全封閉氣膜罩式環(huán)保設施在煤堆場的應用

孫樹群，王 寧

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

引 言

近年來，隨著京津冀地區(qū)霧霾天氣出現頻次的升高，大氣污染的關注度持續(xù)升溫，建設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)電仍占據約一半的發(fā)電比例，而露天煤堆場在大風季節(jié)以及運輸、裝卸等過程中造成的煤粉揚塵給周邊生產生活區(qū)造成了嚴重的環(huán)境污染。在目前的環(huán)保形勢下，傳統(tǒng)的灑水噴淋、建設防風抑塵網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，運用新材料，從根本上抑制粉塵外溢，做好環(huán)境污染源頭治理，打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)已迫在眉睫。

1 項目背景

隨著我國環(huán)境保護力度的不斷加強和節(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準》（GB 16297-1996）規(guī)定周界外監(jiān)控點濃度限值為1 mg/m3。

河北省大氣污染防治行動計劃實施方案中提出：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)煤場應全面實現入棚、入倉密閉儲存，煤粉儲存應采用入棚、入倉存儲，棚內設有噴淋裝置，在物料裝卸時灑水降塵，對不能完成整治任務的一律實施停產整治，整治無望的依法關停。

為適應新形勢下環(huán)境保護的要求，秉承建設綠色環(huán)保企業(yè)的精神，河北省某電廠擬對其露天煤堆場進行防塵封閉改造。同時，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格限制施工周期并做到盡可能不影響生產運行，綜合周邊建筑物、鐵路、道路等現狀，經過對實際案例的調研和考察，決定采取全封閉氣膜罩式堆煤環(huán)保設施，以徹底解決煤粉揚塵的污染問題。

2 改造方案

根據項目改造前煤堆場的實際情況，為保證堆場的儲存能力并滿足斗輪機檢修吊車進場后的起吊高度要求，設計全封閉氣膜罩式堆煤環(huán)保設施（以下簡稱“氣膜環(huán)保設施”）外表尺寸長寬高分別為161 m×95 m×31 m（至高點）。主要由基礎系統(tǒng)、設備系統(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)等構成，采用單層膜結構，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、100年一遇的暴風雪及8級烈度地震災害，使用壽命達30年以上。

圖1 氣膜罩式煤堆場效果

圖2 氣膜罩式煤堆場結構示意

2.1 基礎部分

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

2.2 氣膜罩及鋼網索

煤堆場粉塵污染嚴重，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，膜材質保年限為20年，壽命30年以上。

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

圖3 氣膜罩及鋼網索示意

表1 M7000氣膜膜材參數

氣膜表面設置斜向鋼索網系統(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保護層功能，平面布置根據受力計算書確定。

圖4 氣膜鋼網索受力設計云圖

2.3 送風加壓系統(tǒng)

風機系統(tǒng)是氣膜環(huán)保設施的核心之一，包括風機、定向吹風調節(jié)器，過濾設備等組成。本項目配置不小于30 000 m3/h的風機，設計風機6臺。充氣成型時風機同時運作，時間不超過3小時。

1）設施在閑置情況下啟用 1～3臺風機變頻50 %～60 %功率運行，排放風與送風量對等。

2）設施在汽車進出頻繁等情況下，啟用2～5臺風機，排放風與送風量對等；送風量的大小跟人員進出及汽車門開啟頻率成正比，智能控制系統(tǒng)控制風機變頻運行，根據風速、氣壓等感應儀傳輸的信號自動感應調整，隨著室內氣壓的高低加大或減少送風量，維持室內氣壓穩(wěn)定安全，保證室內空氣質量指數。

2.4 排氣換氣系統(tǒng)

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

圖5 排氣換氣系統(tǒng)設計

同時，在室內設置空氣質量感應器，對空氣中的瓦斯、CH、NOx、CO、CO2、SO2、H2S等有害氣體進行檢測，感應器將空氣質量的相關數據傳輸到控制系統(tǒng)，一旦濃度超標（如瓦斯?jié)舛龋? %），控制系統(tǒng)立即報警同時啟動排氣裝置進行排放并加大新風量，確保室內操作人員安全。

2.5 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)是氣膜環(huán)保設施的核心和大腦，設有自動、半自動和手動三種運行方式控制各個設備系統(tǒng)協調運行。智能控制系統(tǒng)實時收集室內外各種傳感器的數據（圖6），并將數據傳回智能化機電控制系統(tǒng)，通過分析處理自動調節(jié)通風換氣量或開啟降塵裝置，保證室內煤和粉塵濃度在安全范圍，實現人性化操作管理，達到氣膜環(huán)保設施安全健康、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)

作為全封閉構筑物，氣膜在設計過程中根據消防標準配置消防水炮、消防應急氣密門等消防安全系統(tǒng)設施，保證緊急情況下室內人員能在 3分鐘內撤出室外。

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

3 項目實施效果

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

目前，該項目已建成并投入使用，根據當地環(huán)保部門對周邊環(huán)境粉塵顆粒物的監(jiān)測結果，大氣環(huán)境中煤粉的含量有了顯著的減少，氣膜環(huán)保設施的投入使用對煤堆場揚塵污染的防防治效果十分明顯。

圖7 氣膜環(huán)保設施建成后航拍圖

圖8 氣膜環(huán)保設施建成后室內作業(yè)

4 氣膜環(huán)保設施的優(yōu)勢

1）抑塵效果顯著。氣膜環(huán)保設施屬于全密閉空間，能降低 100 %風速，煤堆場內粉塵揚飛高度下降75 %～85 %，配合場內霧炮噴淋、場外綠化帶等輔助設施，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；設施內的霧炮相比傳統(tǒng)噴灑設備可節(jié)約60 %～70 %耗水量。

3）結構輕盈，無梁無柱，適應范圍廣。氣膜主要利用氣壓差支撐，現代膜材料的性能和寬度可輕松實現百米大跨度，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，使內部工程機械、堆取料機的工作布局基本不受限制。

4）造價低廉，工期大幅縮短。氣膜對基礎要求很低，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)運營及維護成本費用低，氣膜環(huán)保設施不同于傳統(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)保設施內部無鋼性支撐，省去了網架鋼結構的油漆防銹維護費用，同時消除了高空作業(yè)安全隱患。

6）外形時尚新穎，改善了煤堆場不友好的視覺效果，有良好的宣傳效應。

5 結 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構提供了良好的改造基礎，全封閉氣膜罩式堆煤環(huán)保設施在該項目中的成功應用，有效的說明了氣膜這一新型材料在環(huán)保領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，揚塵現象嚴重，據不完全統(tǒng)計，每年因大風揚塵損失的原料大約占3 ‰，存在強烈的改造需求。氣膜結構憑借著改造工期短、環(huán)保效果明顯，且對生產影響小等優(yōu)點，一定能在港口堆場的改造過程中得到廣泛的推廣和使用。