擋風(fēng)抑塵墻工程設(shè)計(jì)方案描述

1、1 擋風(fēng)抑塵墻工程方案描述擋風(fēng)抑塵墻是根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理將材料加工成特定幾何形狀、 開孔率的擋風(fēng)板，并依托鋼結(jié)構(gòu)支架組合成一定高度的擋風(fēng)設(shè)施，主要針對降低靜態(tài)起塵，其工作機(jī)理是：一、降低風(fēng)速；二、損失來流風(fēng)動(dòng)能；三、避免來流風(fēng)渦流，減少風(fēng)的湍流度。擋風(fēng)抑塵墻由三部分組成： 1. 擋風(fēng)抑塵墻墻體； 2. 墻體支撐結(jié)構(gòu)；3. 地下基礎(chǔ)預(yù)制混凝土塊或現(xiàn)場澆鑄。 其墻體板型設(shè)計(jì)和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是保證擋風(fēng)墻整體質(zhì)量的關(guān)鍵。在知名大學(xué)流體專家們的幫助下， 我公司建立了計(jì)算機(jī)工作站， 安裝了著名流場計(jì)算分析軟件， 能夠通過輸入各項(xiàng)目現(xiàn)場的氣象條件來模擬各擋風(fēng)抑塵墻工程的工作狀況，從而確定墻高、板型、開孔率等關(guān)鍵

2、參數(shù)，為各項(xiàng)目量身訂做擋風(fēng)效果好、適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?、能?jīng)受強(qiáng)風(fēng)考驗(yàn)的工程方案。1.1擋風(fēng)抑塵墻工作機(jī)理降低風(fēng)速堆煤場能起塵的顆粒一般為75m- 900m之間。在小于 75m時(shí)，因?yàn)轭w粒間聚力增加， 起塵反而較難。 如經(jīng)過細(xì)粉分離器進(jìn)入爐膛燃燒顆粒直徑大概為200 目（大概為 74m） , 就呈液態(tài)狀，人的呼氣都較難使其飄揚(yáng)起塵。起塵風(fēng)速與顆粒直徑關(guān)系(含濕量 W=3.76%)6.506.005.50s5.00/mV 4.50速風(fēng)塵4.00起3.503.002.502.000.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.700顆粒平均直徑 D mm圖 1 起塵風(fēng)速與顆粒直徑

3、關(guān)系圖 1 是上海港環(huán)境監(jiān)控中心對港口煤堆起塵風(fēng)速進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)煤堆起塵量與風(fēng)速的關(guān)系可用以下公式表示：Q=a(V-V0)nQ ：起塵量a ：與粉塵粒度分布有關(guān)的系數(shù)V ：風(fēng)速V0：起塵風(fēng)速n ：指數(shù)（ 2.7<n<6.23 ）可見，煤場起塵量和實(shí)際風(fēng)速與起塵風(fēng)速差值的高次方成正比。 減少煤堆表面風(fēng)速將大大降低起塵量。強(qiáng)風(fēng)經(jīng)過擋風(fēng)抑塵墻后， 僅部分來風(fēng)透過擋風(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)度旋渦被衰減、 梳理成小尺度、弱強(qiáng)度旋渦。擋風(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，

4、 使煤堆場低處起塵量大幅度減少。 損失來流風(fēng)動(dòng)能擋風(fēng)抑塵墻消能是利用通過擋風(fēng)板孔口的流體突然擴(kuò)散產(chǎn)生強(qiáng)烈紊動(dòng)， 使流體部產(chǎn)生剪切摩擦與碰撞來降低流體動(dòng)能， 被降低的大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能隨流體而走。因此，具有合適透風(fēng)系數(shù)的擋風(fēng)抑塵墻減塵效果比不透風(fēng)的墻效果要好。有研究表明：在其他條件相同時(shí)，設(shè)擋風(fēng)抑塵墻的起塵量為不采取任何措施的0.5%，而設(shè)實(shí)心擋風(fēng)墻時(shí)為10%。避免來流風(fēng)渦流，減少風(fēng)的湍流度由于氣象、地形及堆場物料等因素影響，堆場易產(chǎn)生陣發(fā)性風(fēng)，易形成渦流風(fēng)，使場起塵量增加。 擋風(fēng)抑塵墻可破碎陣風(fēng)形成的渦流，從而減少風(fēng)的脈動(dòng)速度，減少煤堆起塵量。1.2擋風(fēng)抑塵墻網(wǎng)體設(shè)計(jì)選型說明墻高煤堆場擋風(fēng)墻

5、的高度主要取決于煤堆垛高度、 煤堆場圍等因素。據(jù)資料記載，風(fēng)洞試驗(yàn)表明 : 當(dāng)擋風(fēng)網(wǎng)的高度為堆垛高度的 0.6 1.1 倍時(shí)，墻高與抑塵效果成正比；當(dāng)擋風(fēng)墻高度為堆垛高度 1.1 1.5 倍時(shí)，墻高與抑塵效果的變化逐漸平緩；當(dāng)擋風(fēng)墻高度為堆垛高度 1.5 倍以上時(shí)，墻高與抑塵效果的變化不明顯。因此 , 擋風(fēng)墻的高度一般在堆垛高度1.1 1.5 倍選取。擋風(fēng)墻高度的確定還應(yīng)考慮煤堆場圍的大小， 使煤堆場在擋風(fēng)墻的有效庇護(hù)圍之。風(fēng)洞試驗(yàn)表明：對墻后下風(fēng)向 2 5 倍墻高的距離，煤堆垛減塵率可達(dá) 90 % 以上；對墻后下風(fēng)向 16 倍墻高距離，煤堆垛綜合減塵效率達(dá)到 80 %以上；在墻后 25 倍墻

6、高的距離處有較好的減塵效果； 到墻后 50 倍墻高的距離處仍有削減風(fēng)速 20%的效果。實(shí)際應(yīng)用中，擋風(fēng)抑塵墻的高度通常選取為煤堆高度的1.1 1.2 倍。根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況， 煤堆最大堆高為12m，主導(dǎo)風(fēng)為北風(fēng)、南風(fēng)和東風(fēng)，故在主導(dǎo)風(fēng)向上設(shè)置擋風(fēng)抑塵墻，墻總高為14m,在南北兩面擋風(fēng)墻下設(shè)置2m高擋墻，上部設(shè)置12m高擋風(fēng)板，東面利用原有4m高擋土墻，擋墻上面設(shè)置10m高擋風(fēng)板，西邊非主導(dǎo)方向。根據(jù)業(yè)主要求，做景觀墻，同樣利用原有6m高擋土墻。擋風(fēng)板材料國外擋風(fēng)墻的材質(zhì)主要分為金屬和非金屬兩種。其中金屬分為不銹鋼、 薄鋼板、鍍鋁鋅板等；非金屬分為玻璃鋼、復(fù)合材料、柔性網(wǎng)等。非金屬材料與金屬材

7、料相比，普遍具有以下缺點(diǎn)：（1）在戶外受紫外線影響大，老化速度快，易斷裂，使用周期短，使用壽命 10 年以，投入使用過程中，需要較多的維修費(fèi)用（2）阻燃性差，提高了施工中事故發(fā)生概率（3）環(huán)保性差，材料難以重復(fù)利用，導(dǎo)致二次污染鑒于以上的原因，使用金屬板材的擋風(fēng)板越來越多被應(yīng)用到工程實(shí)例中。由于本項(xiàng)目靠海， 受鹽霧腐蝕。 故采用具有更高防腐性能的鍍鋁鋅板作為底材，底材厚度為0.8mm，經(jīng)沖孔成型后噴涂高耐候型聚酯塑粉。擋風(fēng)板板型參數(shù)選取A、擋風(fēng)板折角的選取根據(jù)消耗能量，降低風(fēng)速的目標(biāo)，可以設(shè)計(jì)成許多種折板形式。如圖2所示。圖 2 可采用的折板形式博奇對 0°、 30°、 4

8、5°、 60°、 90°五種角度的折板進(jìn)行流場模擬，分別獲得不同折板角度下的模擬數(shù)據(jù)。圖 3 不同折板角度的速度等勢圖圖 3 是各種折板角度的速度等值線的對比圖，從小于 2m/s 的區(qū)域來看，折角為 0°和 60°的厚度明顯小于其他模型。折角為 90°時(shí)所有低速區(qū)的厚度明顯最小。從涵蓋所有低速區(qū)面積來看，折角為 30°和 45°時(shí)的面積最大。圖 4 不同折板角度模型 x 方向分速度變化圖圖 4 可以看出所有板型前的風(fēng)速都急劇下降，在擋風(fēng)板后又開始回升。在 x=0.5m 處，也就是擋風(fēng)板所在位置，出現(xiàn)第一個(gè)速度最低谷

9、點(diǎn)。各個(gè)折角板的第二個(gè)速度低谷點(diǎn)都比較接近。而 45°和 60°折型板后整體流速最小。從強(qiáng)度性能上來說， 45°折型擋風(fēng)板優(yōu)于 30°折型擋風(fēng)板；從制造成本來說， 45°折型擋風(fēng)板優(yōu)于 60°折型擋風(fēng)板。綜上所述， 45°折角的擋風(fēng)板型性能相對最佳。 所以博奇 #1 板與 #2 板均采用 45°折型板。B、擋風(fēng)板開孔率、透風(fēng)率的選取對于防風(fēng)物理結(jié)構(gòu)而言， 最重要的是開孔率， 即擋風(fēng)板開孔面積和擋風(fēng)板展開面積的比例。對于堆煤場空氣流動(dòng)模擬而言， 最重要的是擋風(fēng)墻的透風(fēng)率， 即指擋風(fēng)板開孔面積和擋風(fēng)板投影面積的比例。防

10、風(fēng)板在設(shè)計(jì)孔型時(shí)， 開孔率就決定了實(shí)際的透風(fēng)率。從概念來說， 45°折型擋風(fēng)板的透風(fēng)率大于開孔率。 在確定折角和板型投影面積后， 透風(fēng)率就等于開孔率乘以展開面積和投影面積比值。博奇在考慮沖孔、加工工藝的前提下，確定了單波展開長度為310mm，投影長度為 250mm的設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行了不同開孔率、透風(fēng)率的研究。板型博奇 #1 板博奇 #2 板博奇#3 板博奇#4 板開孔率31.8%29.4%19.9%41.3%透風(fēng)率39.43%36.46%24.68%51.21%表 1 不同透風(fēng)率與開孔率的板型BQ-1 開孔示意圖BQ-2 開孔示意圖BQ-3 開孔示意圖BQ-4 開孔示意圖圖 5 BQ-

11、1, BQ-2 ， BQ-3,BQ-4 板開孔示意圖圖 6 BQ-1 板速度等勢圖圖 7BQ-2板速度等勢圖圖 8 BQ-3 板速度等勢圖圖 7 BQ-4 板速度等勢圖通過圖 5圖 7 可以看出，開孔率越?。ㄈ?BQ-3 板），在來流風(fēng)速小時(shí)，容易因?yàn)榘搴筘?fù)壓形成渦流；在來流風(fēng)速越大時(shí)， 因?yàn)閬砹黠L(fēng)的動(dòng)能越大， 使得穿透防風(fēng)板的質(zhì)量流量增加，沒有板后負(fù)壓，且流速較低，但低速區(qū)域圍太小，不太適合用于煤場防塵。開孔率越大（如 BQ-4板），在來流風(fēng)速小時(shí)，在板后能形成較大圍的低速區(qū)，滿足堆煤場要求；在來流風(fēng)速越大時(shí)，板后風(fēng)的流速較高，不能完全滿足堆煤場要求。 BQ-1 板相對開孔率適中，透風(fēng)率也適

12、宜，在來流風(fēng)速增加時(shí)，均能在板后形成較大圍的低速區(qū)， 能滿足堆煤場要求， 而且具有一定的普適性。將本項(xiàng)目的地理位置和氣象條件及煤場布置等輸入計(jì)算機(jī)， 并結(jié)合我公司擋風(fēng)板特性，進(jìn)行模擬計(jì)算， 綜合考慮招標(biāo)文件的要求， 初步確定擋風(fēng)墻相關(guān)參數(shù)如下：（1）從地理位置和氣象條件，本項(xiàng)目所在地全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)。在主導(dǎo)風(fēng)向上布置擋風(fēng)墻，能夠取得較好的煤堆抑塵效果。（2）根據(jù)大氣流動(dòng)可知，風(fēng)速沿高度變化遵循 u=u10(z/10)0.15 的變化增加趨勢。 u 和 u10 是高度分別為 z 和 10 m 處風(fēng)速， m/s；由此可知，風(fēng)速在 10 米以下相對平緩的下降，而在 10 米以上，呈指數(shù)升高。故 1

13、0 米以下的擋風(fēng)抑塵墻設(shè)置BQ-1板，在10 米以上的擋風(fēng)抑塵墻上設(shè)置開孔率稍小的BQ-2板。從三維數(shù)值模擬的結(jié)果分析：本項(xiàng)目擋風(fēng)墻高度為14 米，將本項(xiàng)目煤場的位置、高度等參數(shù)輸入大型計(jì)算機(jī)，進(jìn)行大圍的三維模擬。 通過嚴(yán)格的計(jì)算和分析最終得出最經(jīng)濟(jì)實(shí)效的擋風(fēng)墻布置方案。與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)相比，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)圍較小、無法做出與現(xiàn)實(shí)相同的湍流度，用來做煤場擋風(fēng)模擬，有一定的局限性。 我公司以單塊擋風(fēng)板風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 并結(jié)合以往項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)修正。 對本項(xiàng)目的三維模擬，精確分析了每個(gè)煤場角落、 每個(gè)煤堆面、 每個(gè)煤堆棱角的風(fēng)速和風(fēng)壓。得出以下設(shè)置方案：擋風(fēng)板布置： 10m以下?lián)躏L(fēng)墻采用BQ-1 板，開

14、孔率為 31.8%。10m以上擋風(fēng)墻采用BQ-2 板，開孔率為 29.4%BQ-1 擋風(fēng)板三維模型（小單元）BQ-2 擋風(fēng)板三維模型（小單元）氣流穿過45°折角的擋風(fēng)抑塵板，過板后氣流對稱相互沖擊，達(dá)到消能目的。擋風(fēng)板壓降是擋風(fēng)板降低風(fēng)能的主要性能指標(biāo)，壓降值越大，說明著風(fēng)能被擋風(fēng)抑塵網(wǎng)網(wǎng)孔形成的渦旋氣流互相消耗，擋風(fēng)墻后的風(fēng)速產(chǎn)生的動(dòng)壓值越低。根據(jù)現(xiàn)階段取得的參數(shù)，用CFD模擬計(jì)算，煤場取134 長度為 210m，擋風(fēng)墻高度為 14m取計(jì)算域?yàn)?300m寬, 120m高，長度 510m，煤堆設(shè)為兩垛，煤堆高度取 12m。阻塞率小于 4%。按照招標(biāo)文件要求，抑塵效果按照6 級風(fēng)力設(shè)計(jì)，即風(fēng)速（ 10.8-13.8 ）m/s下圖為煤堆頂面截面速度分布云圖，煤堆表面的風(fēng)速大部分降低到4m/s 附近下圖為經(jīng)煤堆頂截面風(fēng)壓分布云圖根據(jù)起塵量經(jīng)驗(yàn)公式 Q=a(V-V0)n其中 Q：起塵量； a ：與粉塵粒度分布有關(guān)的系數(shù)； V ：風(fēng)速； V0：起塵風(fēng)速； n：指數(shù)（ 2.7<n<6.23 ），能估算出抑塵效果將大于 85%。擋風(fēng)板的結(jié)構(gòu)擋風(fēng)板