防風抑塵網技術在火力發電廠煤場中的應用

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原料。目前國內外主要采用表面覆蓋、水噴淋和防風抑塵網技術等來控制火電廠煤堆場的揚塵。重點介紹了防風抑塵網技術的研究進展、原理、結構、設置和抑塵效果,并結合秦皇島發電有限責任公司煤場防風抑塵網的工程實例進行說明。

關鍵詞:防風抑塵網,電廠,煤場,抑塵

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

1 引 言

隨著經濟的飛速發展,人類對能源的需求日益增多,同時也造成了越來越嚴重的環境污染,能源短缺和環境污染正成為全世界面臨的嚴重問題。防風抑塵網技術是一種新型的技術,雖然一次性投入較大,但能滿足環保的要求,日后的運行維護費用又少,因此得到了廣泛的應用。本文從防風抑塵網的原理、結構和應用現狀等方面來介紹,并結合秦皇島發電有限責任公司煤場防風抑塵網的實例進行說明。

2 防風抑塵網技術介紹

2.1 防風抑塵網技術的研究進展和現狀

防風抑塵網又名擋風墻、防風墻、擋風板、擋風抑塵網、擋風抑塵板等。從上個世紀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抑塵網技術進行了深入的研究和應用。日本在30多年前,就將防風抑塵網技術應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抑塵網采用“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%,取得了很好的防風和抑塵效果。另外,日本國內的防風抑塵網工程往往與灑水噴淋相結合,保證堆場內部物料含水率,現場基本不起塵。美國環保局也在1986年總結防風抑塵網使用數據的基礎上,提出了防風抑塵網的一系列設計參數。目前防風抑塵網在國外已經形成為一項比較成熟有效的防塵技術。

我國對防風抑塵網技術的研究起步比較晚,開始只是在結合煤場粉塵治理工程可行性研究的基礎上對防塵機理、防風抑塵網的結構參數、材質和防風減塵效果進行研究,并完成了一些技術驗證工作。1986年,武漢水利工程學院流體力學教研室,結合上海港朱家門碼頭煤堆場“擋風網防塵措施研究”的課題和煙臺港石油碼頭防塵措施的課題進行研究,驗證了防風抑塵網的一些結構參數,并提出了一些亟待解決的問題。20世紀90年代初,交通部水運科學研究院與北京大學環境中心環境空氣動力學研究室合作,研究了秦皇島碼頭煤堆場防風抑塵網工程的可行性,并對防風抑塵網的防塵機理、主要結構參數、開孔率、雙層結構和材質等作了一些研究論證。2002年南京工業大學和秦皇島市環保科技開發公司,對秦皇島發電有限責任公司煤場防風抑塵網工程進行可行性研究,2003年6月完成工程的全部安裝,使之成為國內最大、最早應用煤場防風抑塵網技術的企業。近年來,臺灣海洋大學河港工程系在防風抑塵網多層結構及網后空氣紊流結構方面也開展了一些研究工作。

2.2 防風抑塵網技術的原理

防風抑塵網的防塵機理是其通過控制改善煤堆場區的風流場,減小堆場區的風速和風流場的紊流度。當強風經過防風抑塵網后,其動能大幅度減小,高強度旋渦也衰減。這樣當通過防風抑塵網后的低速、紊流度弱的風流掠過煤堆場,形成低動能和弱紊流度的煤堆場區部分流場,使煤堆場處起塵量大幅度減小。

對于電廠煤堆場,只要外界風速達到一定強度,就會使煤堆表面的顆粒產生足夠的向上遷移的動力,該動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塵,此時的風速也成為起動風速。煤堆起塵與風速關系如下:

Q=α(v-v0)n(1)

式中:Q:煤堆起塵量;v:堆場風速;v0:起動風速;α:相關系數;n:指數(一般情況下,在2.7~6.23之間)。

從上式可知,只有當堆場風速v大于起動風速v0時,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施噴淋,是為了增大v0,設置防風抑塵網則減小了v。

2.3 防風抑塵網的結構

防風抑塵網其主體主要由基礎結構和防風板兩部分組成。基礎結構又分為地下基礎和支架結構。地下基礎,一般為鋼筋混凝土結構。支架結構一般由鋼支架組成,主要是給防風抑塵網提供足夠的強度,來抵御強風在墻體表面形成的高壓。防風板是防風抑塵網的主體結構,一般采用無機非金屬材料經剪板折彎、沖孔、成型和清洗制成,產品可以在環境溫度為-40℃～80℃的范圍內使用。材質采用高密度聚乙烯和EVA樹脂等,并在生產過程中加入抗UV劑、抗老化劑、阻燃劑、交聯強化劑等。目前也有使用鋼板、鍍鋅板等材質制作的防風板,如河北省安平縣華潤五金公司生產的防風抑塵網。防風板與支架結構之間通過螺釘和壓板固定在一起,整體防風抑塵網的理論使用壽命在15~20年之間。

2.4 防風抑塵網的設置

電廠在設置防風抑塵網的時候,一般要考慮設網方式、設網高度、防風抑塵網和煤場垛堆的距離等因素。考慮煤場的大小、形狀和當地的氣候因素,設網方式主要分為主導風設置型和四周設置型。防風抑塵網高度的設置主要取決煤堆垛高度、煤堆場大小和環保等因素。根據風洞試驗,防風抑塵網的高度一般取堆垛高度的1.1～1.5倍。風洞實驗表明,在防風抑塵網后一定距離之內有一個低風區,此處的減風效果最好,因此在設置防風抑塵網時有一個最佳的距離。對于一個垛堆的煤場而言,防風網設在距堆垛2～3倍堆高的距離處為最佳距離。對于由多個堆垛組成的煤堆場而言,可視堆場周圍情況,因地制宜地設置防風網。

2.5 防風抑塵網的抑塵效果

經過二三十年的研究和推廣使用,防風抑塵網的綜合抑塵效果明顯。單層防風抑塵網的綜合抑塵效果可達65%～85%,雙層防風抑塵網的效果可達75%～95%。并且風速越大,防風抑塵網降低風速的效果越顯著,但網后遠風端的效果差,這是由于風速大產生的動量也大,從而引起湍流增加和風障頂部剪切力增加,進入屏蔽帶,引起風速增加。美國環境保護局的研究表明:防風抑塵網與風向成90°夾角時,抑塵效果最好,防風抑塵網與風向成40°夾角時,抑塵效果很差。在實際工程中,由于風向的變化范圍很大,防風抑塵網的效果低于預測值。

3 電廠煤場中防風抑塵網的應用實例介紹

防風抑塵網以其高效的抑塵效果,目前在國內外的碼頭、鋼鐵企業、煤礦、電廠煤場等地方得到了應用,我們選取其在秦皇島發電廠煤堆場中的應用作為實例來介紹。

秦皇島發電有限責任公司座落于秦皇島市東部工業區,其前身是秦皇島熱電廠,總裝機容量100萬KW。其廠區南側建有露天煤堆場,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境(鄰近煤場的有秦電運輸公司、晨礱酒店、辦公樓等)。為了抑制煤堆場的煤塵污染,2002年秦皇島發電有限責任公司委托秦皇島市環保科技開發公司和南京工業大學對煤堆場周圍安裝防風抑塵網,2003年竣工。下面是防風抑塵網設計的一些細節。

3.1 煤堆場風向情況

常年風向西南西(WSW),出現頻率為10.6%。強風向為東北東(ENE),實測年平均風速3.9m/s,最大風速23.9m/s。春、秋季多西南風或西南西風,冬季為東北或東北東風,夏季多南風。

3.2 防風抑塵網設計方案

煤場防風抑塵網采用四周設置,煤場西側因靠近晨礱酒店而采用了雙層防風抑塵網,其它3個方向為防風抑塵網,在原出入口處留有通道。

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

3.3 防風抑塵網的抑塵效果

防風抑塵網有很好的抑塵效果,周圍的環境得到了明顯的改觀。在工程可行性研究階段,煤場附近污染嚴重,在風力為3～4m/s時,煤場周圍粉塵平均濃度為20.2mg/m3。防風抑塵網安裝完成后,監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,空氣達到國家二級標準。

3.4 工程的經濟分析

工程共投資980萬元,主要包括施工安裝費170萬元,鋼材、混凝土、防風抑塵網等設備材料費約740萬元,設計費50萬元及其它不可預見費等。防風抑塵網投入使用后,預計每年能夠減少煤塵飛揚約2040t(按占堆放煤炭飛揚損失的1.5%～2%計算),每年可節約燃料成本約60萬元。更重要的是對改善環境質量作出了貢獻。

4 結論

電廠的煤場設置防風抑塵網,不僅解決了煤場的煤塵污染問題,改善了周圍的環境,而且還避免了原料浪費,節約了成本。我們應該在火電廠的煤場中進一步推廣,但是設置防風抑塵網時還要考慮以下因素:在設置防風抑塵網的同時還要利用其它的抑塵措施,如噴淋水和化學藥劑,表面覆蓋,在煤場的周圍種植喬木等;電廠在設置防風抑塵網的時候還要綜合考慮電廠的經濟效益、電廠所在地的氣象條件,煤炭原料的來源和環保等要求;防風抑塵網的設置還要考慮不要影響消防,不能阻礙運煤車輛進出作業等。只有這樣才能在保證發揮防風抑塵網作用的同時,保證電廠的順利運行。

參考文獻:

[1] 王元戰,孫熙平,詹水芬,等.防風網結構設計研究綜述[J].港工技術.2008(3):16~19.

[2] 趙慶久.煤場擋風抑塵墻的應用[J].華北電力技術,2004(10):30~33.

[3] 郭輝.防風網遮蔽效果研究[D].大連:大連理工大學,2008.

[4] 祁有祥,程復.防風網防風效能初步研究[J].水土保持研究,2007,14(1):190~195.

[5] 孫熙平.防風網結構風振抗疲勞特性研究[J].港工技術,2009(2).

[6] 吳維平.中國沿海港口粉塵污染的防治現狀與對策[J].交通環保,2003,22(4):380~384.

[7] 李劍宏.擋風墻擋風抑塵效果數值模擬研究[D].杭州:浙江大學,2007.

[8] 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):86~88.

[9] 潘蘇,于大海.電廠煤場擋風墻研究[J].山東電力技術,2006(6):45~48.

[10] 張光玉,陳立,王奇志,等.秦皇島港煤堆場防風網風洞試驗研究[J].交通環保,2003(1):4~6.

[11] 趙海珍,梁學功,馬愛進.防風網防塵技術及其在我國大型煤炭港口的應用與發展對策[J].環境科學研究,2007,20(2):67~71.