煤场防风网技术经济可行性论证

关键词：防风网 ， 技术经济 ， 可行性 ， 论证 
一、工程概况
浙能嘉兴独山煤炭中转码头工程为典型的煤炭“海河中转联运”项目，定位为大型专业公用煤炭中转码头。工程建设地点为嘉兴港。项目建设3个3.5万吨级海运煤炭接卸泊位（水工结构均按靠泊5万吨级船舶设计）、18个500吨级内河装船和待泊泊位（水工结构均按靠泊1000吨级内河船舶设计）以及相应配套设施，码头长694m，年通过能力3100万吨（其中接卸能力1560万吨，装船能力1540万吨）。
其中煤场长675m（平均），宽288m，面积为194400m2。共设6台斗轮堆取料机，布置三条轨道，轨距10m，每条轨道上各设二台斗轮堆取料机，中心距96m。
为满足环保要求，拟在煤场四周设置防风网抑尘。
二、防风网技术论证
a）防风网的防尘机理
煤场防风网的主要防尘机理是防风网能够能够控制改善煤堆场区的风流场，减少堆场区的风速、减小堆场区风流场的紊流度。强风经过防风网后，部分风量透过防风网，其机械能衰减并变为低速风流，与此同时，这部分风量在网前的大尺度、高强度旋涡被衰减、梳理成小尺度、弱强度旋涡。防风网网后这部分低速、弱紊流度风流掠过煤堆场，形成低风速梯度、低风速旋度，弱涡量和弱紊流度的煤堆场区部分流场，使煤堆场低处起尘量大幅度减小。
b）防风网风洞实验资料
实例一：
本报告引用交通部科技项目“西部内河散货堆场防风防尘设计施工技术研究”的有关成果，该成果风洞试验在大连理工大学风洞实验室进行，实验选取了硬质、柔性单层和柔性双层防风网三种材料，开孔率分别为40%、60%和40%。
试验结果表明：防风网的遮蔽效果随着遮蔽距离的增加，呈先减小后增加趋势；最佳遮蔽效果在遮蔽距离1~6倍网高之间，最大风速折减率可以达到80%左右；遮蔽距离大于6倍网高后，随着遮蔽距离的增加，防风网降风作用逐渐变弱；大于20倍网高后，防风网的作用基本消失。在0.4倍网高以上，遮蔽效果比较稳定，风速变化对遮蔽效果影响不大；在0.4倍网高以上，随着高度的增加，遮蔽效果降低，在1倍网高处，防风网的作用不明显；在地面附近，受地形影响，试验数据比较离散。防风网的降风效果在近距离(10倍网高)范围内，与开孔率关系密切，双层布置软网的开孔率与硬网相同，因而遮蔽效果也相当;单层布置软网孔隙率较大，因而遮蔽效果劣于前两种情况。在大于15倍网高距离以外，开孔率对降风效果的影响不明显。
其中，0.4~0.7倍网高的遮蔽效果曲线见图11.3-1~11.3-4。由图可见，0.4倍网高处（即网高是堆高的2.5倍）的遮蔽效果最为稳定，0~8倍网高距离内风速折减率约在60~80%；0.5倍网高处（即网高是堆高的2倍），0~8倍网高距离内风速折减率约在50~80%；0.6倍网高处（即网高是堆高的1.67倍），0~8倍网高距离内风速折减率约在40~80%；0.7倍网高处（即网高是堆高的1.43倍）与0.6倍网高处基本相同。


图11.3-1    0.4倍网高处的遮蔽效果

图11.3-2    0.5倍网高处的遮蔽效果

图11.3-3    0.6倍网高处的遮蔽效果

图11.3-4    0.7倍网高处的遮蔽效果
实例二：
引用张光玉等“大型煤堆场防风网风洞实验研究”中的有关成果。该研究对象为秦皇岛三、四、五期和矿石堆场（1400×1930m），堆高17m，堆场四周设防风网，防风网高度23m，开孔率44%。
该试验在中国空动力研究与发展中心低速气动力研究所8m×6m风洞__试验段中进行。该研究为便于比较煤堆顶部lm高度处的速度分布，取每个煤堆堆顶正中间一点的速度，作等速线云图。图11.3-5给出了0o风向角下有无防风网的等速线云图。可以看出，防风网可以使堆场内大部分区域的平均风速降低。
同时，该研究根据有/无防风网情况下风流场分布，采用秦皇岛海洋站1995～2004期间10年的风速观测资料，对防风网抑尘效果进行了计算，计算结果表明在煤堆场四周设防风网能够起到较好的抑尘效果，总体抑尘率达49.8%。

图11.3-5  风向角0o有无防风网堆顶1m高处等速线云图(左：无网，右：有网)
c）防风网遮蔽效果三维数值模拟资料
实例一：
引用交通部科技项目“西部内河散货堆场防风防尘设计施工技术研究”中对京唐港防风网遮蔽效果的三维数值模拟资料。京唐港32#~34#煤炭码头位于京唐港区第四港池北岸线西端，堆场面积54万m2，最大容量231万吨，约为本工程的3倍，而设计吞吐量与本工程相同，为3000万吨。
选取了其中的4个计算方案，见表11.3-4。
表11.3-4    计算方案一览表

利用京唐港所在地区2006年气象资料，计算年起尘量汇总于表11.3-5。由表可知，在无网状态下，洒水可以达到38.7%的降尘率；而四面建防风网状态下，洒水可以达到42.8%的降尘率。在堆存四面建设防风网时，抑尘率为88%，如果再结合洒水措施时，抑尘率可达93.2%，可见抑尘效果较好。
表11.3-5    年起尘量计算结果汇总

实例二：
引用张亚青等“港口煤炭堆场防风网防尘效果数值模拟研究”，该研究以秦皇岛港煤炭堆场为例，采用计算流体力学(CFD)技术对堆场防风网建设方案进行了数值模拟计算，利用美国环境保护局推荐的煤炭堆场起尘量计算公式对计算结果进行处理。计算结果表明，在堆存四周设置防风网的效果最佳，最大抑尘率能够达到89.4%。
d）技术可行性论证
根据“西部内河散货堆场防风防尘设计施工技术研究”风洞实验研究结果，综合考虑工程所在地气象、地质条件及经济性，建议本防风网网高为堆高的1.5倍，即18米。另外，从图11.3-4中可以看出，0.7倍网高处，在0~1倍网高距离内防风网遮蔽效果反而高于1倍网高处，因此防风网设置与堆垛保持一定距离，按1倍网高左右控制，因此防风网与堆垛保持14~20m距离是合理的。
根据有关防风网数值模拟成果和风洞实验成果，防风网抑尘效果在49.8~89.4%之间，效果较明显，但不同防尘网的抑尘效果差别也较大，影响防风网抑尘效果的因素有网高和堆高比、堆场尺寸、防风网材质、开孔率、当地气象条件等等。根据防风网的抑尘效果，同时考虑堆场设置自动喷水抑尘装置、堆取料机采用自动控制落差并喷水抑尘的基础上，本工程各项措施综合抑尘效率取75%是可行的。
按照粉尘产生量小于498t/a的控制指标，在煤炭含水率为8%时，结合防风网的高度影响因素，分别对防风网高度为14米、16米和18米等多种布置进行效果分析计算，具体结果见表-1。
抑尘率和粉尘产生量计算结果一览表  表-1

根据表-1可知，从抑尘效果来看，在各方案中，除全防风网方案中网高均为14米粉尘产生量略超标准外，其他方案均小于498t/a的控制指标，工程附近敏感点可达到空气质量标准；各方案抑尘率均在95%以上，且防风网越高，抑尘效果越好。
三、防风网经济分析
表-1中满足条件的方案投资估算见表-2。

根据表-2可知，防风网高度越高，投资相应增大。

四、结论
通过以上分析，我们认为浙能嘉兴独山煤炭中转码头工程煤场选用“北侧16米高+3侧14米高全防风网方案” 技术上能满足环保的要求，经济上相对较佳。
参考文献：
1．《中华人民共和国环境保护法》(1989.12.26)
2．《中华人民共和国大气污染防治法》(2000.4.29)
3．《浙江省大气污染防治条例》(2003.6)
4．《环境影响评价技术导则－大气环境》（HJ2.2-2008）
5．《港口建设项目环境影响评价规范》（JTJ226-1997）
6．《港口工程环境保护设计规范》(JTS149-1-2007)