孫樹群，王 寧

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

引 言

近年來，隨著京津冀地區(qū)霧霾天氣出現(xiàn)頻次的升高，大氣污染的關(guān)注度持續(xù)升溫，建設(shè)和諧美麗的家園已逐漸成為人們的基本需求。我國作為一個煤炭資源十分豐富的國家，燃煤發(fā)電仍占據(jù)約一半的發(fā)電比例，而露天煤堆場在大風(fēng)季節(jié)以及運(yùn)輸、裝卸等過程中造成的煤粉揚(yáng)塵給周邊生產(chǎn)生活區(qū)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。在目前的環(huán)保形勢下，傳統(tǒng)的灑水噴淋、建設(shè)防風(fēng)抑塵網(wǎng)等措施已不能滿足煤堆場粉塵污染防治的要求。因此，采取新技術(shù)，運(yùn)用新材料，從根本上抑制粉塵外溢，做好環(huán)境污染源頭治理，打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)已迫在眉睫。

1 項(xiàng)目背景

隨著我國環(huán)境保護(hù)力度的不斷加強(qiáng)和節(jié)能減排工作的大力開展，粉塵的排放控制日益受到重視。目前執(zhí)行的《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297-1996）規(guī)定周界外監(jiān)控點(diǎn)濃度限值為1 mg/m3。

河北省大氣污染防治行動計(jì)劃實(shí)施方案中提出：到2017年，首都周邊及大氣污染較重的石家莊、唐山、保定、廊坊等市，細(xì)顆粒物濃度比2012年下降33 %，邢臺、邯鄲下降30 %。另有地方環(huán)保局發(fā)文：市區(qū)和縣城建成區(qū)的電力企業(yè)煤場應(yīng)全面實(shí)現(xiàn)入棚、入倉密閉儲存，煤粉儲存應(yīng)采用入棚、入倉存儲，棚內(nèi)設(shè)有噴淋裝置，在物料裝卸時(shí)灑水降塵，對不能完成整治任務(wù)的一律實(shí)施停產(chǎn)整治，整治無望的依法關(guān)停。

為適應(yīng)新形勢下環(huán)境保護(hù)的要求，秉承建設(shè)綠色環(huán)保企業(yè)的精神，河北省某電廠擬對其露天煤堆場進(jìn)行防塵封閉改造。同時(shí)，考慮到該電廠作為周邊地區(qū)用電主要來源，本次改造工作必須嚴(yán)格限制施工周期并做到盡可能不影響生產(chǎn)運(yùn)行，綜合周邊建筑物、鐵路、道路等現(xiàn)狀，經(jīng)過對實(shí)際案例的調(diào)研和考察，決定采取全封閉氣膜罩式堆煤環(huán)保設(shè)施，以徹底解決煤粉揚(yáng)塵的污染問題。

2 改造方案

根據(jù)項(xiàng)目改造前煤堆場的實(shí)際情況，為保證堆場的儲存能力并滿足斗輪機(jī)檢修吊車進(jìn)場后的起吊高度要求，設(shè)計(jì)全封閉氣膜罩式堆煤環(huán)保設(shè)施（以下簡稱“氣膜環(huán)保設(shè)施”）外表尺寸長寬高分別為161 m×95 m×31 m（至高點(diǎn)）。主要由基礎(chǔ)系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、氣膜鋼索系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、氣密系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等構(gòu)成，采用單層膜結(jié)構(gòu)，改造完成后封閉煤場總面積約為15 295 m2，可承受16級以上的颶風(fēng)、100年一遇的暴風(fēng)雪及8級烈度地震災(zāi)害，使用壽命達(dá)30年以上。

圖1 氣膜罩式煤堆場效果

圖2 氣膜罩式煤堆場結(jié)構(gòu)示意

2.1 基礎(chǔ)部分

氣膜材料自重非常輕，包括鋼網(wǎng)索重量約為1.5 kg/m2，所以對基礎(chǔ)要求不高，選用懸臂式擋墻擴(kuò)展基礎(chǔ)方案，采用 C30級混凝土，HRB400鋼筋。基礎(chǔ)埋深范圍為1.5～2m，無需鉆孔打樁。

2.2 氣膜罩及鋼網(wǎng)索

煤堆場粉塵污染嚴(yán)重，選用耐臟膜材料，滿足《建筑材料及制品燃燒性能分級》（GB 8624-2012）燃燒性能B1級，膜材質(zhì)保年限為20年，壽命30年以上。

本項(xiàng)目由于跨度大、高度高，氣膜罩采用了高強(qiáng)度、防老化、防銹處理的 PE索，壽命可達(dá)50年。如圖3。

圖3 氣膜罩及鋼網(wǎng)索示意

表1 M7000氣膜膜材參數(shù)

氣膜表面設(shè)置斜向鋼索網(wǎng)系統(tǒng)，鋼纜采用D18mmPE鋼芯鋼絲繩，斜向交叉，具有防止相互滑動損壞PE保護(hù)層功能，平面布置根據(jù)受力計(jì)算書確定。

圖4 氣膜鋼網(wǎng)索受力設(shè)計(jì)云圖

2.3 送風(fēng)加壓系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是氣膜環(huán)保設(shè)施的核心之一，包括風(fēng)機(jī)、定向吹風(fēng)調(diào)節(jié)器，過濾設(shè)備等組成。本項(xiàng)目配置不小于30 000 m3/h的風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)6臺。充氣成型時(shí)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)作，時(shí)間不超過3小時(shí)。

1）設(shè)施在閑置情況下啟用 1～3臺風(fēng)機(jī)變頻50 %～60 %功率運(yùn)行，排放風(fēng)與送風(fēng)量對等。

2）設(shè)施在汽車進(jìn)出頻繁等情況下，啟用2～5臺風(fēng)機(jī)，排放風(fēng)與送風(fēng)量對等；送風(fēng)量的大小跟人員進(jìn)出及汽車門開啟頻率成正比，智能控制系統(tǒng)控制風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，根據(jù)風(fēng)速、氣壓等感應(yīng)儀傳輸?shù)男盘栕詣痈袘?yīng)調(diào)整，隨著室內(nèi)氣壓的高低加大或減少送風(fēng)量，維持室內(nèi)氣壓穩(wěn)定安全，保證室內(nèi)空氣質(zhì)量指數(shù)。

2.4 排氣換氣系統(tǒng)

對室內(nèi)的廢氣、毒氣進(jìn)行及時(shí)的排放和換氣，以保證室內(nèi)操作人員的安全。氣膜頂部排風(fēng)口安裝降塵、除塵裝置，外排氣體滿足環(huán)保要求。

圖5 排氣換氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

同時(shí)，在室內(nèi)設(shè)置空氣質(zhì)量感應(yīng)器，對空氣中的瓦斯、CH、NOx、CO、CO2、SO2、H2S等有害氣體進(jìn)行檢測，感應(yīng)器將空氣質(zhì)量的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，一旦濃度超標(biāo)（如瓦斯?jié)舛龋? %），控制系統(tǒng)立即報(bào)警同時(shí)啟動排氣裝置進(jìn)行排放并加大新風(fēng)量，確保室內(nèi)操作人員安全。

2.5 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)是氣膜環(huán)保設(shè)施的核心和大腦，設(shè)有自動、半自動和手動三種運(yùn)行方式控制各個設(shè)備系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行。智能控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集室內(nèi)外各種傳感器的數(shù)據(jù)（圖6），并將數(shù)據(jù)傳回智能化機(jī)電控制系統(tǒng)，通過分析處理自動調(diào)節(jié)通風(fēng)換氣量或開啟降塵裝置，保證室內(nèi)煤和粉塵濃度在安全范圍，實(shí)現(xiàn)人性化操作管理，達(dá)到氣膜環(huán)保設(shè)施安全健康、空氣清新、環(huán)境舒適、節(jié)能環(huán)保的目的。

圖6 智能控制系統(tǒng)

2.6 消防及安全系統(tǒng)

作為全封閉構(gòu)筑物，氣膜在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)消防標(biāo)準(zhǔn)配置消防水炮、消防應(yīng)急氣密門等消防安全系統(tǒng)設(shè)施，保證緊急情況下室內(nèi)人員能在 3分鐘內(nèi)撤出室外。

若發(fā)生地震等自然災(zāi)害導(dǎo)致充氣系統(tǒng)停止或者地面開裂漏氣時(shí)，氣膜頂部降落到地面2 m高度所需要的時(shí)間大于2小時(shí)，室內(nèi)人員有充足的時(shí)間撤出室外。

3 項(xiàng)目實(shí)施效果

本改造項(xiàng)目在實(shí)施建設(shè)過程中，自原有防風(fēng)網(wǎng)及擋煤墻拆除至全部系統(tǒng)調(diào)試完成，工期共計(jì)108天，其中氣膜安裝、充氣僅25天。同時(shí)，沿煤堆場長度方向依次施工，通過與電廠良好的溝通與協(xié)調(diào)，改造過程對電廠正常生產(chǎn)的影響非常小。

目前，該項(xiàng)目已建成并投入使用，根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門對周邊環(huán)境粉塵顆粒物的監(jiān)測結(jié)果，大氣環(huán)境中煤粉的含量有了顯著的減少，氣膜環(huán)保設(shè)施的投入使用對煤堆場揚(yáng)塵污染的防防治效果十分明顯。

圖7 氣膜環(huán)保設(shè)施建成后航拍圖

圖8 氣膜環(huán)保設(shè)施建成后室內(nèi)作業(yè)

4 氣膜環(huán)保設(shè)施的優(yōu)勢

1）抑塵效果顯著。氣膜環(huán)保設(shè)施屬于全密閉空間，能降低 100 %風(fēng)速，煤堆場內(nèi)粉塵揚(yáng)飛高度下降75 %～85 %，配合場內(nèi)霧炮噴淋、場外綠化帶等輔助設(shè)施，煤堆場的粉塵外排量幾乎為零，有效解決煤堆場周邊大氣污染問題。

2）節(jié)能減排。膜材具有很好的透光、反光、漫光性能，白天采用自然光即可滿足使用要求，且膜材屬于不吸光材料，相比傳統(tǒng)建筑照明節(jié)能30 %以上；設(shè)施內(nèi)的霧炮相比傳統(tǒng)噴灑設(shè)備可節(jié)約60 %～70 %耗水量。

3）結(jié)構(gòu)輕盈，無梁無柱，適應(yīng)范圍廣。氣膜主要利用氣壓差支撐，現(xiàn)代膜材料的性能和寬度可輕松實(shí)現(xiàn)百米大跨度，特別適合儲煤倉、煤渣倉等大跨度大空間的場所，提高場地使用面積，使內(nèi)部工程機(jī)械、堆取料機(jī)的工作布局基本不受限制。

4）造價(jià)低廉，工期大幅縮短。氣膜對基礎(chǔ)要求很低，施工快捷便利，建造周期僅為傳統(tǒng)建筑的1/5，并且減少了大量高空作業(yè)，提高了施工安全性。

5）后續(xù)運(yùn)營及維護(hù)成本費(fèi)用低，氣膜環(huán)保設(shè)施不同于傳統(tǒng)建筑，膜材外部的PVDF涂層具有出色的“自潔”的功能，不易積攢灰塵，可依靠雨雪清潔外表面。氣膜環(huán)保設(shè)施內(nèi)部無鋼性支撐，省去了網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)的油漆防銹維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)消除了高空作業(yè)安全隱患。

6）外形時(shí)尚新穎，改善了煤堆場不友好的視覺效果，有良好的宣傳效應(yīng)。

5 結(jié) 語

目前，大部分電廠的煤堆場均采取“堆取合一”的作業(yè)方式，這為全封閉式氣膜結(jié)構(gòu)提供了良好的改造基礎(chǔ)，全封閉氣膜罩式堆煤環(huán)保設(shè)施在該項(xiàng)目中的成功應(yīng)用，有效的說明了氣膜這一新型材料在環(huán)保領(lǐng)域大量推廣的可能性。

我國北方地區(qū)存在大量煤炭下水港口，其堆場中的煤炭、礦石等干散貨多為露天堆置，揚(yáng)塵現(xiàn)象嚴(yán)重，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年因大風(fēng)揚(yáng)塵損失的原料大約占3 ‰，存在強(qiáng)烈的改造需求。氣膜結(jié)構(gòu)憑借著改造工期短、環(huán)保效果明顯，且對生產(chǎn)影響小等優(yōu)點(diǎn)，一定能在港口堆場的改造過程中得到廣泛的推廣和使用。