港口干散貨堆場的環保措施簡析

張 劍，魏夢嬌，柳玉濤

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

港口干散貨堆場的環保措施簡析

張 劍，魏夢嬌，柳玉濤

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

揚塵是大氣污染的首要污染源，露天散貨堆場防塵、抑塵工作刻不容緩。本文探討了露天散貨堆場的主要起塵環節，通過對比分析選用防風抑塵網技術控制揚塵，并對其在工程實際中的應用效果進行了介紹。

揚塵；防風抑塵網；露天散貨堆場；風洞試驗

引 言

碼頭露天堆場內的散貨物料在堆存和作業過程中遇到二級風以上天氣時引發揚塵，繼而造成大氣環境污染。近年來霧霾天氣頻發，人們對大氣污染的重視程度也不斷提升，環境要求已成為生活質量的重要組成部分。在此形勢下，我國許多城市先后提出了嚴格的控制標準和治理要求以期解決露天堆場內各類散流體物料的揚塵污染問題。

目前，國內外散貨碼頭在露天堆場防塵抑塵工作方面采取了一些有效措施，主要有：水噴淋、氈布覆蓋、封閉倉庫、鋼結構大棚以及防風抑塵網等，上述方法均可在一定程度上防治粉塵污染。但水噴淋法在風力稍大時防塵效果驟降，且北方港口冬天氣溫較低時容易造成物料板結、凍塊；氈布覆蓋法需要靠人力作業完成覆蓋操作，且極易損壞氈布；封閉倉庫法與鋼結構大棚的投資成本、運營成本、后期維護費用均很高；防風抑塵網法一次投資成本也較高，但其在營運期基本不需維護，且其建設周期短，建成后外觀整潔漂亮。

研究表明直至21世紀中葉，我國在經濟高速發展的背景下，工業原材料的開發供給、建設需求將持續增長，該過程必將出現大量的散貨堆場，因此，采取低成本、高成效的措施手段來控制粉塵污染將成為我國環境治理領域的重中之重。

1 方案和措施分析

1.1 起塵分析

鑒于使用方便、投資成本、安全管理等因素，目前已建成的散貨碼頭大多采用露天堆場用于煤炭、礦粉、礦石等散貨物料的堆垛。露天散貨碼頭通常有碼頭、堆場和裝卸車三個作業區，其主要裝卸工藝流程如下：

1）專業化散貨碼頭

圖1 專業化散貨碼頭裝卸工藝流程

2）通用散貨碼頭

圖2 通用散貨碼頭裝卸工藝流程

由上述散貨碼頭裝卸工藝流程可知，專業化散貨碼頭在作業過程中的起塵點更多，起塵點主要存在于碼頭作業區、堆場作業區和裝卸車作業區三個環節，在此裝卸系統中主要的起塵源有：

①碼頭機械將船艙內散貨物料接卸至碼頭上的帶式輸送機或碼頭機械將散裝物料裝載至船艙；

②各轉接機房的轉接點；

③堆場的堆取料大機設備堆料、取料作業；

④堆場裝卸車設備裝卸火車/汽車；

⑤自然風力。

針對上述三個主要起塵環節，運用層次分析法對其進行分析、評估，見表1。

表1 起塵環節分析

由此可見“堆場堆取料作業環節”是整個工程中防塵、抑塵的主要突破口。根據相關部門對專業化散裝物料裝卸碼頭的起塵環節分析研究，堆場是整個裝卸系統產生粉塵污染的核心區域，其產生量占總產生量的97 %。因此，露天散料堆場是整個專業化礦石碼頭揚塵控制的關鍵點。

1.2 環保措施

露天式專業化礦石碼頭的粉塵防治主要從裝卸機械和堆場物料兩方面著手。

1）裝卸機械方面

裝卸機械的環保措施分為兩個部分：干式除塵系統和濕式除塵系統。碼頭、堆場內的裝卸船設備、堆取料設備和裝卸車設備下帶式輸送機外均設有皮帶罩，各轉接機房內設置機械通風除塵系統。除此之外，在裝卸船設備、堆取料設備和裝卸車設備上還各自設有濕式除塵系統。

2）堆場物料方面

堆場內物料抑塵環保措施通常采用鋼結構封閉大棚或防風抑塵網工程技術，同時配置灑水噴槍設備、建筑防風林和隔離帶等設施。其優點是減風抑塵面積大、效果好，雖建設投資較大，但可長時間受益，且后期維護費用較低，能最大程度地降低料場的揚塵污染，實現環境治理目標。

從碼頭工程粉塵防治的措施與效果來看，裝卸機械的防塵方式為點控制，而堆場物料的防塵為面控制，因此，堆場物料方面相比裝卸機械方面能更加高效地降低揚塵污染，其控制范圍更大、抑塵效果更佳。

1.3 方案分析

目前，控制散料堆場揚塵所采取的技術措施，按抑塵技術主要分為以下4種方式：

1）水噴淋降塵；

2）噴灑降塵劑；

3）建封閉料倉；

4）防風抑塵網（擋風抑塵板）。

前兩種環保措施的實現方式是一致的，均是通過設置在堆場內的專用噴頭將水或降塵劑噴灑至散料上方，分別通過物理和化學方法達到抑塵效果，這兩種抑塵措施與其他措施并不干涉，通常與其他措施一同實施以提高抑塵效果。針對后兩種抑塵措施，本文提出3種方案。

1）固定式斜拉索屋蓋方案

本方案采用的是斜拉索桁架結構，即采用斜拉索桁架結構將整個料場罩起來形成一個鋼結構棚，四周采用壓型鋼板密封。

圖3 固定式斜拉索屋蓋示意

2）氣膜封閉大棚方案

氣膜封閉大棚主要由混凝土基礎、膜結構、網鎖系統、送風及新風除塵系統、消防、照明、自動檢測及自動控制系統組成。該封閉大棚使用特殊建筑膜材料做外罩，配備一定數量的機電設備為氣膜結構內部提供空氣的正壓，將氣膜主體支撐起來形成封閉大棚的結構系統。

圖4 氣膜封閉大棚實景

3）防風抑塵網方案

防風抑塵網，主要由鋼結構組成，網體通常為布滿開孔的鋼板或合金板。通過在堆場外圍建造閉環防風抑塵網，該網允許少量的風通過其密布的開孔來控制進入下游的風量，經過防風網頂部的風與下游低風區被隔離一段距離后再合流，這樣的合流比較緩和，從而達到抑塵效果。

圖5 防風抑塵網結構示意

1.4 方案比選

固定式斜拉索屋蓋方案能夠對堆場做到完全環保的要求，但整個鋼結構用鋼量較多，屋面和墻面圍護用量較大，投資大。

與固定式斜拉索屋蓋方案相比，氣膜封閉大棚方案結構用鋼量極少，其具有重量輕、施工周期短、施工難度低、造價較低及維護管理要求低等特點，但其與外界接口處需進行特殊處理。由于該技術方案引入國內時間較短，同時在國內應用實例極少，因此其在實用性、耐久性、消防措施等方面均需進一步研究考證。

防風抑塵網相對于其他兩種方案而言，施工簡單，總投資費用、日常維護費用、故障率均較低，環境保護目標能符合控制目標的要求。

表2 防風抑塵效果

從降低風速、揚塵高度、飛散粉塵量以及設備投資等方面對上述三種防風抑塵方案進行綜合對比，由表2可以看出，防風抑塵網比另外兩種方案的防治效果稍差，但三種方案均能滿足環保要求，再結合設備投資情況而言，防風抑塵網結構形式的方案更加可行。

2 防風抑塵網

防風抑塵網是運用空氣動力學原理，按照1：100～500的比例構造工程現場環境進行風洞試驗，根據試驗結果制造成一定形狀、開孔率和不同孔形組合的防風抑塵網，當網外的流通空氣（強風）通過時，在網內側會形成上、下兩組干擾氣流，實現外強內弱、外小內無的氣流效果，從而達到控制揚塵的效果。

2.1 風洞試驗

圖6 風洞試驗斷面

風洞試驗如圖 6所示，試驗裝置的尺寸為0.6 m×0.72 m×8.0 m。

通過試驗，平均速度與亂流強度分布的關系如下：

式中：U?為大氣邊界層厚度所對應的速度；α為指數，取1/T≈0.143；z為防風網高度；δ為模擬的大氣邊界層厚度，240mm。

此時，對于平均流速的堆料場模型的Re系數為Re=18 000～27 600。

試驗組與座板系統以及砂堆的主要特性見圖7。

圖7 風洞試驗原型

試驗中，分別對不同形狀、開孔率和孔形組合的防風抑塵板進行風洞試驗，測試結果顯示防風抑塵板在一定幾何形狀、開孔率和孔形的組合條件下可顯著降低風速、風力。

圖8 氣流穿過防風抑塵網示意

確定防風抑塵板的最佳形狀、開孔率和孔形組合后，將其搭建、安裝成型為防風抑塵網進行下一步測試，風洞試驗結果表明防風抑塵網可改變大部分來流風風向，降低來流風的風速，最大限度地損失來流風的動能，避免來流風的明顯渦流，減少風的湍流度從而有效降低起塵量，實現防風抑塵的效果。來流風通過防風抑塵網后形成湍流漩渦流（如圖8），其風速、風壓的衰減度與風速的平方正相關。由此可見，來流風的風速越大，防風抑塵網的防塵效果越佳，露天堆場內散料的損失越小。

2.2 防風抑塵網設置

防風抑塵網的設置形式主要受工程所在地風向、風頻分布以及堆場范圍、形狀等因素的影響，叢曉春等經實驗對比可知四周設置閉環網的防風效果最好。防風抑塵網在堆場控制揚塵的機理分為防風和捕捉粉塵兩種功能，通常在堆場所在地常風向的上風向設置防風板，下風向設置抑塵板。

圖9 防風網防風樣例

圖10 防風網捕捉粉塵樣例

防風抑塵網的高度一般在物料堆高的 1.1～1.5倍內選取，而防風抑塵網與堆垛之間的距離可取0.5～3倍網高，具體可根據堆場實際情況進行合理設置。

鑒于折角140°蝶型防風板的機械強度和穩定性比其他型式更優，因此在工程實際中更多使用。防風板的開孔率與堆料性質、周邊環境及防風網材質等諸多因素有關，開孔率30 %～50 %具有明顯地降低風速和紊流度的作用。

3 工程實例

3.1 工程概況

天津港南疆港區 26號鐵礦石碼頭工程位于天津港南疆港區東部、規劃的南疆26#泊位位置，碼頭長度400 m，設計船型為30萬t級散貨船，設計年通過能力為2 300萬t/a。

工程碼頭為順岸連片引橋式布置，通過東、西兩座引橋連接后方露天堆場，堆場布置在碼頭岸線后方陸域范圍內，平行于碼頭岸線布置，堆場面積約48.9萬m2。

工程為露天作業模式，采用“碼頭前方采用橋式抓斗卸船機進行卸船作業，利用帶式輸送機進行水平運輸，堆場內通過堆料機、取料機和堆取料機完成堆料、取料作業，通過裝車樓完成裝火車作業”的裝卸工藝模式，其裝卸工藝流程如圖11所示。

圖11 裝卸工藝流程

3.2環保方案

天津港南疆港區 26號鐵礦石碼頭工程的主要起塵點為露天堆場作業區，該堆場區南北向縱深約372 m，東西向約1 290 m，堆場內鐵礦石堆高10 m，最大存儲量為401萬t。

該工程堆場區采用防風抑塵網控制鐵礦石粉塵污染，結合工程所在地風況、露天堆存物料特性及裝卸作業工藝等因素，該防風抑塵網主要設計參數如下：

①布置型式：四周環圍式；

②在不影響堆場裝卸機械作業的前提下，防風衣塵網盡可能靠近料堆設置；

③網的高度：20 m；

④防風抑塵板折角：140°；

⑤上風向與下風向分別設置防風網和抑塵網，其開孔率分別為40 %和31 %。

圖12 工程堆場布置

3.3 應用效果

表3 風洞試驗與實際效果對比

由表3可知，防風抑塵網的實際防塵效果與風洞試驗結果基本一致。風穿過防風抑塵網后風速削減率達70 %以上，風速降低效果十分顯著，且設置防風抑塵網之后，堆場周邊區域揚塵現象得到明顯控制，防風抑塵效率達到80 %，若同時配合堆場內灑水噴淋、堆場外綠化帶等，礦石粉塵的抑制率可達90 %以上。因此，防風抑塵網可有效地治理和控制露天散貨料場內粉塵污染問題。

4 結 語

防風抑塵網技術可以有效地解決露天散貨堆場的揚塵問題，改善場區及周邊地區的生產、工作、生活環境，減輕對大氣環境的污染，減少霧霾天氣的出現。據不完全統計，每年因大風揚塵損失的原料大約占3 ‰，增加防風抑塵網在防治揚塵的同時，還可大大減少非人為因素造成的原料損失，給企業自身以及周邊環境帶來積極、正面的影響。同時與其他環保措施相比，防風抑塵網的抑塵效果較好、投資成本更低、后期維護更方便，因此其更適合應用于大型露天堆場，為港口散貨堆場的粉塵控制提供有效保障，相信防風抑塵網技術會在節能環保的路上越走越遠！

［1］尹錫澤，柴信眾.天津港南疆港區 26號鐵礦石碼頭工程初步設計［R］.天津：中交第一航務工程勘察設計院有限公司，2012.

［2］何連華，陳凱，張亞青，等.超大型煤炭堆場防風網抑塵效果研究［A］.北京力學會、北京振動工程學會.北京力學會第21屆學術年會暨北京振動工程學會第22屆學術年會論文集［C］.北京力學會、北京振動工程學會，2015：4.

［3］張光玉，李明水，詹水芬，等.大型煤堆場防風網風洞試驗研究［J］.實驗流體力學，2008，04：58-62.

［4］叢曉春，詹水芬.防風網多孔動力效應的應用研究［J］.中國礦業大學學報，2009，02：193-196.

［5］徐祎，朱庚富.煤場防風網防塵技術研究［J］.環境科學與管理，2013，09：93-98.

［6］Sang-Joon Lee，Cheol-Woo Park.The Shelter Effect of Porous Fences on Coal Piles in POSCO Open Storage Yard［J］.J Wind Eng Ind Aerodyn，2000，（84）：101-118.

［7］李剛.抑塵擋風墻技術的探討［J］.山西建筑，2012，36：217-219.

［8］李超.天津港南疆新礦石碼頭建設工程可行性研究［D］.大連海事大學，2010.

［9］陳果，楊克尼.建張大網防風抑塵［N］.中國環境報，2006-04-21008.

Brief Analysis of Environmental Protection Measures Applying to Dry Bulk Cargo Stockyard in Port

Zhang Jian，Wei Mengjiao，Liu Yutao
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

Air pollution mainly comes from dust emission.Dust-proof and dust suppressing work admit no delay in open-air bulk cargo stockyard.The steps causing dust emission in open-air bulk cargo stockyard are discussed in detail，the technique about wind-proof and dust suppressing net is used to control dust emission through comparative analysis，and an introduction is made to the effect of the above technique in engineering application.

dust emission； wind-proof and dust suppressing net； open-air bulk cargo stockyard； wind tunnel test

X736.1

A

1004-9592（2016）05-0086-06

10.16403/j.cnki.ggjs20160522

2016-06-15

張劍（1988-），男，工程師，主要從事港口裝卸工藝方面的工作。