港口干散貨堆場(chǎng)的環(huán)保措施簡(jiǎn)析

張 劍，魏夢(mèng)嬌，柳玉濤

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

港口干散貨堆場(chǎng)的環(huán)保措施簡(jiǎn)析

張 劍，魏夢(mèng)嬌，柳玉濤

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

揚(yáng)塵是大氣污染的首要污染源，露天散貨堆場(chǎng)防塵、抑塵工作刻不容緩。本文探討了露天散貨堆場(chǎng)的主要起塵環(huán)節(jié)，通過對(duì)比分析選用防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)控制揚(yáng)塵，并對(duì)其在工程實(shí)際中的應(yīng)用效果進(jìn)行了介紹。

揚(yáng)塵；防風(fēng)抑塵網(wǎng)；露天散貨堆場(chǎng)；風(fēng)洞試驗(yàn)

引 言

碼頭露天堆場(chǎng)內(nèi)的散貨物料在堆存和作業(yè)過程中遇到二級(jí)風(fēng)以上天氣時(shí)引發(fā)揚(yáng)塵，繼而造成大氣環(huán)境污染。近年來霧霾天氣頻發(fā)，人們對(duì)大氣污染的重視程度也不斷提升，環(huán)境要求已成為生活質(zhì)量的重要組成部分。在此形勢(shì)下，我國(guó)許多城市先后提出了嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)和治理要求以期解決露天堆場(chǎng)內(nèi)各類散流體物料的揚(yáng)塵污染問題。

目前，國(guó)內(nèi)外散貨碼頭在露天堆場(chǎng)防塵抑塵工作方面采取了一些有效措施，主要有：水噴淋、氈布覆蓋、封閉倉(cāng)庫、鋼結(jié)構(gòu)大棚以及防風(fēng)抑塵網(wǎng)等，上述方法均可在一定程度上防治粉塵污染。但水噴淋法在風(fēng)力稍大時(shí)防塵效果驟降，且北方港口冬天氣溫較低時(shí)容易造成物料板結(jié)、凍塊；氈布覆蓋法需要靠人力作業(yè)完成覆蓋操作，且極易損壞氈布；封閉倉(cāng)庫法與鋼結(jié)構(gòu)大棚的投資成本、運(yùn)營(yíng)成本、后期維護(hù)費(fèi)用均很高；防風(fēng)抑塵網(wǎng)法一次投資成本也較高，但其在營(yíng)運(yùn)期基本不需維護(hù)，且其建設(shè)周期短，建成后外觀整潔漂亮。

研究表明直至21世紀(jì)中葉，我國(guó)在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，工業(yè)原材料的開發(fā)供給、建設(shè)需求將持續(xù)增長(zhǎng)，該過程必將出現(xiàn)大量的散貨堆場(chǎng)，因此，采取低成本、高成效的措施手段來控制粉塵污染將成為我國(guó)環(huán)境治理領(lǐng)域的重中之重。

1 方案和措施分析

1.1 起塵分析

鑒于使用方便、投資成本、安全管理等因素，目前已建成的散貨碼頭大多采用露天堆場(chǎng)用于煤炭、礦粉、礦石等散貨物料的堆垛。露天散貨碼頭通常有碼頭、堆場(chǎng)和裝卸車三個(gè)作業(yè)區(qū)，其主要裝卸工藝流程如下：

1）專業(yè)化散貨碼頭

圖1 專業(yè)化散貨碼頭裝卸工藝流程

2）通用散貨碼頭

圖2 通用散貨碼頭裝卸工藝流程

由上述散貨碼頭裝卸工藝流程可知，專業(yè)化散貨碼頭在作業(yè)過程中的起塵點(diǎn)更多，起塵點(diǎn)主要存在于碼頭作業(yè)區(qū)、堆場(chǎng)作業(yè)區(qū)和裝卸車作業(yè)區(qū)三個(gè)環(huán)節(jié)，在此裝卸系統(tǒng)中主要的起塵源有：

①碼頭機(jī)械將船艙內(nèi)散貨物料接卸至碼頭上的帶式輸送機(jī)或碼頭機(jī)械將散裝物料裝載至船艙；

②各轉(zhuǎn)接機(jī)房的轉(zhuǎn)接點(diǎn)；

③堆場(chǎng)的堆取料大機(jī)設(shè)備堆料、取料作業(yè)；

④堆場(chǎng)裝卸車設(shè)備裝卸火車/汽車；

⑤自然風(fēng)力。

針對(duì)上述三個(gè)主要起塵環(huán)節(jié)，運(yùn)用層次分析法對(duì)其進(jìn)行分析、評(píng)估，見表1。

表1 起塵環(huán)節(jié)分析

由此可見“堆場(chǎng)堆取料作業(yè)環(huán)節(jié)”是整個(gè)工程中防塵、抑塵的主要突破口。根據(jù)相關(guān)部門對(duì)專業(yè)化散裝物料裝卸碼頭的起塵環(huán)節(jié)分析研究，堆場(chǎng)是整個(gè)裝卸系統(tǒng)產(chǎn)生粉塵污染的核心區(qū)域，其產(chǎn)生量占總產(chǎn)生量的97 %。因此，露天散料堆場(chǎng)是整個(gè)專業(yè)化礦石碼頭揚(yáng)塵控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

1.2 環(huán)保措施

露天式專業(yè)化礦石碼頭的粉塵防治主要從裝卸機(jī)械和堆場(chǎng)物料兩方面著手。

1）裝卸機(jī)械方面

裝卸機(jī)械的環(huán)保措施分為兩個(gè)部分：干式除塵系統(tǒng)和濕式除塵系統(tǒng)。碼頭、堆場(chǎng)內(nèi)的裝卸船設(shè)備、堆取料設(shè)備和裝卸車設(shè)備下帶式輸送機(jī)外均設(shè)有皮帶罩，各轉(zhuǎn)接機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)除塵系統(tǒng)。除此之外，在裝卸船設(shè)備、堆取料設(shè)備和裝卸車設(shè)備上還各自設(shè)有濕式除塵系統(tǒng)。

2）堆場(chǎng)物料方面

堆場(chǎng)內(nèi)物料抑塵環(huán)保措施通常采用鋼結(jié)構(gòu)封閉大棚或防風(fēng)抑塵網(wǎng)工程技術(shù)，同時(shí)配置灑水噴槍設(shè)備、建筑防風(fēng)林和隔離帶等設(shè)施。其優(yōu)點(diǎn)是減風(fēng)抑塵面積大、效果好，雖建設(shè)投資較大，但可長(zhǎng)時(shí)間受益，且后期維護(hù)費(fèi)用較低，能最大程度地降低料場(chǎng)的揚(yáng)塵污染，實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理目標(biāo)。

從碼頭工程粉塵防治的措施與效果來看，裝卸機(jī)械的防塵方式為點(diǎn)控制，而堆場(chǎng)物料的防塵為面控制，因此，堆場(chǎng)物料方面相比裝卸機(jī)械方面能更加高效地降低揚(yáng)塵污染，其控制范圍更大、抑塵效果更佳。

1.3 方案分析

目前，控制散料堆場(chǎng)揚(yáng)塵所采取的技術(shù)措施，按抑塵技術(shù)主要分為以下4種方式：

1）水噴淋降塵；

2）噴灑降塵劑；

3）建封閉料倉(cāng)；

4）防風(fēng)抑塵網(wǎng)（擋風(fēng)抑塵板）。

前兩種環(huán)保措施的實(shí)現(xiàn)方式是一致的，均是通過設(shè)置在堆場(chǎng)內(nèi)的專用噴頭將水或降塵劑噴灑至散料上方，分別通過物理和化學(xué)方法達(dá)到抑塵效果，這兩種抑塵措施與其他措施并不干涉，通常與其他措施一同實(shí)施以提高抑塵效果。針對(duì)后兩種抑塵措施，本文提出3種方案。

1）固定式斜拉索屋蓋方案

本方案采用的是斜拉索桁架結(jié)構(gòu)，即采用斜拉索桁架結(jié)構(gòu)將整個(gè)料場(chǎng)罩起來形成一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)棚，四周采用壓型鋼板密封。

圖3 固定式斜拉索屋蓋示意

2）氣膜封閉大棚方案

氣膜封閉大棚主要由混凝土基礎(chǔ)、膜結(jié)構(gòu)、網(wǎng)鎖系統(tǒng)、送風(fēng)及新風(fēng)除塵系統(tǒng)、消防、照明、自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。該封閉大棚使用特殊建筑膜材料做外罩，配備一定數(shù)量的機(jī)電設(shè)備為氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)部提供空氣的正壓，將氣膜主體支撐起來形成封閉大棚的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

圖4 氣膜封閉大棚實(shí)景

3）防風(fēng)抑塵網(wǎng)方案

防風(fēng)抑塵網(wǎng)，主要由鋼結(jié)構(gòu)組成，網(wǎng)體通常為布滿開孔的鋼板或合金板。通過在堆場(chǎng)外圍建造閉環(huán)防風(fēng)抑塵網(wǎng)，該網(wǎng)允許少量的風(fēng)通過其密布的開孔來控制進(jìn)入下游的風(fēng)量，經(jīng)過防風(fēng)網(wǎng)頂部的風(fēng)與下游低風(fēng)區(qū)被隔離一段距離后再合流，這樣的合流比較緩和，從而達(dá)到抑塵效果。

圖5 防風(fēng)抑塵網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意

1.4 方案比選

固定式斜拉索屋蓋方案能夠?qū)Χ褕?chǎng)做到完全環(huán)保的要求，但整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)用鋼量較多，屋面和墻面圍護(hù)用量較大，投資大。

與固定式斜拉索屋蓋方案相比，氣膜封閉大棚方案結(jié)構(gòu)用鋼量極少，其具有重量輕、施工周期短、施工難度低、造價(jià)較低及維護(hù)管理要求低等特點(diǎn)，但其與外界接口處需進(jìn)行特殊處理。由于該技術(shù)方案引入國(guó)內(nèi)時(shí)間較短，同時(shí)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用實(shí)例極少，因此其在實(shí)用性、耐久性、消防措施等方面均需進(jìn)一步研究考證。

防風(fēng)抑塵網(wǎng)相對(duì)于其他兩種方案而言，施工簡(jiǎn)單，總投資費(fèi)用、日常維護(hù)費(fèi)用、故障率均較低，環(huán)境保護(hù)目標(biāo)能符合控制目標(biāo)的要求。

表2 防風(fēng)抑塵效果

從降低風(fēng)速、揚(yáng)塵高度、飛散粉塵量以及設(shè)備投資等方面對(duì)上述三種防風(fēng)抑塵方案進(jìn)行綜合對(duì)比，由表2可以看出，防風(fēng)抑塵網(wǎng)比另外兩種方案的防治效果稍差，但三種方案均能滿足環(huán)保要求，再結(jié)合設(shè)備投資情況而言，防風(fēng)抑塵網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式的方案更加可行。

2 防風(fēng)抑塵網(wǎng)

防風(fēng)抑塵網(wǎng)是運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)原理，按照1：100～500的比例構(gòu)造工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果制造成一定形狀、開孔率和不同孔形組合的防風(fēng)抑塵網(wǎng)，當(dāng)網(wǎng)外的流通空氣（強(qiáng)風(fēng)）通過時(shí)，在網(wǎng)內(nèi)側(cè)會(huì)形成上、下兩組干擾氣流，實(shí)現(xiàn)外強(qiáng)內(nèi)弱、外小內(nèi)無的氣流效果，從而達(dá)到控制揚(yáng)塵的效果。

2.1 風(fēng)洞試驗(yàn)

圖6 風(fēng)洞試驗(yàn)斷面

風(fēng)洞試驗(yàn)如圖 6所示，試驗(yàn)裝置的尺寸為0.6 m×0.72 m×8.0 m。

通過試驗(yàn)，平均速度與亂流強(qiáng)度分布的關(guān)系如下：

式中：U?為大氣邊界層厚度所對(duì)應(yīng)的速度；α為指數(shù)，取1/T≈0.143；z為防風(fēng)網(wǎng)高度；δ為模擬的大氣邊界層厚度，240mm。

此時(shí)，對(duì)于平均流速的堆料場(chǎng)模型的Re系數(shù)為Re=18 000～27 600。

試驗(yàn)組與座板系統(tǒng)以及砂堆的主要特性見圖7。

圖7 風(fēng)洞試驗(yàn)原型

試驗(yàn)中，分別對(duì)不同形狀、開孔率和孔形組合的防風(fēng)抑塵板進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果顯示防風(fēng)抑塵板在一定幾何形狀、開孔率和孔形的組合條件下可顯著降低風(fēng)速、風(fēng)力。

圖8 氣流穿過防風(fēng)抑塵網(wǎng)示意

確定防風(fēng)抑塵板的最佳形狀、開孔率和孔形組合后，將其搭建、安裝成型為防風(fēng)抑塵網(wǎng)進(jìn)行下一步測(cè)試，風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果表明防風(fēng)抑塵網(wǎng)可改變大部分來流風(fēng)風(fēng)向，降低來流風(fēng)的風(fēng)速，最大限度地?fù)p失來流風(fēng)的動(dòng)能，避免來流風(fēng)的明顯渦流，減少風(fēng)的湍流度從而有效降低起塵量，實(shí)現(xiàn)防風(fēng)抑塵的效果。來流風(fēng)通過防風(fēng)抑塵網(wǎng)后形成湍流漩渦流（如圖8），其風(fēng)速、風(fēng)壓的衰減度與風(fēng)速的平方正相關(guān)。由此可見，來流風(fēng)的風(fēng)速越大，防風(fēng)抑塵網(wǎng)的防塵效果越佳，露天堆場(chǎng)內(nèi)散料的損失越小。

2.2 防風(fēng)抑塵網(wǎng)設(shè)置

防風(fēng)抑塵網(wǎng)的設(shè)置形式主要受工程所在地風(fēng)向、風(fēng)頻分布以及堆場(chǎng)范圍、形狀等因素的影響，叢曉春等經(jīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比可知四周設(shè)置閉環(huán)網(wǎng)的防風(fēng)效果最好。防風(fēng)抑塵網(wǎng)在堆場(chǎng)控制揚(yáng)塵的機(jī)理分為防風(fēng)和捕捉粉塵兩種功能，通常在堆場(chǎng)所在地常風(fēng)向的上風(fēng)向設(shè)置防風(fēng)板，下風(fēng)向設(shè)置抑塵板。

圖9 防風(fēng)網(wǎng)防風(fēng)樣例

圖10 防風(fēng)網(wǎng)捕捉粉塵樣例

防風(fēng)抑塵網(wǎng)的高度一般在物料堆高的 1.1～1.5倍內(nèi)選取，而防風(fēng)抑塵網(wǎng)與堆垛之間的距離可取0.5～3倍網(wǎng)高，具體可根據(jù)堆場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行合理設(shè)置。

鑒于折角140°蝶型防風(fēng)板的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性比其他型式更優(yōu)，因此在工程實(shí)際中更多使用。防風(fēng)板的開孔率與堆料性質(zhì)、周邊環(huán)境及防風(fēng)網(wǎng)材質(zhì)等諸多因素有關(guān)，開孔率30 %～50 %具有明顯地降低風(fēng)速和紊流度的作用。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

天津港南疆港區(qū) 26號(hào)鐵礦石碼頭工程位于天津港南疆港區(qū)東部、規(guī)劃的南疆26#泊位位置，碼頭長(zhǎng)度400 m，設(shè)計(jì)船型為30萬t級(jí)散貨船，設(shè)計(jì)年通過能力為2 300萬t/a。

工程碼頭為順岸連片引橋式布置，通過東、西兩座引橋連接后方露天堆場(chǎng)，堆場(chǎng)布置在碼頭岸線后方陸域范圍內(nèi)，平行于碼頭岸線布置，堆場(chǎng)面積約48.9萬m2。

工程為露天作業(yè)模式，采用“碼頭前方采用橋式抓斗卸船機(jī)進(jìn)行卸船作業(yè)，利用帶式輸送機(jī)進(jìn)行水平運(yùn)輸，堆場(chǎng)內(nèi)通過堆料機(jī)、取料機(jī)和堆取料機(jī)完成堆料、取料作業(yè)，通過裝車樓完成裝火車作業(yè)”的裝卸工藝模式，其裝卸工藝流程如圖11所示。

圖11 裝卸工藝流程

3.2環(huán)保方案

天津港南疆港區(qū) 26號(hào)鐵礦石碼頭工程的主要起塵點(diǎn)為露天堆場(chǎng)作業(yè)區(qū)，該堆場(chǎng)區(qū)南北向縱深約372 m，東西向約1 290 m，堆場(chǎng)內(nèi)鐵礦石堆高10 m，最大存儲(chǔ)量為401萬t。

該工程堆場(chǎng)區(qū)采用防風(fēng)抑塵網(wǎng)控制鐵礦石粉塵污染，結(jié)合工程所在地風(fēng)況、露天堆存物料特性及裝卸作業(yè)工藝等因素，該防風(fēng)抑塵網(wǎng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

①布置型式：四周環(huán)圍式；

②在不影響堆場(chǎng)裝卸機(jī)械作業(yè)的前提下，防風(fēng)衣塵網(wǎng)盡可能靠近料堆設(shè)置；

③網(wǎng)的高度：20 m；

④防風(fēng)抑塵板折角：140°；

⑤上風(fēng)向與下風(fēng)向分別設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)和抑塵網(wǎng)，其開孔率分別為40 %和31 %。

圖12 工程堆場(chǎng)布置

3.3 應(yīng)用效果

表3 風(fēng)洞試驗(yàn)與實(shí)際效果對(duì)比

由表3可知，防風(fēng)抑塵網(wǎng)的實(shí)際防塵效果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果基本一致。風(fēng)穿過防風(fēng)抑塵網(wǎng)后風(fēng)速削減率達(dá)70 %以上，風(fēng)速降低效果十分顯著，且設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)之后，堆場(chǎng)周邊區(qū)域揚(yáng)塵現(xiàn)象得到明顯控制，防風(fēng)抑塵效率達(dá)到80 %，若同時(shí)配合堆場(chǎng)內(nèi)灑水噴淋、堆場(chǎng)外綠化帶等，礦石粉塵的抑制率可達(dá)90 %以上。因此，防風(fēng)抑塵網(wǎng)可有效地治理和控制露天散貨料場(chǎng)內(nèi)粉塵污染問題。

4 結(jié) 語

防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)可以有效地解決露天散貨堆場(chǎng)的揚(yáng)塵問題，改善場(chǎng)區(qū)及周邊地區(qū)的生產(chǎn)、工作、生活環(huán)境，減輕對(duì)大氣環(huán)境的污染，減少霧霾天氣的出現(xiàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年因大風(fēng)揚(yáng)塵損失的原料大約占3 ‰，增加防風(fēng)抑塵網(wǎng)在防治揚(yáng)塵的同時(shí)，還可大大減少非人為因素造成的原料損失，給企業(yè)自身以及周邊環(huán)境帶來積極、正面的影響。同時(shí)與其他環(huán)保措施相比，防風(fēng)抑塵網(wǎng)的抑塵效果較好、投資成本更低、后期維護(hù)更方便，因此其更適合應(yīng)用于大型露天堆場(chǎng)，為港口散貨堆場(chǎng)的粉塵控制提供有效保障，相信防風(fēng)抑塵網(wǎng)技術(shù)會(huì)在節(jié)能環(huán)保的路上越走越遠(yuǎn)！

［1］尹錫澤，柴信眾.天津港南疆港區(qū) 26號(hào)鐵礦石碼頭工程初步設(shè)計(jì)［R］.天津：中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2012.

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［9］陳果，楊克尼.建張大網(wǎng)防風(fēng)抑塵［N］.中國(guó)環(huán)境報(bào)，2006-04-21008.

Brief Analysis of Environmental Protection Measures Applying to Dry Bulk Cargo Stockyard in Port

Zhang Jian，Wei Mengjiao，Liu Yutao
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

Air pollution mainly comes from dust emission.Dust-proof and dust suppressing work admit no delay in open-air bulk cargo stockyard.The steps causing dust emission in open-air bulk cargo stockyard are discussed in detail，the technique about wind-proof and dust suppressing net is used to control dust emission through comparative analysis，and an introduction is made to the effect of the above technique in engineering application.

dust emission； wind-proof and dust suppressing net； open-air bulk cargo stockyard； wind tunnel test

X736.1

A

1004-9592（2016）05-0086-06

10.16403/j.cnki.ggjs20160522

2016-06-15

張劍（1988-），男，工程師，主要從事港口裝卸工藝方面的工作。