防风抑尘网设计参数研究.doc

防风抑尘网设计要点及参数的确定The Main Design Pointsand Parameters Determination for Wind-proof and Dust Suppressing Network陈振华 胡署根ZHENHUA CHEN,SHUGEN HU,HUI LI.（湖南省电力勘测设计院,长沙，410007）(HUNAN ELECTRIC POWER DESIGN INSTITUTE,CHANGSHA,410007)摘要：本文介绍了堆场起尘、防风抑尘网抑尘的机理和国内外防风抑尘网研究结果，结合笔者实际工程设计的经验，对防风抑尘网设计要点和主要参数进行了分析，并提出防风抑尘网设计的意见和建议。关键词：防风抑尘 起尘风速 开孔率1 起尘机理研究堆场起尘分为两类:一是堆场表面的静态起尘；二是在堆取料等过程中的动态起尘。静态起尘主要是由于风的湍流引起的，主要与料的粒度、含水率、环境风速密切相关；动态起尘主要是指装卸作业时的起尘,属于正常运行状况，主要与料的粒度、含水率、环境风速和落差有关。根据微观粒子运动理论,在风力作用下,当平均风速约等于某一临界值时,个别突出的尘粒受湍流流速和压力脉动的影响开始振动或前后摆动,但并不离开原来位置；堆场中的料粒只有达到一定风速才会起尘,这种临界风速称为起动风速。起尘风速可按以下公式计算:V0 = a*d0.334*W1.114式中: V0为起尘风速,m/s；a为起尘系数；W为料堆表面含水率,%;d为尘粒径,mm。2 防风抑尘网原理及种类2.1 防风原理防风抑尘网防尘机理是它能控制改善堆场区的风流场, 减小堆场区的风速、减小堆场区风流场的紊流度。强风经过防风抑尘网后, 仅部分来风透过, 其动能衰减并变为低速风流, 与此同时, 这部分风在网前的大尺度、高强度旋涡被衰减、梳理成小尺度、弱强度旋涡。防风抑尘网后这部分低速、弱紊流度风流掠过堆场, 形成低风速梯度、低风速旋度, 弱涡量和弱紊流度的堆场区流场, 使堆场低处起尘量大幅度减少。根据空气动力学原理当风通过防风抑尘网时, 网后面出现分离和附着两种现象, 形成上、下干扰气流降低来风的风速,极大地损失来风的动能,减少风的湍流度,消除来风的涡流, 降低对料堆表面的剪切应力和压力,从而减少起尘量。其风流情况如图1所示。图1 防风抑尘板气流示意图2.2 防风抑尘网种类根据防风抑尘网的移动性能的不同, 防风网可分为固定式防风抑尘网和移动式防风抑尘网。(1)固定式防风抑尘网防风抑尘网目前主要以固定式为主, 根据目前国内外关于堆场的尘粒飞散预测与控制研究（包括风洞试验）的研究结果、国内外防风抑尘网工程现状得出的防风抑尘网的形状与防尘效果及其防尘范围的关系, 固定式防风抑尘网结构目前主要有三种结构形式:全网结构、网-墙结构和网-百叶窗结构，考虑到堆场有大型设备的使用，防止防风抑尘网不小心被撞坏，通常采用有防撞墙的网-墙结构，本文主要介绍这种类型防风抑尘网的设计。(2)移动式防风抑尘网可移动升降式防风抑尘网采用电动升降式处理, 即在使用时可将防风抑尘网提高到一定的高度, 而非作业时间将防风抑尘网降低, 不影响作业现场的其它作业。3 防风抑尘网设计3.1 防风抑尘网结构、形状目前广泛使用的防风抑尘网一般包括四部分:一是地下基础,可现场浇注混凝土,也可预制混凝土件；二是防撞墙，防止大型机械运输、装卸过程中撞毁防风抑尘网；三是支护结构, 采用钢支架制成, 以提供足够的强度，保证足够的安全，以抵御强风的袭击，同时考虑了整体造形的美观；四是防风抑尘板，现场将单片防风抑尘板组合起来形成防风抑尘网，板与板之间无缝隙,防风抑尘板与支架之间采用螺钉和压片连接固定1。防风板的形状有蝶型、直板形等多种形式2。根据风洞试验检测, 蝶型防风板在一定的开孔率下具有明显地降低风速和紊流度的作用, 防尘效果好。目前蝶型防风板在国内外已得到广泛应用。蝶型防风板分为单峰、双峰和三峰三种型式，其中，三峰型有着其他两种型号所不能比拟的优势，安装简便，施工效率高，安装后墙体整体性能好，抗风能力强，能大幅度降低施工成本，为施工单位在市场提高竞争力。3.2 防风抑尘网高度（1）防风抑尘网高度由堆垛高度、堆垛面积和环境质量要求等因素来确定。防风抑尘网靠近料堆设置,要求扬尘量小于国家标准,通过南京工业大学进行的风洞实验, 综合计算得出防风抑尘网的高度应比料堆高出23m较为适宜。（2）料堆场防风网的高度主要取决于堆垛高度、堆场范围等因素。风洞试验表明:当防风抑尘网的高度为堆垛高度的0.61.1倍时, 网高与抑尘效果成正比；当防风抑尘网高度为堆垛高度的1.11.5倍时, 网高与抑尘效果的变化逐渐平缓；当防风抑尘网高度为堆垛高度1.5倍以上时, 网高与抑尘效果的变化不明显。因此,防风抑尘网的高度一般在堆垛高度1.11.5内选取。根据有关研究表明, 墙高为煤堆高度的1.11.2倍较为合适。（3）防风抑尘网高度的确定还应考虑所保护堆场范围的大小，使堆场在防风网的有效庇护范围之内。风洞试验表明:对网后下风向25倍网高的距离内, 堆垛减尘率可达 90 %以上；对网后下风向16倍网高距离内，堆垛综合减尘效率达到80%以上；在网后25倍网高的距离处有较好的减尘效果；到网后50倍网高的距离处仍有削减风速20%的效果。为了达到环境质量要求，国内的防尘抑尘网大多要求减尘效率达到80%以上，因此，防风抑尘网高度应大于其网后庇护区1/163，4。3.3 防风抑尘网的平面布置防风抑尘网平面设置主要有主导风向上设置型和四周设置型, 也有三面设置的型式。设网方式主要考虑堆场的大小、形状和当地的风向、风频等气象条件。防风抑尘网设在距堆垛23倍堆高的距离处为最佳距离。对于由多个堆垛组成的堆场而言,可视堆场周围情况,因地制宜地设置防风网。一般可沿堆场堆垛边上设置防风网3。在进行防风抑尘网建设时, 不仅要考虑堆场的大小、形状和当地的风向、风频因素, 还要考虑堆场的现场设网条件。需对拟设网堆场进行深入的现场调查, 主要包括堆场建造物、机械设备、地下管线及其道路等设施,以保证防风网的建设和营运不影响堆场的正常营运和堆场辅助建筑物的相关功能。3.4 防风板开孔率选择防风板防风抑尘网的重要组成部分，它是防风板的开孔透风面积与总面积之比,是设计防风抑尘网的一个重要参数。墙的开孔率对受保护堆垛表面风压的影响也显而易见,过小的开孔率会增加墙的风压, 过大的开孔率会增大受保护堆垛表面风压。 根据风洞试验结果,防风板的开孔率与防风板后风速的降低掩护范围有直接关系。通过风洞试验数据分析, 防风板的开孔率为3050%时均具有较好的防风效果,即网后风速较小。防风板的开孔率为 4044%时,防风网后的风速下降区域最长,即风流再附距离最远,可以达到3050倍网高的距离,但是在网后10倍网高距离的风速的减低不显著。防风板开孔率为4044%时，比较适用于堆场上风向的防风,使其对网后的防风效果明显,风流再附距离较长。根据相关资料表明，最常用的防风板开孔率在30%40%。3.5 材质的比较和选择根据使用目的、环境状态的不同, 防风抑尘网使用不同的材质。目前国内外较为广泛使用的防风抑尘网材质主要有三种:玻璃钢、金属板、复合材料（主要有聚乙烯和增强树脂）。3.5.1 材质的比较玻璃钢，在加工过程中使用的原材料为不饱和聚酯树脂、玻璃纤维、固化剂、促进剂、阻燃剂等材料加热固化而成。这种产品防腐性能好，如用在容器及管道等防腐要求高的环境下使用效果好。其缺点是如长期暴露在室外，在紫外线较强的环境下使用极易老化，且受力状况不好。而防风抑尘网使用在室外，长期受到紫外线照射又作为受力结构固定在钢架上，在大风作用下容易撕裂、脱落，使用过程中返修率较高。且其报废后无法回收，处理方式一般为焚烧和深埋处理。焚烧后会产生刺鼻的气体污染大气环境；如果采用深埋处理的方式，会造成土壤及地下水污染。金属板，常见的有镀锌钢板、彩涂钢板、镀铝锌钢板、不锈钢板、铝镁合金板等，材质表面进行耐腐蚀处理，各方面性能都较为优越，而且可以回收利用，但价格较为高昂。不同的金属板材具有不同的性能，通常使用寿命都较高。复合材料根据不同的材质组合，以聚乙烯和增强树脂为代表，所具有的性能差异较大，增强树脂以其优良的性能，在目前防风抑尘网中使用较为广泛。各种材质的性能比较具体见下表1所示。表1 各种材质性能比较性能指标金属板玻璃钢复合材料(聚乙烯+增强树脂)密度较大大较小拉伸强度大较小较大剪切度大小较大工作温度-60150-4070-50130吸水率很小大小闪点很高一般较高材质镀锌钢板、彩涂钢板、镀铝锌钢板、不锈钢板、铝镁合金板等树脂中添加钙粉与中碱毡或布复合高分子复合材料环保性可回收不可回收不可回收缺点造价较高,通常耐腐蚀性较差，需经表面处理脆、易折断抗风一般，抗紫外性较差造价较高优点容易焊接、抗风好、具有较好的耐腐蚀性能价格便宜，耐腐蚀抗风好不变形、高强度韧性好，耐腐蚀寿命视具体的材质型号，使用寿命可达20年以上，甚至100年视添加钙粉量310年10-20年电绝缘性不好不防雷击绝缘绝缘性好对于金属材料，由于种类较为繁多，而使用较为广泛，现将常用的材料进行对比，具体如下表2所示。表2 金属材料性能技术参数对比序号材料性能单位铝镁合金不锈钢低碳钢1密度g/cm2.247.857.852拉伸强度MPa2304504453伸长率%1215154抗剪强度MPa1903453355工作温度-40-300-40-300-40-3006环保性环保环保环保7使用寿命年视具体的环境30-40视具体的环境40-50视具体的环境10-153.5.2材质的选择（1）从防腐、防老化方面分析堆场如果含有硫分和挥发分，则容易形成酸性环境，具有较强的腐蚀性，应将易被无机酸侵蚀的材料排除，选择耐酸性好的材料。此外，在紫外线强度高的地区，应选择抗紫外性能力强的材料。如果是港口堆场防风网，材质的选择还应考虑到沿海地区大气环境的腐蚀性。（2）从造价、运行维护方面分析 在材料满足使用性能和使用寿命的前提下，本着节约的原则，应选择价格低廉的材质。防风板材质应选择不易撕裂、不易脱落，减少使用过程中产生诸多的维修费用。（3）从环境污染、后期利用分析 材质应该满足国家对环境保护以及清洁生产的要求，所选择的材质应尽量满足能够回收利用，以减少材质达到使用期限后，后期的销毁所带来垃圾清运和处理费用。3.6 防风抑尘网建设经济效益客观来说，防风抑尘网建设的经济效益是抵偿不了其建设成本的，其建设的环境效益和社会效益是更主要的。防风抑尘网建设将减少大风扬尘导致的物料流失，在防治扬尘污染的同时减少了原（燃）料流失所造成的经济损失。国内外对堆场扬尘进行了很多研究5-8，并建立了起尘量的公式，本文对各种公式进行对比分析，具体见表3所示。根据实际工程具体情况，我们选择公式计算起尘量，然后乘以防风抑尘网设计效率，便得到防风抑尘网拦截的尘粒量。通过经济核算，可得出防风抑尘网的建设经济效益。表3 堆场起尘量计算公式序号公式名称公式内容优点缺点1美国飘尘公式Q=kUaPbS0.345/(P-E)2.0适合计算飘尘产生量与国内标准不一致，不能直接计算PM10也不能计算PM2.52美国静态起尘公式Q料堆=j=1Ni=1KB货种kDiwDiPDi,j公式科学、合理计算过程相对复杂，通用性较差。3日本长崎风洞模式QP=1(W/4)-8U5考虑了与煤堆起尘量密切相关主要因素，使用简单，好应用。需与国内的公式对比计算，保证其准确性。4日本静态起尘公式Q=104Pa1(UZmax)4.3将含水率系数化，参数少，使用简单，具有较好的应用价值。5日本动态起尘公式Q=TG0.5W-1.1H2.3公式的参数较少，计算较为简单，使用性较好6环评公式Qp = (W/4)-6V5Ap环境保护局推荐公式，权威，且其参数较为简单，使用方便。没考虑地区差异。7秦皇岛公式QP=0.0666*K*(U-U0)e-1.023W*M开始的研究比较早，计算简单，为国内煤场起尘量的计算提供了参考。具有一定的地方性。8乌鲁木齐煤炭院静态起尘公式Q = 2.1A0(U-U0)3e-1.023P公式简单，参数考虑全面，实用性强，应用相对比较广泛。9阳泉公式Q=10-4(3.942/V0.5+0.449)V2.723(0.128S1+0.382S2+0.141S3+0.349S4)参数少，计算简单各种表面面积不能准确测定，应用少。10表面积公式Qm = 11.7V2.45S0.345e-0.5e- 0.55(W -0.07)公式参数较少，使用简单精度不高。11经验公式依据部分行业污染物排放量核定技术导则，装卸过程中的产污系数按每年3.53-6.41Kg/t。计算简单精度不高。12乌鲁木齐煤炭院动态起尘公式Q = A货种U1.6H1.23e-0.28WPf计算简单，主要参数考虑全面，实用性强，应用相对比较广泛。具有一定的地方性。4 设计意见和建议(1)设计防风抑尘网时,应综合考虑来流风的大气流场、主导风向、周围建筑物对来流风的风速、风向的影响,有针对性的选择设网高度。在大风条件下,应开启堆场喷淋装置,以提高抑尘效率。(2) 防风抑尘网在网前存在减风区域，且网前对正风向的遮蔽效果优于对偏风向的遮蔽效果。(3) 在南方地区多台风,风向多变,风力较