港口干散货堆场的环保措施简析

张 剑，魏梦娇，柳玉涛

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

港口干散货堆场的环保措施简析

张 剑，魏梦娇，柳玉涛

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

扬尘是大气污染的首要污染源，露天散货堆场防尘、抑尘工作刻不容缓。本文探讨了露天散货堆场的主要起尘环节，通过对比分析选用防风抑尘网技术控制扬尘，并对其在工程实际中的应用效果进行了介绍。

扬尘；防风抑尘网；露天散货堆场；风洞试验

引 言

码头露天堆场内的散货物料在堆存和作业过程中遇到二级风以上天气时引发扬尘，继而造成大气环境污染。近年来雾霾天气频发，人们对大气污染的重视程度也不断提升，环境要求已成为生活质量的重要组成部分。在此形势下，我国许多城市先后提出了严格的控制标准和治理要求以期解决露天堆场内各类散流体物料的扬尘污染问题。

目前，国内外散货码头在露天堆场防尘抑尘工作方面采取了一些有效措施，主要有：水喷淋、毡布覆盖、封闭仓库、钢结构大棚以及防风抑尘网等，上述方法均可在一定程度上防治粉尘污染。但水喷淋法在风力稍大时防尘效果骤降，且北方港口冬天气温较低时容易造成物料板结、冻块；毡布覆盖法需要靠人力作业完成覆盖操作，且极易损坏毡布；封闭仓库法与钢结构大棚的投资成本、运营成本、后期维护费用均很高；防风抑尘网法一次投资成本也较高，但其在营运期基本不需维护，且其建设周期短，建成后外观整洁漂亮。

研究表明直至21世纪中叶，我国在经济高速发展的背景下，工业原材料的开发供给、建设需求将持续增长，该过程必将出现大量的散货堆场，因此，采取低成本、高成效的措施手段来控制粉尘污染将成为我国环境治理领域的重中之重。

1 方案和措施分析

1.1 起尘分析

鉴于使用方便、投资成本、安全管理等因素，目前已建成的散货码头大多采用露天堆场用于煤炭、矿粉、矿石等散货物料的堆垛。露天散货码头通常有码头、堆场和装卸车三个作业区，其主要装卸工艺流程如下：

1）专业化散货码头

图1 专业化散货码头装卸工艺流程

2）通用散货码头

图2 通用散货码头装卸工艺流程

由上述散货码头装卸工艺流程可知，专业化散货码头在作业过程中的起尘点更多，起尘点主要存在于码头作业区、堆场作业区和装卸车作业区三个环节，在此装卸系统中主要的起尘源有：

①码头机械将船舱内散货物料接卸至码头上的带式输送机或码头机械将散装物料装载至船舱；

②各转接机房的转接点；

③堆场的堆取料大机设备堆料、取料作业；

④堆场装卸车设备装卸火车/汽车；

⑤自然风力。

针对上述三个主要起尘环节，运用层次分析法对其进行分析、评估，见表1。

表1 起尘环节分析

由此可见“堆场堆取料作业环节”是整个工程中防尘、抑尘的主要突破口。根据相关部门对专业化散装物料装卸码头的起尘环节分析研究，堆场是整个装卸系统产生粉尘污染的核心区域，其产生量占总产生量的97 %。因此，露天散料堆场是整个专业化矿石码头扬尘控制的关键点。

1.2 环保措施

露天式专业化矿石码头的粉尘防治主要从装卸机械和堆场物料两方面着手。

1）装卸机械方面

装卸机械的环保措施分为两个部分：干式除尘系统和湿式除尘系统。码头、堆场内的装卸船设备、堆取料设备和装卸车设备下带式输送机外均设有皮带罩，各转接机房内设置机械通风除尘系统。除此之外，在装卸船设备、堆取料设备和装卸车设备上还各自设有湿式除尘系统。

2）堆场物料方面

堆场内物料抑尘环保措施通常采用钢结构封闭大棚或防风抑尘网工程技术，同时配置洒水喷枪设备、建筑防风林和隔离带等设施。其优点是减风抑尘面积大、效果好，虽建设投资较大，但可长时间受益，且后期维护费用较低，能最大程度地降低料场的扬尘污染，实现环境治理目标。

从码头工程粉尘防治的措施与效果来看，装卸机械的防尘方式为点控制，而堆场物料的防尘为面控制，因此，堆场物料方面相比装卸机械方面能更加高效地降低扬尘污染，其控制范围更大、抑尘效果更佳。

1.3 方案分析

目前，控制散料堆场扬尘所采取的技术措施，按抑尘技术主要分为以下4种方式：

1）水喷淋降尘；

2）喷洒降尘剂；

3）建封闭料仓；

4）防风抑尘网（挡风抑尘板）。

前两种环保措施的实现方式是一致的，均是通过设置在堆场内的专用喷头将水或降尘剂喷洒至散料上方，分别通过物理和化学方法达到抑尘效果，这两种抑尘措施与其他措施并不干涉，通常与其他措施一同实施以提高抑尘效果。针对后两种抑尘措施，本文提出3种方案。

1）固定式斜拉索屋盖方案

本方案采用的是斜拉索桁架结构，即采用斜拉索桁架结构将整个料场罩起来形成一个钢结构棚，四周采用压型钢板密封。

图3 固定式斜拉索屋盖示意

2）气膜封闭大棚方案

气膜封闭大棚主要由混凝土基础、膜结构、网锁系统、送风及新风除尘系统、消防、照明、自动检测及自动控制系统组成。该封闭大棚使用特殊建筑膜材料做外罩，配备一定数量的机电设备为气膜结构内部提供空气的正压，将气膜主体支撑起来形成封闭大棚的结构系统。

图4 气膜封闭大棚实景

3）防风抑尘网方案

防风抑尘网，主要由钢结构组成，网体通常为布满开孔的钢板或合金板。通过在堆场外围建造闭环防风抑尘网，该网允许少量的风通过其密布的开孔来控制进入下游的风量，经过防风网顶部的风与下游低风区被隔离一段距离后再合流，这样的合流比较缓和，从而达到抑尘效果。

图5 防风抑尘网结构示意

1.4 方案比选

固定式斜拉索屋盖方案能够对堆场做到完全环保的要求，但整个钢结构用钢量较多，屋面和墙面围护用量较大，投资大。

与固定式斜拉索屋盖方案相比，气膜封闭大棚方案结构用钢量极少，其具有重量轻、施工周期短、施工难度低、造价较低及维护管理要求低等特点，但其与外界接口处需进行特殊处理。由于该技术方案引入国内时间较短，同时在国内应用实例极少，因此其在实用性、耐久性、消防措施等方面均需进一步研究考证。

防风抑尘网相对于其他两种方案而言，施工简单，总投资费用、日常维护费用、故障率均较低，环境保护目标能符合控制目标的要求。

表2 防风抑尘效果

从降低风速、扬尘高度、飞散粉尘量以及设备投资等方面对上述三种防风抑尘方案进行综合对比，由表2可以看出，防风抑尘网比另外两种方案的防治效果稍差，但三种方案均能满足环保要求，再结合设备投资情况而言，防风抑尘网结构形式的方案更加可行。

2 防风抑尘网

防风抑尘网是运用空气动力学原理，按照1：100～500的比例构造工程现场环境进行风洞试验，根据试验结果制造成一定形状、开孔率和不同孔形组合的防风抑尘网，当网外的流通空气（强风）通过时，在网内侧会形成上、下两组干扰气流，实现外强内弱、外小内无的气流效果，从而达到控制扬尘的效果。

2.1 风洞试验

图6 风洞试验断面

风洞试验如图 6所示，试验装置的尺寸为0.6 m×0.72 m×8.0 m。

通过试验，平均速度与乱流强度分布的关系如下：

式中：U∂为大气边界层厚度所对应的速度；α为指数，取1/T≈0.143；z为防风网高度；δ为模拟的大气边界层厚度，240mm。

此时，对于平均流速的堆料场模型的Re系数为Re=18 000～27 600。

试验组与座板系统以及砂堆的主要特性见图7。

图7 风洞试验原型

试验中，分别对不同形状、开孔率和孔形组合的防风抑尘板进行风洞试验，测试结果显示防风抑尘板在一定几何形状、开孔率和孔形的组合条件下可显著降低风速、风力。

图8 气流穿过防风抑尘网示意

确定防风抑尘板的最佳形状、开孔率和孔形组合后，将其搭建、安装成型为防风抑尘网进行下一步测试，风洞试验结果表明防风抑尘网可改变大部分来流风风向，降低来流风的风速，最大限度地损失来流风的动能，避免来流风的明显涡流，减少风的湍流度从而有效降低起尘量，实现防风抑尘的效果。来流风通过防风抑尘网后形成湍流漩涡流（如图8），其风速、风压的衰减度与风速的平方正相关。由此可见，来流风的风速越大，防风抑尘网的防尘效果越佳，露天堆场内散料的损失越小。

2.2 防风抑尘网设置

防风抑尘网的设置形式主要受工程所在地风向、风频分布以及堆场范围、形状等因素的影响，丛晓春等经实验对比可知四周设置闭环网的防风效果最好。防风抑尘网在堆场控制扬尘的机理分为防风和捕捉粉尘两种功能，通常在堆场所在地常风向的上风向设置防风板，下风向设置抑尘板。

图9 防风网防风样例

图10 防风网捕捉粉尘样例

防风抑尘网的高度一般在物料堆高的 1.1～1.5倍内选取，而防风抑尘网与堆垛之间的距离可取0.5～3倍网高，具体可根据堆场实际情况进行合理设置。

鉴于折角140°蝶型防风板的机械强度和稳定性比其他型式更优，因此在工程实际中更多使用。防风板的开孔率与堆料性质、周边环境及防风网材质等诸多因素有关，开孔率30 %～50 %具有明显地降低风速和紊流度的作用。

3 工程实例

3.1 工程概况

天津港南疆港区 26号铁矿石码头工程位于天津港南疆港区东部、规划的南疆26#泊位位置，码头长度400 m，设计船型为30万t级散货船，设计年通过能力为2 300万t/a。

工程码头为顺岸连片引桥式布置，通过东、西两座引桥连接后方露天堆场，堆场布置在码头岸线后方陆域范围内，平行于码头岸线布置，堆场面积约48.9万m2。

工程为露天作业模式，采用“码头前方采用桥式抓斗卸船机进行卸船作业，利用带式输送机进行水平运输，堆场内通过堆料机、取料机和堆取料机完成堆料、取料作业，通过装车楼完成装火车作业”的装卸工艺模式，其装卸工艺流程如图11所示。

图11 装卸工艺流程

3.2环保方案

天津港南疆港区 26号铁矿石码头工程的主要起尘点为露天堆场作业区，该堆场区南北向纵深约372 m，东西向约1 290 m，堆场内铁矿石堆高10 m，最大存储量为401万t。

该工程堆场区采用防风抑尘网控制铁矿石粉尘污染，结合工程所在地风况、露天堆存物料特性及装卸作业工艺等因素，该防风抑尘网主要设计参数如下：

①布置型式：四周环围式；

②在不影响堆场装卸机械作业的前提下，防风衣尘网尽可能靠近料堆设置；

③网的高度：20 m；

④防风抑尘板折角：140°；

⑤上风向与下风向分别设置防风网和抑尘网，其开孔率分别为40 %和31 %。

图12 工程堆场布置

3.3 应用效果

表3 风洞试验与实际效果对比

由表3可知，防风抑尘网的实际防尘效果与风洞试验结果基本一致。风穿过防风抑尘网后风速削减率达70 %以上，风速降低效果十分显著，且设置防风抑尘网之后，堆场周边区域扬尘现象得到明显控制，防风抑尘效率达到80 %，若同时配合堆场内洒水喷淋、堆场外绿化带等，矿石粉尘的抑制率可达90 %以上。因此，防风抑尘网可有效地治理和控制露天散货料场内粉尘污染问题。

4 结 语

防风抑尘网技术可以有效地解决露天散货堆场的扬尘问题，改善场区及周边地区的生产、工作、生活环境，减轻对大气环境的污染，减少雾霾天气的出现。据不完全统计，每年因大风扬尘损失的原料大约占3 ‰，增加防风抑尘网在防治扬尘的同时，还可大大减少非人为因素造成的原料损失，给企业自身以及周边环境带来积极、正面的影响。同时与其他环保措施相比，防风抑尘网的抑尘效果较好、投资成本更低、后期维护更方便，因此其更适合应用于大型露天堆场，为港口散货堆场的粉尘控制提供有效保障，相信防风抑尘网技术会在节能环保的路上越走越远！

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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

张剑（1988-），男，工程师，主要从事港口装卸工艺方面的工作。