防風(fēng)網(wǎng)防塵技術(shù)研究現(xiàn)狀

1、港口散貨堆場防風(fēng)網(wǎng)防塵技術(shù)研究和應(yīng)用陳建華詹水芬摘要：防風(fēng)網(wǎng)是控制起塵與擴(kuò)散的一種有效手段，其防塵效果主要與防風(fēng) 網(wǎng)的平面布置、高度和板型等因素有關(guān)。結(jié)合具體港口堆場防風(fēng)網(wǎng)工程，介紹 了防風(fēng)網(wǎng)的防塵機(jī)理、結(jié)構(gòu)、平面布置等各方面具體技術(shù)特性，進(jìn)一步推廣港 口散貨堆場的防風(fēng)網(wǎng)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：防風(fēng)網(wǎng) 抑塵效果 風(fēng)洞模擬試驗(yàn) 動(dòng)力特性1概述隨著港口的發(fā)展，港口散貨的裝卸和儲(chǔ)存作業(yè)屮產(chǎn)生的粉塵對環(huán)境的污染 日益嚴(yán)重。冃前港口主耍除塵措施噴灑水、噴灑抑塵劑、覆蓋防塵網(wǎng)等具有一 定的抑塵效果，但仍不能很好地解決粉塵對環(huán)境的污染問題。防風(fēng)網(wǎng)是一種多 孔障礙物，在其背面可形成低風(fēng)速區(qū)，從而減少粉塵運(yùn)動(dòng)，對于港口

2、散貨粉塵 的起塵與擴(kuò)散具有良好的制約作用，其防塵效果已廣泛得到公認(rèn)。2國內(nèi)外防風(fēng)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展概況20多年來，日本、美國、澳大利亞、英國、新西蘭等國家對防風(fēng)網(wǎng)防塵技 術(shù)進(jìn)行了研究。日本從20世紀(jì)70年代起，相繼在港口煤堆場使用了防風(fēng)網(wǎng)， 并制定了室外貯煤場設(shè)備的防止煤粉塵e散方法概要。美國國家環(huán)保局于1986 年對防風(fēng)網(wǎng)的有關(guān)研究工作進(jìn)行了歸納總結(jié)，提出了防風(fēng)網(wǎng)在美國露天煤場的 使用。防風(fēng)網(wǎng)防塵在國內(nèi)外成功應(yīng)用的范例有fi本電源開發(fā)株式會(huì)社卜轄的三 個(gè)最大的發(fā)電廠、臺(tái)灣臺(tái)中火力發(fā)電廠燃煤儲(chǔ)運(yùn)場、日本東京電廠、荷蘭鹿特 丹港務(wù)局等，并取得較好的防塵效果。我國防風(fēng)網(wǎng)防塵技術(shù)的研究起步較晚。從1986

3、年起交通行業(yè)有關(guān)單位相 繼開展了防風(fēng)網(wǎng)有關(guān)防塵技術(shù)的研究，并在天津港等煤堆場投入使用。冃前 交通部犬津水運(yùn)丄程科學(xué)研究院在防風(fēng)網(wǎng)防塵技術(shù)的研究和設(shè)計(jì)處于國內(nèi)領(lǐng) 先水平。該院結(jié)合大量實(shí)際工程，釆用風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)合數(shù)值模擬等方法對防風(fēng)網(wǎng) 技術(shù)進(jìn)行了深入和廣泛的研究，并取得兩項(xiàng)防風(fēng)網(wǎng)的國家專利。該院已完成了 神華天津煤炭碼頭、曹妃甸煤碼頭、秦皇島煤炭碼頭、寧波港鎮(zhèn)海港區(qū)、福建 羅源灣港區(qū)等的防風(fēng)網(wǎng)工程的前期研究工作和其屮部分工程的設(shè)計(jì)工作網(wǎng)。3防風(fēng)網(wǎng)防塵機(jī)理防風(fēng)網(wǎng)防塵機(jī)理與散貨堆場起塵、粉塵漂移、擴(kuò)散、沉降機(jī)理木質(zhì)上有直 接關(guān)系。以煤堆場為例，其主耍防塵機(jī)理是防風(fēng)網(wǎng)能控制改善煤堆場區(qū)的風(fēng)流 場，減小堆場

4、區(qū)的風(fēng)速、減小堆場區(qū)風(fēng)流場的紊流度。強(qiáng)風(fēng)經(jīng)過防風(fēng)網(wǎng)后，僅 部分來風(fēng)透過防風(fēng)網(wǎng)，其機(jī)械能衰減并變?yōu)榈退亠L(fēng)流，與此同時(shí)，這部分風(fēng)在 網(wǎng)前的大尺度、高強(qiáng)度旋渦被哀減、梳理成小尺度、弱強(qiáng)度旋渦。防風(fēng)網(wǎng)后這 部分低速、弱紊流度風(fēng)流掠過煤堆場，形成低風(fēng)速梯度、低風(fēng)速旋度，弱渦量 和弱紊流度的堆場區(qū)流場，使煤堆場低處起塵量大幅度減少。強(qiáng)風(fēng)只能部分透 過防風(fēng)網(wǎng)，而大部分風(fēng)量被向上排開，并與主風(fēng)流在防風(fēng)網(wǎng)頂部匯集成更高速 風(fēng)流，這部分高速風(fēng)流與緊鄰下方網(wǎng)后的低速風(fēng)流速度差很人，沿卜游形成風(fēng) 速梯度很大，旋渦強(qiáng)度很高向低處發(fā)展的較長的條帶區(qū)。在此條帶區(qū)內(nèi)高速風(fēng) 流和低速風(fēng)流間產(chǎn)生強(qiáng)烈的動(dòng)量交換和能量交換，使下部風(fēng)

5、流風(fēng)速提高，很快 恢復(fù)到來流風(fēng)速，此即風(fēng)流再附。若防風(fēng)網(wǎng)高度不足，再附距離短，則堆場很 多煤堆頂部可能落入風(fēng)速梯度很大，旋渦強(qiáng)度很高的條帶區(qū)。出于煤堆頂部煤 的壓實(shí)程度很低，所以此種悄況煤堆頂部的起塵量反而增大，使煤堆場的總起 塵量減小不理想。通過風(fēng)洞模擬試驗(yàn)選擇科學(xué)的防風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和防風(fēng)網(wǎng)布局，最 終使煤堆場總起塵量大幅度減小，煤塵漂移、擴(kuò)散距離大幅度縮短，防護(hù)距離 內(nèi)的空氣含塵度大大降低，煤塵落塵量大大減小。4防風(fēng)網(wǎng)的種類根據(jù)防風(fēng)網(wǎng)的移動(dòng)性能的不同，防風(fēng)網(wǎng)可分為固定式防風(fēng)網(wǎng)和移動(dòng)式防風(fēng) 網(wǎng)。(1 )固定式防風(fēng)網(wǎng)防風(fēng)網(wǎng)目前主要以固定式為主，根據(jù)目前國內(nèi)外關(guān)于大規(guī)模貯煤場的煤塵 飛散預(yù)測與控制研究

6、的研究結(jié)果、國內(nèi)外防風(fēng)網(wǎng)t程現(xiàn)狀以及風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果得 出的防風(fēng)網(wǎng)的形狀與防塵效果及其防塵范圍的關(guān)系，固定式防風(fēng)網(wǎng)上部結(jié)構(gòu)目 前主要有三種結(jié)構(gòu)形式：全網(wǎng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)-墻結(jié)構(gòu)和網(wǎng)-百葉窗結(jié)構(gòu)。(2)移動(dòng)式防風(fēng)網(wǎng)交通部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院口主研發(fā)，設(shè)計(jì)制作了可移動(dòng)升降式防風(fēng) 網(wǎng)。主要使用環(huán)境為港口堆場煤炭加工(粉碎、篩分)等行業(yè)。煤炭加工時(shí)產(chǎn)生 較大量的粉塵，污染較為嚴(yán)重；作業(yè)現(xiàn)場移動(dòng)性較大；作業(yè)現(xiàn)場一般設(shè)在較開擴(kuò) 的地方，均處于堆垛與堆垛之間的區(qū)域，在該位置由于其外部風(fēng)流受到堆垛的影 響，易產(chǎn)生局部湍流區(qū)域，因而導(dǎo)致該區(qū)域的粉塵污染加劇?？梢苿?dòng)升降式防風(fēng)網(wǎng)采用電動(dòng)升降式處理，即在使用時(shí)可將防風(fēng)網(wǎng)提高到

7、一 定的高度，而非作業(yè)時(shí)間將防風(fēng)網(wǎng)降低，不影響作業(yè)現(xiàn)場的其他作業(yè)?？紤]現(xiàn)場 粉塵的特性,升降裝置采用機(jī)械傳動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)，從而消除煤粉塵對其影響破壞。 防風(fēng)網(wǎng)采用具有一定開孔率的蝶形板作為降低風(fēng)流與湍流的防風(fēng)網(wǎng)主要元件。設(shè) 噴灑水裝置，噴頭可旋轉(zhuǎn)180度，可根據(jù)作業(yè)情況增加局部噴灑水?？梢苿?dòng)升降 式防風(fēng)網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場范圍的大小等情況進(jìn)行口動(dòng)調(diào)整其高度。5防風(fēng)網(wǎng)板的形狀防風(fēng)板的形狀有蝶型、直板形等多種形式。根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)檢測，蝶型防風(fēng)板 在一定的開孔率卜具有明顯地降低風(fēng)速和紊流度的作用，防塵效果好。目前蝶型 防風(fēng)板在國內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用。6防風(fēng)網(wǎng)的材質(zhì)根據(jù)使用日的、環(huán)境狀態(tài)的不同，防風(fēng)網(wǎng)使用不

8、同的材質(zhì)。日前國內(nèi)外較為 廣泛使用的防風(fēng)網(wǎng)材質(zhì)主要有四種：鍍鋁鋅網(wǎng)板、玻璃鋼網(wǎng)板、柔性纖維網(wǎng)和拉 伸塑料網(wǎng)?？紤]到海岸地區(qū)人氣環(huán)境的腐蝕性，在港口堆場防風(fēng)網(wǎng)推薦采用鍍鋁鋅板 材。鍍鋁鋅網(wǎng)板由鍍鋁鋅板材加工而成，它是一種高品質(zhì)的合金鍍層產(chǎn)品。其顯 著特點(diǎn)是具有優(yōu)異的耐腐蝕性和耐濕熱性，還具有耐高溫腐蝕的性能。鍍鋁鋅鋼 板的冷彎成形性、固定性、焊接性、著漆性等都十分優(yōu)良，表面非常美觀，不用 涂裝即町使用?？紤]到造價(jià)因素，設(shè)計(jì)使用年限較短的港口堆場防風(fēng)網(wǎng)也可采用 玻璃鋼網(wǎng)板和柔性纖維網(wǎng)。7防風(fēng)網(wǎng)的開孔率防風(fēng)板的開孔率是防風(fēng)板孔的面積與總面積之比，是設(shè)計(jì)、加工防風(fēng)板的重 耍參數(shù)。根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，防風(fēng)

9、板的開孔率與防風(fēng)網(wǎng)后風(fēng)速的降低掩護(hù)范i韋i有 直接關(guān)系。通過風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，防風(fēng)網(wǎng)的開孔率為3050%時(shí)均具有較好的 防風(fēng)效杲，即網(wǎng)后風(fēng)速較小，如圖1所示。防風(fēng)板的開孔率為4044%時(shí)，防風(fēng) 網(wǎng)后的風(fēng)速下降區(qū)域最長，既風(fēng)流再附距離最遠(yuǎn)，可以達(dá)到3050倍網(wǎng)高度的 距離，但是在網(wǎng)后10倍網(wǎng)高距離的風(fēng)速的減低不顯著。因此，防風(fēng)網(wǎng)開孔率為 4044%時(shí)比較適用于堆場上風(fēng)向的防風(fēng)，使具對網(wǎng)后的防風(fēng)效果明顯，風(fēng)流再 附距較長，即避護(hù)范圍較大，見圖2所示。圖1防風(fēng)板開孔率與防風(fēng)效果(風(fēng)速比)關(guān)系圖風(fēng)速比(u/us)-4-2024681012高倍卅離x / h ( x ：距離 h網(wǎng)高圖2不同開孔率的防風(fēng)板

10、前后風(fēng)速比分布圖8港口散貨堆場防風(fēng)網(wǎng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)(1) 防風(fēng)網(wǎng)平面布置防風(fēng)網(wǎng)平面設(shè)置主要有主導(dǎo)風(fēng)向上風(fēng)向設(shè)置型和四周設(shè)置型，也有三面設(shè)置 的形式。設(shè)網(wǎng)方式主要考慮堆場的人小、形狀和當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向、風(fēng)頻等氣象條件。防風(fēng)網(wǎng)設(shè)在距堆垛23倍堆高的距離處為最佳距離。對于由多個(gè)堆垛組成 的煤堆場而言，可視堆場周圍情況，因地制宜地設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)。i般可沿堆場堆垛 邊上設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)。日本的研究表明，防風(fēng)網(wǎng)與最近堆垛的距離可控制在1.01.5 倍堆高之內(nèi)。在港口堆場進(jìn)行防風(fēng)網(wǎng)建設(shè)時(shí)，不僅要考慮堆場的大小、形狀和當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向、 風(fēng)頻因素，還要考慮堆場的現(xiàn)場設(shè)網(wǎng)條件。需對擬設(shè)網(wǎng)堆場進(jìn)行深入的現(xiàn)場調(diào)杳, 主要包括堆場建造物、機(jī)械

11、設(shè)備、地下管線及其道路等設(shè)施，以保證防風(fēng)網(wǎng)的建 設(shè)和營運(yùn)不影響堆場的正常營運(yùn)和堆場輔助建筑物的相關(guān)功能。(2) 設(shè)網(wǎng)高度煤堆場防風(fēng)網(wǎng)的高度主要取決丁煤堆垛高度、煤堆場范殉等因素。風(fēng)洞試驗(yàn) 表明：當(dāng)防風(fēng)網(wǎng)的高度為堆垛高度的0. 61.1倍時(shí)，網(wǎng)高與抑塵效杲成正比；當(dāng) 防風(fēng)網(wǎng)高度為堆垛高度1. 11.5倍時(shí)，網(wǎng)高與抑塵效果的變化逐漸平緩；當(dāng)防 風(fēng)網(wǎng)高度為堆垛高度1.5倍以上時(shí)，網(wǎng)高與抑塵效果的變化不明顯。因此，防風(fēng) 網(wǎng)的高度一般在堆垛高度1. 115倍內(nèi)選収。防風(fēng)網(wǎng)高度的確定還應(yīng)考慮煤堆 場范圍的大小，使煤堆場在防風(fēng)網(wǎng)的有效庇護(hù)范圍之內(nèi)。風(fēng)洞試驗(yàn)表明：對網(wǎng)后 下風(fēng)向25倍網(wǎng)高的距離內(nèi)，煤堆垛減塵率

12、可達(dá)90 %以上；對網(wǎng)后下風(fēng)向16 倍網(wǎng)高距離內(nèi)，煤堆垛綜合減塵效率達(dá)到80 %以上；在網(wǎng)后25倍網(wǎng)高的距離處 有較好的減塵效果；到網(wǎng)后50倍網(wǎng)高的距離處仍有削減風(fēng)速20 %的效果。實(shí)際應(yīng)用中，大規(guī)模的防風(fēng)網(wǎng)工程高度設(shè)計(jì)應(yīng)在防風(fēng)網(wǎng)抑塵效果較好的高度 范圍內(nèi)確定兒組方案，通過風(fēng)洞試驗(yàn)或數(shù)值模擬對比分析，最終確定最佳設(shè)計(jì)高 度。(3) 防風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在考慮防風(fēng)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需按規(guī)范計(jì)算等效靜風(fēng)壓，對防風(fēng)網(wǎng)應(yīng)力、 位移進(jìn)行靜力分析，在煤堆場規(guī)模較大時(shí)，如單而長度上千米、高十兒米的防風(fēng) 網(wǎng)還須進(jìn)一步研究防風(fēng)網(wǎng)的動(dòng)荷載、阻力系數(shù)及振動(dòng)等結(jié)構(gòu)安全性問題。以秦皇 島港煤三、四、五期及礦石堆場防風(fēng)網(wǎng)工程

13、為例，設(shè)計(jì)時(shí)除按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行了結(jié) 構(gòu)計(jì)算，還通過風(fēng)洞試驗(yàn)確定阻力系數(shù)，并通過有限元ansys軟件對防風(fēng)網(wǎng)進(jìn)行 結(jié)構(gòu)分析。研究表明，該工程防風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)口振周期遠(yuǎn)離能量較人的脈動(dòng)風(fēng)荷載周 期，不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。在脈動(dòng)風(fēng)荷載作用下，該丁程防風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力 均有明顯的動(dòng)力放人效應(yīng)，與規(guī)范計(jì)算方法相比，位移的動(dòng)力放大系數(shù)在13 左右，立柱和斜支撐應(yīng)力的動(dòng)力放大系數(shù)分別為1.332和1.433。若在規(guī)范方法 中考慮14的風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)，則與動(dòng)力分析方法的計(jì)算結(jié)果很接近。同時(shí)也證 明了對防風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行脈動(dòng)風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力分析是十分必耍的。在南方地區(qū)多臺(tái)風(fēng)，風(fēng)向多變，風(fēng)力較大，可能造成防風(fēng)網(wǎng)的坍塌和損壞

14、， 因此進(jìn)行防風(fēng)網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)荷載取值不僅要考慮規(guī)范規(guī)定的基木風(fēng)壓，還應(yīng)該結(jié)合 當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，尤具是臺(tái)風(fēng)的資料，適當(dāng)提高設(shè)計(jì)級(jí)別以提高防風(fēng)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)安 全。9防風(fēng)網(wǎng)防塵效果研究分析采用物理模型試驗(yàn)方法或cfi）技術(shù)對防風(fēng)網(wǎng)進(jìn)行防塵效杲研究。物理模型試 驗(yàn)的研究數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。cfd技術(shù)也具有其獨(dú)特的優(yōu)勢：設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)費(fèi)用人 大減低。對于研究危險(xiǎn)條件和超出正常行為極限條件下的系統(tǒng)，可以無限制地選 取結(jié)果的細(xì)節(jié)。故可采用兩者相互比較驗(yàn)證的方法進(jìn)行研究。由數(shù)值模擬方法對 大量方案進(jìn)行初選，收縮方案范圍，指導(dǎo)物理模型試驗(yàn)研究工作，最后通過物理 模型試驗(yàn)分析比較得出最優(yōu)方案。以秦皇島港煤三、四、五期及礦石堆場防風(fēng)網(wǎng)研究為例，采用fluent和 gambit軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，采用4g內(nèi)存的雙cpu的dell工作站，部分結(jié)果為 串行計(jì)算，部分結(jié)果為并行計(jì)算。物理模型試驗(yàn)采用兒何比尺為1 ： 200的風(fēng)洞 試驗(yàn)。試驗(yàn)在中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展屮心低速所8米x6米風(fēng)洞中進(jìn)行。根據(jù) 風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果看，秦皇島港煤三、四、五期及礦石堆場防風(fēng)網(wǎng)平 面布置方案具有一定的抑塵效果，抑塵率最大的為49. 4%。10結(jié)束語冃前，我國港口大型散貨堆場防風(fēng)網(wǎng)建設(shè)尚屬起步階段，但在灑水抑塵受控 情況卜-是改變散貨港口污染現(xiàn)狀的各項(xiàng)防塵措施中最為有效的措施。應(yīng)進(jìn)一步加 強(qiáng)對人型散貨堆場防風(fēng)網(wǎng)的技術(shù)研究，推動(dòng)包括