防风抑尘网技术在火力发电厂煤场中的应用

杨 倩

摘 要:火电厂煤场中露天堆放的煤粉被吹散到空气中,不仅污染了空气还浪费原料。目前国内外主要采用表面覆盖、水喷淋和防风抑尘网技术等来控制火电厂煤堆场的扬尘。重点介绍了防风抑尘网技术的研究进展、原理、结构、设置和抑尘效果,并结合秦皇岛发电有限责任公司煤场防风抑尘网的工程实例进行说明。

关键词:防风抑尘网,电厂,煤场,抑尘

中图分类号:X38 文献标识码:A 文章编号:1005-569X(2009)11-0017-03

1 引 言

随着经济的飞速发展,人类对能源的需求日益增多,同时也造成了越来越严重的环境污染,能源短缺和环境污染正成为全世界面临的严重问题。防风抑尘网技术是一种新型的技术,虽然一次性投入较大,但能满足环保的要求,日后的运行维护费用又少,因此得到了广泛的应用。本文从防风抑尘网的原理、结构和应用现状等方面来介绍,并结合秦皇岛发电有限责任公司煤场防风抑尘网的实例进行说明。

2 防风抑尘网技术介绍

2.1 防风抑尘网技术的研究进展和现状

防风抑尘网又名挡风墙、防风墙、挡风板、挡风抑尘网、挡风抑尘板等。从上个世纪70年代开始,日本、美国、英国、澳大利亚和新西兰等国家就相继对防风抑尘网技术进行了深入的研究和应用。日本在30多年前,就将防风抑尘网技术应用于控制港口露天煤堆场和电厂煤堆场的粉尘污染。如日本东京电厂的防风抑尘网采用“口”字型布置,板材选用1.5mm厚的镀锌板,压制成大波纹多孔状,孔隙率为40%～60%,取得了很好的防风和抑尘效果。另外,日本国内的防风抑尘网工程往往与洒水喷淋相结合,保证堆场内部物料含水率,现场基本不起尘。美国环保局也在1986年总结防风抑尘网使用数据的基础上,提出了防风抑尘网的一系列设计参数。目前防风抑尘网在国外已经形成为一项比较成熟有效的防尘技术。

我国对防风抑尘网技术的研究起步比较晚,开始只是在结合煤场粉尘治理工程可行性研究的基础上对防尘机理、防风抑尘网的结构参数、材质和防风减尘效果进行研究,并完成了一些技术验证工作。1986年,武汉水利工程学院流体力学教研室,结合上海港朱家门码头煤堆场“挡风网防尘措施研究”的课题和烟台港石油码头防尘措施的课题进行研究,验证了防风抑尘网的一些结构参数,并提出了一些亟待解决的问题。20世纪90年代初,交通部水运科学研究院与北京大学环境中心环境空气动力学研究室合作,研究了秦皇岛码头煤堆场防风抑尘网工程的可行性,并对防风抑尘网的防尘机理、主要结构参数、开孔率、双层结构和材质等作了一些研究论证。2002年南京工业大学和秦皇岛市环保科技开发公司,对秦皇岛发电有限责任公司煤场防风抑尘网工程进行可行性研究,2003年6月完成工程的全部安装,使之成为国内最大、最早应用煤场防风抑尘网技术的企业。近年来,台湾海洋大学河港工程系在防风抑尘网多层结构及网后空气紊流结构方面也开展了一些研究工作。

2.2 防风抑尘网技术的原理

防风抑尘网的防尘机理是其通过控制改善煤堆场区的风流场,减小堆场区的风速和风流场的紊流度。当强风经过防风抑尘网后,其动能大幅度减小,高强度旋涡也衰减。这样当通过防风抑尘网后的低速、紊流度弱的风流掠过煤堆场,形成低动能和弱紊流度的煤堆场区部分流场,使煤堆场处起尘量大幅度减小。

对于电厂煤堆场,只要外界风速达到一定强度,就会使煤堆表面的颗粒产生足够的向上迁移的动力,该动力会克服颗粒自身的重力、颗粒之间的摩擦力和其它阻碍颗粒迁移的外力,这些颗粒就会离开煤堆的表面而形成扬尘,此时的风速也成为起动风速。煤堆起尘与风速关系如下:

Q=α(v-v0)n(1)

式中:Q:煤堆起尘量;v:堆场风速;v0:起动风速;α:相关系数;n:指数(一般情况下,在2.7~6.23之间)。

从上式可知,只有当堆场风速v大于起动风速v0时,堆场才起尘。要使煤尘起尘量Q变小,主要的办法是降低v-v0的值。在煤堆表面覆盖障碍物和实施喷淋,是为了增大v0,设置防风抑尘网则减小了v。

2.3 防风抑尘网的结构

防风抑尘网其主体主要由基础结构和防风板两部分组成。基础结构又分为地下基础和支架结构。地下基础,一般为钢筋混凝土结构。支架结构一般由钢支架组成,主要是给防风抑尘网提供足够的强度,来抵御强风在墙体表面形成的高压。防风板是防风抑尘网的主体结构,一般采用无机非金属材料经剪板折弯、冲孔、成型和清洗制成,产品可以在环境温度为-40℃～80℃的范围内使用。材质采用高密度聚乙烯和EVA树脂等,并在生产过程中加入抗UV剂、抗老化剂、阻燃剂、交联强化剂等。目前也有使用钢板、镀锌板等材质制作的防风板,如河北省安平县华润五金公司生产的防风抑尘网。防风板与支架结构之间通过螺钉和压板固定在一起,整体防风抑尘网的理论使用寿命在15~20年之间。

2.4 防风抑尘网的设置

电厂在设置防风抑尘网的时候,一般要考虑设网方式、设网高度、防风抑尘网和煤场垛堆的距离等因素。考虑煤场的大小、形状和当地的气候因素,设网方式主要分为主导风设置型和四周设置型。防风抑尘网高度的设置主要取决煤堆垛高度、煤堆场大小和环保等因素。根据风洞试验,防风抑尘网的高度一般取堆垛高度的1.1～1.5倍。风洞实验表明,在防风抑尘网后一定距离之内有一个低风区,此处的减风效果最好,因此在设置防风抑尘网时有一个最佳的距离。对于一个垛堆的煤场而言,防风网设在距堆垛2～3倍堆高的距离处为最佳距离。对于由多个堆垛组成的煤堆场而言,可视堆场周围情况,因地制宜地设置防风网。

2.5 防风抑尘网的抑尘效果

经过二三十年的研究和推广使用,防风抑尘网的综合抑尘效果明显。单层防风抑尘网的综合抑尘效果可达65%～85%,双层防风抑尘网的效果可达75%～95%。并且风速越大,防风抑尘网降低风速的效果越显著,但网后远风端的效果差,这是由于风速大产生的动量也大,从而引起湍流增加和风障顶部剪切力增加,进入屏蔽带,引起风速增加。美国环境保护局的研究表明:防风抑尘网与风向成90°夹角时,抑尘效果最好,防风抑尘网与风向成40°夹角时,抑尘效果很差。在实际工程中,由于风向的变化范围很大,防风抑尘网的效果低于预测值。

3 电厂煤场中防风抑尘网的应用实例介绍

防风抑尘网以其高效的抑尘效果,目前在国内外的码头、钢铁企业、煤矿、电厂煤场等地方得到了应用,我们选取其在秦皇岛发电厂煤堆场中的应用作为实例来介绍。

秦皇岛发电有限责任公司座落于秦皇岛市东部工业区,其前身是秦皇岛热电厂,总装机容量100万KW。其厂区南侧建有露天煤堆场,煤场南北101m,东西340m,煤堆高约12m,最大储煤量17万吨。煤场煤尘常年污染周边环境(邻近煤场的有秦电运输公司、晨砻酒店、办公楼等)。为了抑制煤堆场的煤尘污染,2002年秦皇岛发电有限责任公司委托秦皇岛市环保科技开发公司和南京工业大学对煤堆场周围安装防风抑尘网,2003年竣工。下面是防风抑尘网设计的一些细节。

3.1 煤堆场风向情况

常年风向西南西(WSW),出现频率为10.6%。强风向为东北东(ENE),实测年平均风速3.9m/s,最大风速23.9m/s。春、秋季多西南风或西南西风,冬季为东北或东北东风,夏季多南风。

3.2 防风抑尘网设计方案

煤场防风抑尘网采用四周设置,煤场西侧因靠近晨砻酒店而采用了双层防风抑尘网,其它3个方向为防风抑尘网,在原出入口处留有通道。

防风抑尘网采用非金属复合材料经膜压一次成型,喇叭形状,板底面和侧面均开孔。采用板底面开2排直径2.5cm的大孔(每排74个孔),侧面开8排直径0.8cm的小孔(每排150个孔),两条边沿开长2cm的椭圆形小孔(65个),开孔率为16.39%。防风抑尘网每块长3m,底面宽8cm,侧面宽15cm,边沿宽3cm,安装起来防风抑尘网总的高度为16.3m,其设计使用寿命10～15年。

3.3 防风抑尘网的抑尘效果

防风抑尘网有很好的抑尘效果,周围的环境得到了明显的改观。在工程可行性研究阶段,煤场附近污染严重,在风力为3～4m/s时,煤场周围粉尘平均浓度为20.2mg/m3。防风抑尘网安装完成后,监测的煤场的粉尘浓度只有0.12～0.15mg/m3,粉尘浓度有了大幅下降,空气达到国家二级标准。

3.4 工程的经济分析

工程共投资980万元,主要包括施工安装费170万元,钢材、混凝土、防风抑尘网等设备材料费约740万元,设计费50万元及其它不可预见费等。防风抑尘网投入使用后,预计每年能够减少煤尘飞扬约2040t(按占堆放煤炭飞扬损失的1.5%～2%计算),每年可节约燃料成本约60万元。更重要的是对改善环境质量作出了贡献。

4 结论

电厂的煤场设置防风抑尘网,不仅解决了煤场的煤尘污染问题,改善了周围的环境,而且还避免了原料浪费,节约了成本。我们应该在火电厂的煤场中进一步推广,但是设置防风抑尘网时还要考虑以下因素:在设置防风抑尘网的同时还要利用其它的抑尘措施,如喷淋水和化学药剂,表面覆盖,在煤场的周围种植乔木等;电厂在设置防风抑尘网的时候还要综合考虑电厂的经济效益、电厂所在地的气象条件,煤炭原料的来源和环保等要求;防风抑尘网的设置还要考虑不要影响消防,不能阻碍运煤车辆进出作业等。只有这样才能在保证发挥防风抑尘网作用的同时,保证电厂的顺利运行。

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