擋風抑塵墻工程設計方案描述

1、1 擋風抑塵墻工程方案描述擋風抑塵墻是根據(jù)空氣動力學原理將材料加工成特定幾何形狀、 開孔率的擋風板，并依托鋼結構支架組合成一定高度的擋風設施，主要針對降低靜態(tài)起塵，其工作機理是：一、降低風速；二、損失來流風動能；三、避免來流風渦流，減少風的湍流度。擋風抑塵墻由三部分組成： 1. 擋風抑塵墻墻體； 2. 墻體支撐結構；3. 地下基礎預制混凝土塊或現(xiàn)場澆鑄。 其墻體板型設計和鋼結構設計是保證擋風墻整體質量的關鍵。在知名大學流體專家們的幫助下， 我公司建立了計算機工作站， 安裝了著名流場計算分析軟件， 能夠通過輸入各項目現(xiàn)場的氣象條件來模擬各擋風抑塵墻工程的工作狀況，從而確定墻高、板型、開孔率等關鍵

2、參數(shù)，為各項目量身訂做擋風效果好、適應當?shù)貧夂?、能?jīng)受強風考驗的工程方案。1.1擋風抑塵墻工作機理降低風速堆煤場能起塵的顆粒一般為75m- 900m之間。在小于 75m時，因為顆粒間聚力增加， 起塵反而較難。 如經(jīng)過細粉分離器進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起塵。起塵風速與顆粒直徑關系(含濕量 W=3.76%)6.506.005.50s5.00/mV 4.50速風塵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 起塵風速與顆粒直徑

3、關系圖 1 是上海港環(huán)境監(jiān)控中心對港口煤堆起塵風速進行的實驗研究數(shù)據(jù)煤堆起塵量與風速的關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的系數(shù)V ：風速V0：起塵風速n ：指數(shù)（ 2.7<n<6.23 ）可見，煤場起塵量和實際風速與起塵風速差值的高次方成正比。 減少煤堆表面風速將大大降低起塵量。強風經(jīng)過擋風抑塵墻后， 僅部分來風透過擋風網(wǎng)， 其機械能衰減并變?yōu)榈退亠L流，與此同時，這部分風在網(wǎng)前的大尺度、 高強度旋渦被衰減、 梳理成小尺度、弱強度旋渦。擋風網(wǎng)后這部分低速、 弱紊流度風流掠過煤堆場， 形成低風速梯度、低風速旋度，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。 損失來流風動能擋風抑塵墻消能是利用通過擋風板孔口的流體突然擴散產生強烈紊動， 使流體部產生剪切摩擦與碰撞來降低流體動能， 被降低的大部分動能轉化為熱能隨流體而走。因此，具有合適透風系數(shù)的擋風抑塵墻減塵效果比不透風的墻效果要好。有研究表明：在其他條件相同時，設擋風抑塵墻的起塵量為不采取任何措施的0.5%，而設實心擋風墻時為10%。避免來流風渦流，減少風的湍流度由于氣象、地形及堆場物料等因素影響，堆場易產生陣發(fā)性風，易形成渦流風，使場起塵量增加。 擋風抑塵墻可破碎陣風形成的渦流，從而減少風的脈動速度，減少煤堆起塵量。1.2擋風抑塵墻網(wǎng)體設計選型說明墻高煤堆場擋風墻

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，風洞試驗表明 : 當擋風網(wǎng)的高度為堆垛高度的 0.6 1.1 倍時，墻高與抑塵效果成正比；當擋風墻高度為堆垛高度 1.1 1.5 倍時，墻高與抑塵效果的變化逐漸平緩；當擋風墻高度為堆垛高度 1.5 倍以上時，墻高與抑塵效果的變化不明顯。因此 , 擋風墻的高度一般在堆垛高度1.1 1.5 倍選取。擋風墻高度的確定還應考慮煤堆場圍的大小， 使煤堆場在擋風墻的有效庇護圍之。風洞試驗表明：對墻后下風向 2 5 倍墻高的距離，煤堆垛減塵率可達 90 % 以上；對墻后下風向 16 倍墻高距離，煤堆垛綜合減塵效率達到 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速 20%的效果。實際應用中，擋風抑塵墻的高度通常選取為煤堆高度的1.1 1.2 倍。根據(jù)本項目的實際情況， 煤堆最大堆高為12m，主導風為北風、南風和東風，故在主導風向上設置擋風抑塵墻，墻總高為14m,在南北兩面擋風墻下設置2m高擋墻，上部設置12m高擋風板，東面利用原有4m高擋土墻，擋墻上面設置10m高擋風板，西邊非主導方向。根據(jù)業(yè)主要求，做景觀墻，同樣利用原有6m高擋土墻。擋風板材料國外擋風墻的材質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：（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，材料難以重復利用，導致二次污染鑒于以上的原因，使用金屬板材的擋風板越來越多被應用到工程實例中。由于本項目靠海， 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。擋風板板型參數(shù)選取A、擋風板折角的選取根據(jù)消耗能量，降低風速的目標，可以設計成許多種折板形式。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速都急劇下降，在擋風板后又開始回升。在 x=0.5m 處，也就是擋風板所在位置，出現(xiàn)第一個速度最低谷

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

10、風板在設計孔型時， 開孔率就決定了實際的透風率。從概念來說， 45°折型擋風板的透風率大于開孔率。 在確定折角和板型投影面積后， 透風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的設計參數(shù)，進行了不同開孔率、透風率的研究。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%透風率39.43%36.46%24.68%51.21%表 1 不同透風率與開孔率的板型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），在來流風速小時，容易因為板后負壓形成渦流；在來流風速越大時， 因為來流風的動能越大， 使得穿透防風板的質量流量增加，沒有板后負壓，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），在來流風速小時，在板后能形成較大圍的低速區(qū)，滿足堆煤場要求；在來流風速越大時，板后風的流速較高，不能完全滿足堆煤場要求。 BQ-1 板相對開孔率適中，透風率也適

12、宜，在來流風速增加時，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。將本項目的地理位置和氣象條件及煤場布置等輸入計算機， 并結合我公司擋風板特性，進行模擬計算， 綜合考慮招標文件的要求， 初步確定擋風墻相關參數(shù)如下：（1）從地理位置和氣象條件，本項目所在地全年主導風向為北風。在主導風向上布置擋風墻，能夠取得較好的煤堆抑塵效果。（2）根據(jù)大氣流動可知，風速沿高度變化遵循 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 處風速， m/s；由此可知，風速在 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 米以下的擋風抑塵墻設置BQ-1板，在10 米以上的擋風抑塵墻上設置開孔率稍小的BQ-2板。從三維數(shù)值模擬的結果分析：本項目擋風墻高度為14 米，將本項目煤場的位置、高度等參數(shù)輸入大型計算機，進行大圍的三維模擬。 通過嚴格的計算和分析最終得出最經(jīng)濟實效的擋風墻布置方案。與風洞實驗相比，風洞實驗圍較小、無法做出與現(xiàn)實相同的湍流度，用來做煤場擋風模擬，有一定的局限性。 我公司以單塊擋風板風洞實驗的數(shù)據(jù)為基礎， 并結合以往項目現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)修正。 對本項目的三維模擬，精確分析了每個煤場角落、 每個煤堆面、 每個煤堆棱角的風速和風壓。得出以下設置方案：擋風板布置： 10m以下?lián)躏L墻采用BQ-1 板，開

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