全封闭气膜罩式环保设施在煤堆场的应用

孙树群，王 宁

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

引 言

近年来，随着京津冀地区雾霾天气出现频次的升高，大气污染的关注度持续升温，建设和谐美丽的家园已逐渐成为人们的基本需求。我国作为一个煤炭资源十分丰富的国家，燃煤发电仍占据约一半的发电比例，而露天煤堆场在大风季节以及运输、装卸等过程中造成的煤粉扬尘给周边生产生活区造成了严重的环境污染。在目前的环保形势下，传统的洒水喷淋、建设防风抑尘网等措施已不能满足煤堆场粉尘污染防治的要求。因此，采取新技术，运用新材料，从根本上抑制粉尘外溢，做好环境污染源头治理，打赢蓝天保卫战已迫在眉睫。

1 项目背景

随着我国环境保护力度的不断加强和节能减排工作的大力开展，粉尘的排放控制日益受到重视。目前执行的《大气污染物综合排放标准》（GB 16297-1996）规定周界外监控点浓度限值为1 mg/m³。

河北省大气污染防治行动计划实施方案中提出：到2017年，首都周边及大气污染较重的石家庄、唐山、保定、廊坊等市，细颗粒物浓度比2012年下降33 %，邢台、邯郸下降30 %。另有地方环保局发文：市区和县城建成区的电力企业煤场应全面实现入棚、入仓密闭储存，煤粉储存应采用入棚、入仓存储，棚内设有喷淋装置，在物料装卸时洒水降尘，对不能完成整治任务的一律实施停产整治，整治无望的依法关停。

为适应新形势下环境保护的要求，秉承建设绿色环保企业的精神，河北省某电厂拟对其露天煤堆场进行防尘封闭改造。同时，考虑到该电厂作为周边地区用电主要来源，本次改造工作必须严格限制施工周期并做到尽可能不影响生产运行，综合周边建筑物、铁路、道路等现状，经过对实际案例的调研和考察，决定采取全封闭气膜罩式堆煤环保设施，以彻底解决煤粉扬尘的污染问题。

2 改造方案

根据项目改造前煤堆场的实际情况，为保证堆场的储存能力并满足斗轮机检修吊车进场后的起吊高度要求，设计全封闭气膜罩式堆煤环保设施（以下简称“气膜环保设施”）外表尺寸长宽高分别为161 m×95 m×31 m（至高点）。主要由基础系统、设备系统、控制系统、气膜钢索系统、照明系统、气密系统、消防系统等构成，采用单层膜结构，改造完成后封闭煤场总面积约为15 295 m2，可承受16级以上的飓风、100年一遇的暴风雪及8级烈度地震灾害，使用寿命达30年以上。

图1 气膜罩式煤堆场效果

图2 气膜罩式煤堆场结构示意

2.1 基础部分

气膜材料自重非常轻，包括钢网索重量约为1.5 kg/m2，所以对基础要求不高，选用悬臂式挡墙扩展基础方案，采用 C30级混凝土，HRB400钢筋。基础埋深范围为1.5～2m，无需钻孔打桩。

2.2 气膜罩及钢网索

煤堆场粉尘污染严重，选用耐脏膜材料，满足《建筑材料及制品燃烧性能分级》（GB 8624-2012）燃烧性能B1级，膜材质保年限为20年，寿命30年以上。

本项目由于跨度大、高度高，气膜罩采用了高强度、防老化、防锈处理的 PE索，寿命可达50年。如图3。

图3 气膜罩及钢网索示意

表1 M7000气膜膜材参数

气膜表面设置斜向钢索网系统，钢缆采用D18mmPE钢芯钢丝绳，斜向交叉，具有防止相互滑动损坏PE保护层功能，平面布置根据受力计算书确定。

图4 气膜钢网索受力设计云图

2.3 送风加压系统

风机系统是气膜环保设施的核心之一，包括风机、定向吹风调节器，过滤设备等组成。本项目配置不小于30 000 m³/h的风机，设计风机6台。充气成型时风机同时运作，时间不超过3小时。

1）设施在闲置情况下启用 1～3台风机变频50 %～60 %功率运行，排放风与送风量对等。

2）设施在汽车进出频繁等情况下，启用2～5台风机，排放风与送风量对等；送风量的大小跟人员进出及汽车门开启频率成正比，智能控制系统控制风机变频运行，根据风速、气压等感应仪传输的信号自动感应调整，随着室内气压的高低加大或减少送风量，维持室内气压稳定安全，保证室内空气质量指数。

2.4 排气换气系统

对室内的废气、毒气进行及时的排放和换气，以保证室内操作人员的安全。气膜顶部排风口安装降尘、除尘装置，外排气体满足环保要求。

图5 排气换气系统设计

同时，在室内设置空气质量感应器，对空气中的瓦斯、CH、NOx、CO、CO2、SO2、H2S等有害气体进行检测，感应器将空气质量的相关数据传输到控制系统，一旦浓度超标（如瓦斯浓度＞3 %），控制系统立即报警同时启动排气装置进行排放并加大新风量，确保室内操作人员安全。

2.5 智能控制系统

智能控制系统是气膜环保设施的核心和大脑，设有自动、半自动和手动三种运行方式控制各个设备系统协调运行。智能控制系统实时收集室内外各种传感器的数据（图6），并将数据传回智能化机电控制系统，通过分析处理自动调节通风换气量或开启降尘装置，保证室内煤和粉尘浓度在安全范围，实现人性化操作管理，达到气膜环保设施安全健康、空气清新、环境舒适、节能环保的目的。

图6 智能控制系统

2.6 消防及安全系统

作为全封闭构筑物，气膜在设计过程中根据消防标准配置消防水炮、消防应急气密门等消防安全系统设施，保证紧急情况下室内人员能在 3分钟内撤出室外。

若发生地震等自然灾害导致充气系统停止或者地面开裂漏气时，气膜顶部降落到地面2 m高度所需要的时间大于2小时，室内人员有充足的时间撤出室外。

3 项目实施效果

本改造项目在实施建设过程中，自原有防风网及挡煤墙拆除至全部系统调试完成，工期共计108天，其中气膜安装、充气仅25天。同时，沿煤堆场长度方向依次施工，通过与电厂良好的沟通与协调，改造过程对电厂正常生产的影响非常小。

目前，该项目已建成并投入使用，根据当地环保部门对周边环境粉尘颗粒物的监测结果，大气环境中煤粉的含量有了显著的减少，气膜环保设施的投入使用对煤堆场扬尘污染的防防治效果十分明显。

图7 气膜环保设施建成后航拍图

图8 气膜环保设施建成后室内作业

4 气膜环保设施的优势

1）抑尘效果显著。气膜环保设施属于全密闭空间，能降低 100 %风速，煤堆场内粉尘扬飞高度下降75 %～85 %，配合场内雾炮喷淋、场外绿化带等辅助设施，煤堆场的粉尘外排量几乎为零，有效解决煤堆场周边大气污染问题。

2）节能减排。膜材具有很好的透光、反光、漫光性能，白天采用自然光即可满足使用要求，且膜材属于不吸光材料，相比传统建筑照明节能30 %以上；设施内的雾炮相比传统喷洒设备可节约60 %～70 %耗水量。

3）结构轻盈，无梁无柱，适应范围广。气膜主要利用气压差支撑，现代膜材料的性能和宽度可轻松实现百米大跨度，特别适合储煤仓、煤渣仓等大跨度大空间的场所，提高场地使用面积，使内部工程机械、堆取料机的工作布局基本不受限制。

4）造价低廉，工期大幅缩短。气膜对基础要求很低，施工快捷便利，建造周期仅为传统建筑的1/5，并且减少了大量高空作业，提高了施工安全性。

5）后续运营及维护成本费用低，气膜环保设施不同于传统建筑，膜材外部的PVDF涂层具有出色的“自洁”的功能，不易积攒灰尘，可依靠雨雪清洁外表面。气膜环保设施内部无钢性支撑，省去了网架钢结构的油漆防锈维护费用，同时消除了高空作业安全隐患。

6）外形时尚新颖，改善了煤堆场不友好的视觉效果，有良好的宣传效应。

5 结 语

目前，大部分电厂的煤堆场均采取“堆取合一”的作业方式，这为全封闭式气膜结构提供了良好的改造基础，全封闭气膜罩式堆煤环保设施在该项目中的成功应用，有效的说明了气膜这一新型材料在环保领域大量推广的可能性。

我国北方地区存在大量煤炭下水港口，其堆场中的煤炭、矿石等干散货多为露天堆置，扬尘现象严重，据不完全统计，每年因大风扬尘损失的原料大约占3 ‰，存在强烈的改造需求。气膜结构凭借着改造工期短、环保效果明显，且对生产影响小等优点，一定能在港口堆场的改造过程中得到广泛的推广和使用。