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防风抑尘网抑尘防风效果分析

发布时间:2015/10/25 技术施工 标签挡风抑尘网浏览次数:1179

摘? 要: 文章介绍了防风抑尘网的发展状况, 通过风洞试验结论和对现场测试数据分析, 阐述了挡风抑尘网的抑尘防风作用, 指出了该技术在抑制散堆物料二次扬尘方面的应用前景。

关键词: 挡风抑尘网; 效果; 分析

1? 挡风抑尘技术的发展概况
近二十多年来, 日本、美国、澳大利亚、英国、新西兰等国均对挡风抑尘技术进行了研究, 其中以美国、日本开展的工作较多。通过系统的研究日本已将挡风网用于港口露天煤堆场的防尘抑尘工程。美国国家环保局于1986 年对该国有关研究部门对挡风网的研究工作进行了归纳, 提出了挡风网的一系列设计参数。日本在开展煤粉尘扩散的模拟研究时, 有针对性地提出并实施了露天煤堆场洒水抑尘和设置防风障减尘的防起尘措施。谷口孚幸等人通过大型露天煤堆场的煤尘飞散预测和控制的研究, 筛选了具有较好的抑尘效果的风障形状。通过系统的研究提出了露天贮存煤设备防止煤粉尘飞散方法概要。因此日本自七十年代起, 相继在贮煤堆场设置了挡风网, 并申请了有关挡风网的专利。

2? 挡风抑尘网在太原市的实施情况
2004 年7 月, 太原煤气化公司实施的挡风抑尘网封闭工程, 开创了太原市实施挡风抑尘网技术的先河, 目前太原煤气化公司已对其8 个煤场、1 个焦场实施了挡风抑尘网封闭, 封闭煤场焦场总面积172 000m
2 建设挡风抑尘网面积58 000m2。太原市目前实施防风抑尘网封闭的煤场、焦场、发运站共有30余个。

3? 风洞试验
为验证防风抑尘网在太原地区控制物堆、料堆二次扬尘的具体效果, 太原煤气化公司委托南京航空航天大学、南京化工大学化工建材设计研究所根据太原市气象条件对YZ 型挡风板尾流进行特定模型的风洞试验、PIV 测试、CFD 数值模拟及线性回归等研究, 初步得出结论如下:

a) 研究范围内开孔率为30% 的挡风板挡风效果最好, 其理想挡风距离为板高的10 倍左右, 有效挡风庇护距离可以达到网高的16 倍左右;
b) PIV 研究表明, YZ 型挡风板尾流产生较强且复杂的涡流, 使得来流风动能损失, 风速下降;
c) YZ 型挡风板最佳开孔率为30%~ 40%, 其80% 减风率时有效庇护距离为10 倍板高左右;
d) 45?来流风挡风板尾流数据表明, 挡风网应进行四周设置, 否则挡风效果将大幅下降;
e) 试验风速对挡风板空气动力系数影响不大, 开孔率越小, 模型阻力越大;
f) 最佳挡风板形状、最佳开孔形状和开孔率仍需进一步深入研究。

4? 现场测试分析
2006 年4 月, 太原煤气化公司委托山西省环境科学研究院环境测试所对已经建设了挡风抑尘网的太原煤气化焦化厂煤场抑尘效果进行了现场监测:

在网前上风向12m 处设置本底参照点, 然后自西向东依次在网内12m、36m、48m、60m、90m、120m 处采样点, 同时在网外10m 平行处的相对位置设置对照采样点, 对颗粒物和风速进行监测, 根据监测结果由下式( 1) 、( 2) 计算出抑尘效率及风速衰减率:

抑尘效率

4. 1? 抑尘效果分析

1) 小风条件下的抑尘效率。在小风条件下测得的抑尘效率为71. 14% ~ 97. 56%, 平均抑尘效率为89. 77%, 其中6m、12m、90m 处抑尘效果最明显, 抑尘效率超过95%, 其次为36m、48m、120m 处, 抑尘效率在84%以上, 只有60m 处抑尘效率最低, 为71. 14%, 结合现场以西北风为主导风向的小风, 说明挡风抑尘网在较理想的条件发挥了作用, 较好地抑制了煤场起尘, 60m 处受中部煤堆的影响或偶然出现的旋风影响较大, 测试数据异常。

2) 大风条件下的抑尘效率。在大风条件下测得的抑尘效率为41. 29%~ 97. 87%, 平均抑尘效率为63. 04%, 其中48m 处抑尘效率超过97%, 90、120m 处抑尘效率仅为40% 多, 6m、12m、36m、60m 处抑尘效率较低为70%左右, 图2 未呈现明显规律。结合现场观测到网内刮起的旋风, 说明挡风抑尘网在煤场未封顶的情况下, 大风受到挡风网阻挡后越过网, 由于网内风速较低而形成低压区, 越过网的气流在网内形成涡流, 带起扬尘, 在一定程度上降低了挡风抑尘网的作用。

3) 总体抑尘效率。通过将大风条件和小风条件的数据整合, 计算出总体抑尘效率。虽然测试分两天进行, 但由于风湍流性和脉动性, 一天之内没有严格意义上的大风和小风, 风速和风向总是在一定范围内变化着, 而且, 两天的天气状况与煤场条件近似、采样位置相同, 所以从这个方面看, 总体抑尘效率从一定程度上反映出在两种天气条件相互变化下挡风抑尘网的作用。

各测点位总体抑尘效率为70. 31%~ 92. 72%, 总体平均抑尘效率为79. 67% , 其中48m 处抑尘效果明显, 抑尘效率超过90%, 其次为6m、12m 处, 总体抑尘效率在80%以上, 36m、60m、90m、120m 处总体抑尘效率较低也超过70%以上, 总体抑尘效率呈上升趋势。说明挡风抑尘网在两种天气条件下都发挥了作用, 较好地抑制了扬尘, 尤其是6m、12m、48m 处, 而中段的60m 处受中部煤堆的影响或偶然出现的旋风影响较大。

4) 大风喷淋条件下抑尘效率。在大风条件下对煤场进行喷淋15min 后, 测得抑尘效率为81. 78%~ 96. 57%, 平均抑尘效率为87. 55%。说明在大风条件下, 对煤场进行有效喷淋后,能较好地抑制由大风引发的旋风带起的煤场扬尘。

4. 2? 挡风效果分析
通过将处理后的风速数据与南京航空航天大学空气动力学实验室的低速风洞实验数据( 简称FD) 进行比较, 来说明挡风抑尘网的防风效果, 并分析挡风抑尘网在自然条件下的工作机理。

1) 小风条件下风速衰减率与90?、45?进风风洞实验对比。

图1 ? 小风- 90? FD- 45? FD 风速衰减率曲线 注: k= x/H, x ? 监测点与挡风网的距离;H ? 防风网的高度

从图1 可以看出, 实测小风条件网后小风条件下网后风速衰减率在18%~ 78%, 呈阶梯形递减趋势。90?进风FD 风速衰减率在18%~ 83%, 基本趋势为先增后趋于平稳。45?进风FD风速衰减率在22%~ 66%, 基本趋势为先增后降。

从进风至网后前部区域, 三组数据风速衰减率都是先升后降, 说明防风网防风效果有一定范围, 出了防护范围后防风效率明显下降。不同进度FD 风速衰减率反映了挡风板在理想实验状态下的工作情况。小风条件下风速衰减率在中部平稳,后部大幅下降, 说明在这两个区域受到了少量的风越过挡风网的干扰。

2) 大风条件下风速衰减率与90?、45?进风风洞实验对比。

图2 ? 大风- 90? FD- 45? FD 风速衰减率曲线
图2 ? 大风- 90? FD- 45? FD 风速衰减率曲线

从图1 可以看出, 实测大风条件网后小风条件下网后风速衰减率在73%~ 92%, 呈波动状态。90?进风FD 风速衰减率在18%~ 83%, 基本趋势为先增后趋于平稳。45? 进风FD 风速衰减率在22%~ 66%, 基本趋势为先增后降。

大风条件风速衰减率与90? 进风FD 风速衰减率符合情况较好, 并且网后衰减率降低不明显。这说明在大风条件下, 挡风网能够更好地发挥作用, 尤其是在遮挡水平风方向。对于大风条件下风速衰减率与45?进风FD 风速衰减率后部符合情况较差, 说明来风越过挡风网对防风效果影响较大。

5? 结论
通过对监测数据的处理和分析, 可以看出挡风抑尘网无论在抑制颗粒物污染还是防风方面的效果都很明显。在抑尘方面, 测试数据表明小风条件下比较突出, 平均抑尘效率可达89. 77%; 大风条件下由于受到挡风网阻挡后越过网, 在网内风速较慢区形成低压区, 越过网的气流在网内形成旋风湍流, 夹起煤粒而扬尘, 在一定程度上降低了挡风抑尘网的作用。在大风条件下, 开启煤场喷淋装置, 对煤场进行有效喷淋后, 其抑尘
效果明显, 平均抑尘率可达87. 55%。在防风方面, 测试数据表明大风条件下效果更好, 这表面上和起尘量与风速正相关关系矛盾, 实际说明在自然环境状况下防风效果未必与抑尘效果一致。因为在大风条件下, 来风更容易越过挡风网, 在网内产生湍流搅起煤灰, 这一点在挡风抑尘网的设计时应引起重视。

总之, 挡风抑尘网可有效治理煤场的二次扬尘污染, 改善周边环境空气质量, 而且减少了物料损失, 在煤或其他散堆物料扬尘治理方面有广泛的应用前景。

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王经理