi)外防風(fēng)抑塵網(wǎng)工程現(xiàn)狀得出的防風(fēng)抑塵網(wǎng)的形狀與防塵效果及其防塵范圍的關(guān)系,固定式防風(fēng)抑塵網(wǎng)目前主要有三種構(gòu)形式:全網(wǎng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)—墻結(jié)構(gòu)和網(wǎng)—百葉窗結(jié)構(gòu),考慮到堆場有大型設(shè)備的使用,為防止防風(fēng)抑塵網(wǎng)不小心被撞壞,通常采用有防撞墻的網(wǎng)—墻結(jié)構(gòu),本文主要介紹這種類型防風(fēng)抑塵網(wǎng)的設(shè)計(jì)。

可移動升降式防風(fēng)抑塵網(wǎng)采用電動升降式處理,即在使用時(shí)可將防風(fēng)抑塵網(wǎng)提高到一定的高度,而非作業(yè)時(shí)間將防風(fēng)抑塵網(wǎng)降低,不影響作業(yè)現(xiàn)場的其他作業(yè)。

3 防風(fēng)抑塵網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.1 防風(fēng)抑塵網(wǎng)結(jié)構(gòu)及形狀

目前,廣泛使用的防風(fēng)抑塵網(wǎng)一般包括四部分:一是地下基礎(chǔ),可現(xiàn)場澆注混凝土,也可預(yù)制混凝土件;二是防撞墻,防止大型機(jī)械運(yùn)輸、裝卸過程中撞毀防風(fēng)抑塵網(wǎng);三是支護(hù)結(jié)構(gòu),采用鋼支架制成,以提供足夠的強(qiáng)度,保證足夠的安全,以抵御強(qiáng)風(fēng)的襲擊,同時(shí)考慮了整體造形的美觀;四是防風(fēng)抑塵板,現(xiàn)場將單片防風(fēng)抑塵板組合起來形成防風(fēng)抑塵網(wǎng),板與板之間無縫隙,防風(fēng)抑塵板與支架之間采用螺釘和壓片連接固定[1]。

防風(fēng)板的形狀有蝶型、直板形等多種形式[2]。據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)檢測,蝶型防風(fēng)板在一定的開孔率下具有明顯地降低風(fēng)速和紊流度的作用,防塵效果好,已得到廣泛應(yīng)用。蝶型防風(fēng)板分為單峰、雙峰和三峰3種型式,其中,三峰型有著其他兩種型號所不能比擬的優(yōu)勢,安裝簡便,施工效率高,安裝后墻體整體性能好,抗風(fēng)能力強(qiáng),能大幅度降低施工成本,為施工單位在市場提高競爭力。

3.2 防風(fēng)抑塵網(wǎng)高度

防風(fēng)抑塵網(wǎng)高度依據(jù)堆垛高度、堆垛面積和環(huán)境質(zhì)量要求等因素來確定。一般情況下,防風(fēng)抑塵網(wǎng)的高度應(yīng)比料堆高出 2～3m較為適宜。

料堆場防風(fēng)網(wǎng)的高度主要取決于堆垛高度、堆場范圍等因素。風(fēng)洞試驗(yàn)表明:當(dāng)防風(fēng)抑塵網(wǎng)的高度為堆垛高度的 0.6～1.1倍時(shí),網(wǎng)高與抑塵效果成正比;當(dāng)防風(fēng)抑塵網(wǎng)高度為堆垛高度的 1.1～1.5倍時(shí),網(wǎng)高與抑塵效果的變化逐漸平緩;當(dāng)防風(fēng)抑塵網(wǎng)高度為堆垛高度 1.5倍以上時(shí),網(wǎng)高與抑塵效果的變化不明顯。因此,防風(fēng)抑塵網(wǎng)的高度一般在堆垛高度 1.1～1.5內(nèi)選取。根據(jù)有關(guān)研究表明,墻高為煤堆高度的 1.1～1.2倍較為合適。

另外,防風(fēng)抑塵網(wǎng)高度的確定還應(yīng)考慮所保護(hù)堆場范圍的大小,使堆場在防風(fēng)網(wǎng)的有效庇護(hù)范圍之內(nèi)。風(fēng)洞試驗(yàn)表明:對網(wǎng)后下風(fēng)向 2～5倍網(wǎng)高的距離內(nèi),堆垛減塵率可達(dá) 90%以上;對網(wǎng)后下風(fēng)向16倍網(wǎng)高距離內(nèi),堆垛綜合減塵效率達(dá)到 80%以上;在網(wǎng)后 25倍網(wǎng)高的距離處有較好的減塵效果;到網(wǎng)后 50倍網(wǎng)高的距離處仍有削減風(fēng)速 20%的效果。為了達(dá)到環(huán)境質(zhì)量要求,國內(nèi)的防塵抑塵網(wǎng)大多要求減塵效率達(dá)到 80%以上,因此,防風(fēng)抑塵網(wǎng)高度應(yīng)大于其網(wǎng)后庇護(hù)區(qū) 1/16[3-4]。

3.3 防風(fēng)抑塵網(wǎng)的平面布置

防風(fēng)抑塵網(wǎng)平面布置主要有主導(dǎo)風(fēng)向上設(shè)置型和四周設(shè)置型,也有三面設(shè)置的型式。設(shè)網(wǎng)方式主要考慮堆場的大小、形狀和當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向、風(fēng)頻等氣象條件。防風(fēng)抑塵網(wǎng)設(shè)在距堆垛 2～3倍堆高的距離處為最佳。對于由多個堆垛組成的堆場而言,可視堆場周圍情況,因地制宜地設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)。一般可沿堆場堆垛邊上設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)[3]。

在進(jìn)行防風(fēng)抑塵網(wǎng)建設(shè)時(shí),不僅要考慮堆場的大小、形狀和當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向、風(fēng)頻因素,還要考慮堆場的現(xiàn)場設(shè)網(wǎng)條件。需對擬設(shè)網(wǎng)堆場進(jìn)行深入的現(xiàn)場調(diào)查,主要包括堆場建造物、機(jī)械設(shè)備、地下管線及其道路等設(shè)施,以保證防風(fēng)網(wǎng)的建設(shè)和營運(yùn)不影響堆場的正常營運(yùn)和堆場輔助建筑物的相關(guān)功能。

3.4 防風(fēng)板開孔率選擇

防風(fēng)板開孔率是防風(fēng)板的開孔透風(fēng)面積與總面積之比,是設(shè)計(jì)防風(fēng)抑塵網(wǎng)的一個重要參數(shù)。防風(fēng)板的開孔率對受保護(hù)堆垛表面風(fēng)壓的影響也顯而易見,過小的開孔率會增加墻的風(fēng)壓,過大的開孔率會增大受保護(hù)堆垛表面風(fēng)壓。

防風(fēng)板的開孔率與防風(fēng)板后風(fēng)速的降低掩護(hù)范圍有直接關(guān)系。從風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,防風(fēng)板的開孔率為 30%～50%時(shí)均具有較好的防風(fēng)效果,即網(wǎng)后風(fēng)速較小;防風(fēng)板的開孔率為 40%～44%時(shí),防風(fēng)網(wǎng)后的風(fēng)速下降區(qū)域最長,即風(fēng)流再附距離最遠(yuǎn),可以達(dá)到 30～50倍網(wǎng)高的距離,但是在網(wǎng)后 10倍網(wǎng)高距離的風(fēng)速的減低不顯著。防風(fēng)板開孔率為40%～44%時(shí),比較適用于堆場上風(fēng)向的防風(fēng),使其對網(wǎng)后的防風(fēng)效果明顯,風(fēng)流再附距離較長。一般情況下,防風(fēng)板的開孔率為 30%～40%。

3.5 材質(zhì)的比較和選擇

根據(jù)不同的使用目的和環(huán)境狀態(tài),防風(fēng)抑塵網(wǎng)可采用不同的材質(zhì)。目前國內(nèi)外較為廣泛采用的材質(zhì)主要有三種:玻璃鋼、金屬板、復(fù)合材料。

3.5.1 材質(zhì)的比較

玻璃鋼,在加工過程中使用的原材料為不飽和聚酯樹脂、玻璃纖維、固化劑、促進(jìn)劑、阻燃劑等材料,加熱固化而成。這種產(chǎn)品防腐性能好,如用在容器及管道等防腐要求高的環(huán)境下效果較好。缺點(diǎn)是如長期暴露在室外,在紫外線較強(qiáng)的環(huán)境下使用極易老化,且受力狀況不好。而防風(fēng)抑塵網(wǎng)使用在室外,長期受到紫外線照射又作為受力結(jié)構(gòu)固定在鋼架上,在大風(fēng)作用下容易撕裂、脫落,使用過程中返修率較高。且玻璃鋼報(bào)廢后無法回收,處理方式一般為焚燒和深埋處理。焚燒后會產(chǎn)生刺鼻的氣體污染大氣環(huán)境;如果采用深埋處理的方式,會造成土壤及地下水污染。

金屬板,常見的有鍍鋅鋼板、彩涂鋼板、鍍鋁鋅鋼板、不銹鋼板、鋁鎂合金板等,材質(zhì)表面進(jìn)行耐腐蝕處理,各方面性能都較為優(yōu)越,且可回收利用,但價(jià)格高昂。不同的金屬板材具有不同的性能,使用壽命均較高。金屬材料種類繁多,使用較為廣泛。

復(fù)合材料根據(jù)不同的材質(zhì)組合,以聚乙烯和增強(qiáng)樹脂為代表,所具有的性能差異較大,增強(qiáng)樹脂以其優(yōu)良的性能,在目前防風(fēng)抑塵網(wǎng)中使用較為廣泛。3種材質(zhì)的性能比較詳見下表 1。

表1 3種材質(zhì)性能比較

3.5.2 材質(zhì)的選擇

(1)防腐及防老化要求。堆場如果含有硫分和揮發(fā)分,則容易形成酸性環(huán)境,具有較強(qiáng)的腐蝕性,應(yīng)將易被無機(jī)酸侵蝕的材料排除,選擇耐酸性好的材料。此外,在紫外線強(qiáng)度高的地區(qū),應(yīng)選擇抗紫外性能力強(qiáng)的材料。如果是港口堆場防風(fēng)網(wǎng),材質(zhì)的選擇還應(yīng)考慮到沿海地區(qū)大氣環(huán)境的腐蝕性。

(2)造價(jià)及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。在材料滿足使用性能和使用壽命的前提下,本著節(jié)約的原則,應(yīng)選擇價(jià)格低廉的材質(zhì)。防風(fēng)板材質(zhì)應(yīng)選擇不易撕裂、不易脫落,減少使用過程中產(chǎn)生諸多的維修費(fèi)用。

(3)環(huán)境污染及后期利用。材質(zhì)應(yīng)該滿足國家對環(huán)境保護(hù)以及清潔生產(chǎn)的要求,所選擇的材質(zhì)應(yīng)盡量滿足能夠回收利用,以減少材質(zhì)達(dá)到使用期限后,后期的銷毀所帶來垃圾清運(yùn)和處理費(fèi)用。

3.6 防風(fēng)抑塵網(wǎng)建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益

客觀來說,防風(fēng)抑塵網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益是抵償不了其建設(shè)成本的,其建設(shè)的環(huán)境效益和社會效益是更主要的。防風(fēng)抑塵網(wǎng)建設(shè)將減少大風(fēng)揚(yáng)塵導(dǎo)致的物料流失,在防治揚(yáng)塵污染的同時(shí)減少了原 (燃)料流失所造成的經(jīng)濟(jì)損失。國內(nèi)外對堆場揚(yáng)塵進(jìn)行了很多研究[5-8],并建立了起塵量的公式。根據(jù)實(shí)際工程具體情況,我們選擇公式計(jì)算起塵量,然后乘以防風(fēng)抑塵網(wǎng)設(shè)計(jì)效率,便得到防風(fēng)抑塵網(wǎng)攔截的塵粒量。通過經(jīng)濟(jì)核算,可得出防風(fēng)抑塵網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

(1)設(shè)計(jì)防風(fēng)抑塵網(wǎng)時(shí),應(yīng)綜合考慮來流風(fēng)的大氣流場、主導(dǎo)風(fēng)向、周圍建筑物對來流風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)向的影響,有針對性的選擇設(shè)網(wǎng)高度。在大風(fēng)條件下,應(yīng)開啟堆場噴淋裝置,以提高抑塵效率。

(2)防風(fēng)抑塵網(wǎng)在網(wǎng)前存在減風(fēng)區(qū)域,且網(wǎng)前對正風(fēng)向的遮蔽效果優(yōu)于對偏風(fēng)向的遮蔽效果。

(3)在南方地區(qū)多臺風(fēng),風(fēng)向多變,風(fēng)力較大,可能造成防風(fēng)抑塵網(wǎng)的坍塌和損壞,因此進(jìn)行防風(fēng)抑塵網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)荷載取值不僅要考慮規(guī)范規(guī)定的基本風(fēng)壓,還應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料,尤其是臺風(fēng)的資料,適當(dāng)提高設(shè)計(jì)級別以提高防風(fēng)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)安全。

[1]趙慶久.煤場擋風(fēng)抑塵墻的應(yīng)用[J].華北電力技術(shù),2004,(10): 30-32.

[2]王洪,田巍.防風(fēng)抑塵墻在邯鋼原料場的應(yīng)用[J].冶金動力, 2006,(5):86-87.

[3]陳建華,詹水芬.港口散貨堆場防風(fēng)網(wǎng)防塵技術(shù)研究和應(yīng)用[J].珠江水運(yùn),2008,(3):44-46.

[4]王丹,張亞敏,王傳瑜,等.煤炭堆場防風(fēng)抑塵集成技術(shù)的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2010,(S1):84-85,134.

[5]熊宏亮,宋曉東.煤場防風(fēng)抑塵網(wǎng)抑塵效果研究[J].電力科技與環(huán)保,2010,26(6):21-25.

[6]高艷艷,潘俊,何晨玲.煤場揚(yáng)塵影響預(yù)測與措施研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2007,(11):40-42.

[7]辛庚華.露天堆場起塵與防風(fēng)網(wǎng)遮蔽效果機(jī)理研究及現(xiàn)場實(shí)測分析[D].大連:大連理工大學(xué),2010.

[8]陳愛英.防風(fēng)網(wǎng)的數(shù)字模擬[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2007.

Main design points and parameters determination forwind-proof and dust suppressing network

The reason of dust from yard and mechanism ofw ind-proof and dust suppressing network were introduced.The domestic and international research for w ind-p roof and dust suppressing network were analyzed briefly.Com bined w ith engineering design practical experience,the m ain design points and parameters for w ind -p roof and dust suppressing network were analyzed.Then design comments and suggestions of w ind-proof and dust suppressing network were proposed.

w ind-proof and dust suppressing;w ind velocity from dust;porosity

X701.2

B

1674-8069(2011)03-027-03

2011-03-15;

2011-05-03

陳振華 (1985-),男,應(yīng)用氣象學(xué)碩士,助理工程師,主要從事環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)及水文氣象研究。E-mail:chenainimen@ 126.com