防風抑塵網設計要點及參數的確定

陳振華,胡署根,李輝

(湖南省電力勘測設計院,湖南長沙 410007)

防風抑塵網設計要點及參數的確定

陳振華,胡署根,李輝

(湖南省電力勘測設計院,湖南長沙 410007)

介紹了堆場起塵、防風抑塵網抑塵的機理和國內外防風抑塵網研究結果,結合實際工程設計的經驗,分析了防風抑塵網設計要點和主要參數,提出防風抑塵網設計的意見和建議。

防風抑塵;起塵風速;開孔率

1 起塵機理研究

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

根據微觀粒子運動理論,在風力作用下,當平均風速約等于某一臨界值時,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到一定風速才會起塵,這種臨界風速稱為起動風速。起塵風速可按以下公式計算:

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

2 防風抑塵網原理及種類

2.1 防風原理

防風抑塵網防塵機理是它能控制改善堆場區的風流場,減小堆場區的風速、減小堆場區風流場的紊流度。強風經過防風抑塵網后,僅部分來風透過,其動能衰減并變為低速風流,與此同時,這部分風在網前的大尺度、高強度旋渦被衰減、梳理成小尺度、弱強度旋渦。防風抑塵網后這部分低速、弱紊流度風流掠過堆場,形成低風速梯度、低風速旋度,弱渦量和弱紊流度的堆場區流場,使堆場低處起塵量大幅度減少。根據空氣動力學原理當風通過防風抑塵網時,網后面出現分離和附著兩種現象,形成上、下干擾氣流降低來風的風速,極大地損失來風的動能,減少風的湍流度,消除來風的渦流,降低對料堆表面的剪切應力和壓力,從而減少起塵量。

2.2 防風抑塵網種類

根據防風抑塵網移動性能的不同,可分為固定式和移動式兩種。目前,防風抑塵網以固定式為主。根據目前國內外關于堆場的塵粒飛散預測與控制研究(包括風洞試驗)結果、國內外防風抑塵網工程現狀得出的防風抑塵網的形狀與防塵效果及其防塵范圍的關系,固定式防風抑塵網目前主要有三種構形式:全網結構、網—墻結構和網—百葉窗結構,考慮到堆場有大型設備的使用,為防止防風抑塵網不小心被撞壞,通常采用有防撞墻的網—墻結構,本文主要介紹這種類型防風抑塵網的設計。

可移動升降式防風抑塵網采用電動升降式處理,即在使用時可將防風抑塵網提高到一定的高度,而非作業時間將防風抑塵網降低,不影響作業現場的其他作業。

3 防風抑塵網設計

3.1 防風抑塵網結構及形狀

目前,廣泛使用的防風抑塵網一般包括四部分:一是地下基礎,可現場澆注混凝土,也可預制混凝土件;二是防撞墻,防止大型機械運輸、裝卸過程中撞毀防風抑塵網;三是支護結構,采用鋼支架制成,以提供足夠的強度,保證足夠的安全,以抵御強風的襲擊,同時考慮了整體造形的美觀;四是防風抑塵板,現場將單片防風抑塵板組合起來形成防風抑塵網,板與板之間無縫隙,防風抑塵板與支架之間采用螺釘和壓片連接固定[1]。

防風板的形狀有蝶型、直板形等多種形式[2]。據風洞試驗檢測,蝶型防風板在一定的開孔率下具有明顯地降低風速和紊流度的作用,防塵效果好,已得到廣泛應用。蝶型防風板分為單峰、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勢,安裝簡便,施工效率高,安裝后墻體整體性能好,抗風能力強,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 防風抑塵網高度

防風抑塵網高度依據堆垛高度、堆垛面積和環境質量要求等因素來確定。一般情況下,防風抑塵網的高度應比料堆高出 2～3m較為適宜。

料堆場防風網的高度主要取決于堆垛高度、堆場范圍等因素。風洞試驗表明:當防風抑塵網的高度為堆垛高度的 0.6～1.1倍時,網高與抑塵效果成正比;當防風抑塵網高度為堆垛高度的 1.1～1.5倍時,網高與抑塵效果的變化逐漸平緩;當防風抑塵網高度為堆垛高度 1.5倍以上時,網高與抑塵效果的變化不明顯。因此,防風抑塵網的高度一般在堆垛高度 1.1～1.5內選取。根據有關研究表明,墻高為煤堆高度的 1.1～1.2倍較為合適。

另外,防風抑塵網高度的確定還應考慮所保護堆場范圍的大小,使堆場在防風網的有效庇護范圍之內。風洞試驗表明:對網后下風向 2～5倍網高的距離內,堆垛減塵率可達 90%以上;對網后下風向16倍網高距離內,堆垛綜合減塵效率達到 80%以上;在網后 25倍網高的距離處有較好的減塵效果;到網后 50倍網高的距離處仍有削減風速 20%的效果。為了達到環境質量要求,國內的防塵抑塵網大多要求減塵效率達到 80%以上,因此,防風抑塵網高度應大于其網后庇護區 1/16[3-4]。

3.3 防風抑塵網的平面布置

防風抑塵網平面布置主要有主導風向上設置型和四周設置型,也有三面設置的型式。設網方式主要考慮堆場的大小、形狀和當地的風向、風頻等氣象條件。防風抑塵網設在距堆垛 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,因地制宜地設置防風網。一般可沿堆場堆垛邊上設置防風網[3]。

在進行防風抑塵網建設時,不僅要考慮堆場的大小、形狀和當地的風向、風頻因素,還要考慮堆場的現場設網條件。需對擬設網堆場進行深入的現場調查,主要包括堆場建造物、機械設備、地下管線及其道路等設施,以保證防風網的建設和營運不影響堆場的正常營運和堆場輔助建筑物的相關功能。

3.4 防風板開孔率選擇

防風板開孔率是防風板的開孔透風面積與總面積之比,是設計防風抑塵網的一個重要參數。防風板的開孔率對受保護堆垛表面風壓的影響也顯而易見,過小的開孔率會增加墻的風壓,過大的開孔率會增大受保護堆垛表面風壓。

防風板的開孔率與防風板后風速的降低掩護范圍有直接關系。從風洞試驗數據可知,防風板的開孔率為 30%～50%時均具有較好的防風效果,即網后風速較小;防風板的開孔率為 40%～44%時,防風網后的風速下降區域最長,即風流再附距離最遠,可以達到 30～50倍網高的距離,但是在網后 10倍網高距離的風速的減低不顯著。防風板開孔率為40%～44%時,比較適用于堆場上風向的防風,使其對網后的防風效果明顯,風流再附距離較長。一般情況下,防風板的開孔率為 30%～40%。

3.5 材質的比較和選擇

根據不同的使用目的和環境狀態,防風抑塵網可采用不同的材質。目前國內外較為廣泛采用的材質主要有三種:玻璃鋼、金屬板、復合材料。

3.5.1 材質的比較

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、促進劑、阻燃劑等材料,加熱固化而成。這種產品防腐性能好,如用在容器及管道等防腐要求高的環境下效果較好。缺點是如長期暴露在室外,在紫外線較強的環境下使用極易老化,且受力狀況不好。而防風抑塵網使用在室外,長期受到紫外線照射又作為受力結構固定在鋼架上,在大風作用下容易撕裂、脫落,使用過程中返修率較高。且玻璃鋼報廢后無法回收,處理方式一般為焚燒和深埋處理。焚燒后會產生刺鼻的氣體污染大氣環境;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,材質表面進行耐腐蝕處理,各方面性能都較為優越,且可回收利用,但價格高昂。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。

復合材料根據不同的材質組合,以聚乙烯和增強樹脂為代表,所具有的性能差異較大,增強樹脂以其優良的性能,在目前防風抑塵網中使用較為廣泛。3種材質的性能比較詳見下表 1。

表1 3種材質性能比較

3.5.2 材質的選擇

(1)防腐及防老化要求。堆場如果含有硫分和揮發分,則容易形成酸性環境,具有較強的腐蝕性,應將易被無機酸侵蝕的材料排除,選擇耐酸性好的材料。此外,在紫外線強度高的地區,應選擇抗紫外性能力強的材料。如果是港口堆場防風網,材質的選擇還應考慮到沿海地區大氣環境的腐蝕性。

(2)造價及運行維護費用。在材料滿足使用性能和使用壽命的前提下,本著節約的原則,應選擇價格低廉的材質。防風板材質應選擇不易撕裂、不易脫落,減少使用過程中產生諸多的維修費用。

(3)環境污染及后期利用。材質應該滿足國家對環境保護以及清潔生產的要求,所選擇的材質應盡量滿足能夠回收利用,以減少材質達到使用期限后,后期的銷毀所帶來垃圾清運和處理費用。

3.6 防風抑塵網建設經濟效益

客觀來說,防風抑塵網建設的經濟效益是抵償不了其建設成本的,其建設的環境效益和社會效益是更主要的。防風抑塵網建設將減少大風揚塵導致的物料流失,在防治揚塵污染的同時減少了原 (燃)料流失所造成的經濟損失。國內外對堆場揚塵進行了很多研究[5-8],并建立了起塵量的公式。根據實際工程具體情況,我們選擇公式計算起塵量,然后乘以防風抑塵網設計效率,便得到防風抑塵網攔截的塵粒量。通過經濟核算,可得出防風抑塵網的建設經濟效益。

4 結語

(1)設計防風抑塵網時,應綜合考慮來流風的大氣流場、主導風向、周圍建筑物對來流風的風速、風向的影響,有針對性的選擇設網高度。在大風條件下,應開啟堆場噴淋裝置,以提高抑塵效率。

(2)防風抑塵網在網前存在減風區域,且網前對正風向的遮蔽效果優于對偏風向的遮蔽效果。

(3)在南方地區多臺風,風向多變,風力較大,可能造成防風抑塵網的坍塌和損壞,因此進行防風抑塵網設計時風荷載取值不僅要考慮規范規定的基本風壓,還應該結合當地的氣象資料,尤其是臺風的資料,適當提高設計級別以提高防風網的結構安全。

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

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

[3]陳建華,詹水芬.港口散貨堆場防風網防塵技術研究和應用[J].珠江水運,2008,(3):44-46.

[4]王丹,張亞敏,王傳瑜,等.煤炭堆場防風抑塵集成技術的應用[J].環境科學與技術,2010,(S1):84-85,134.

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

[6]高艷艷,潘俊,何晨玲.煤場揚塵影響預測與措施研究[J].工業安全與環保,2007,(11):40-42.

[7]辛庚華.露天堆場起塵與防風網遮蔽效果機理研究及現場實測分析[D].大連:大連理工大學,2010.

[8]陳愛英.防風網的數字模擬[D].上海:同濟大學,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,應用氣象學碩士,助理工程師,主要從事環境保護設計及水文氣象研究。E-mail:chenainimen@ 126.com