周生倫，李凌月

(中國華電集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司，北京 100070)

火力發(fā)電廠煤場主要污染物為煤塵，煤在運輸、裝卸等過程中向大氣逸散而形成污染，國內(nèi)學(xué)者在不斷研究各種除塵抑塵的技術(shù)及措施[1-5]。煤場和汽車卸煤溝作為輸煤生產(chǎn)工序的操作區(qū)，是粉塵污染的主要場所。隨著國家環(huán)保政策的逐漸嚴(yán)格，汽車卸煤溝的粉塵污染已經(jīng)嚴(yán)重影響電廠區(qū)域環(huán)境，限制了地區(qū)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)，因此，盡快對現(xiàn)有汽車卸煤溝進(jìn)行全封閉改造，以達(dá)到環(huán)保要求是十分必要的。

1 粉塵污染特性

燃煤在轉(zhuǎn)運、輸送、加工過程中的落差使煤粒發(fā)生碰撞、摩擦而產(chǎn)生煤塵，并伴隨生產(chǎn)過程中的氣流而揚(yáng)起向外擴(kuò)散。外部的空氣流動，將局部含塵空氣吹散蔓延至不同區(qū)域。

1.1 粉塵粒徑分布特征

煤的粒徑分布與煤質(zhì)有關(guān)，還與煤的開采方式、選煤廠的產(chǎn)品規(guī)格和要求等有關(guān)。機(jī)械強(qiáng)度大和不易破碎的煤種，小顆粒煤所占的比例較小。不同粒徑的煤粒抵御外界起塵因素作用的能量所具有的差異，造成了起塵煤粒的粒徑分配與原煤質(zhì)的粒度分配的變化。這種粒徑分配的改變，其理論體現(xiàn)為：Rosin-Rammla粒徑分布函數(shù)的分布系數(shù)將產(chǎn)生一定變化。分布函數(shù)見下式：

R=100exp(-βdn)

其中：R-累積分?jǐn)?shù)；d-粒子直徑；β、n-常數(shù)，即分布系數(shù)，取決于粒子的種類和生成過程。

煤塵的沉降速率按斯托克斯公式和牛頓公式計算，分別描述如下：

(1)斯托克斯公式(粒徑<200μm)：

Vn=d2g(M1-M2)/18μ

(2)牛頓公式(粒徑>200μm)：

上述兩式中，Vn為沉降速度，g為重力加速，M1為粒子密度，M2為空氣密度，μ為空氣粒度系數(shù)。

煤粉塵污染特性參數(shù)詳見表1。

表1 煤粉塵污染特性參數(shù)

1.2 煤粉粉塵起塵風(fēng)速研究

將不同粒徑的煤顆粒作煤塵起塵風(fēng)速風(fēng)洞實驗，當(dāng)粒徑小到一定程度(50μm以下)，起塵風(fēng)速反而增加，這是因為微小細(xì)粒子之間存在較大的粘著力和靜電壓力，要將這些細(xì)粒吹起必須克服這兩種隨粒徑減小而增加的內(nèi)聚力。

2 汽車卸煤溝全封閉技術(shù)及應(yīng)用

2.1 門式剛架封閉技術(shù)

門式剛架是一種平面受力體系，是梁、柱單元構(gòu)件的組合體，梁柱剛接，柱和基礎(chǔ)可鉸接、可剛接。門式剛架采用橫梁與柱協(xié)同工作，使橫梁跨中彎矩和撓度大幅下降，方案橫斷面圖見圖1。

圖1 門式鋼軸側(cè)圖

門剛梁柱可采用焊接等截面、變截面實腹式H型鋼。梁柱連接和拼接節(jié)點采用高強(qiáng)螺栓的端板連接節(jié)點，當(dāng)受力不大時，可采用端板平齊式，當(dāng)受力較大時，采用端板外伸式。柱與斜梁連接節(jié)點也可采用端板平方式，由于此處一般彎矩、剪力較大，將端板平放可減少節(jié)點的設(shè)計剪力，同時可以充分利用柱的壓力對節(jié)點受力有利作用，且構(gòu)造簡單、易于施工。梁柱連接節(jié)點類型如圖2。

圖2 梁柱連接節(jié)點類型

2.2 封閉技術(shù)方案

原卸煤溝頂部結(jié)構(gòu)為平板網(wǎng)架，尺寸54m×20m(長×寬)，混凝土框架柱支撐，柱高9m，頂部彩鋼板封閉，側(cè)面開敞。此次改造原卸煤溝上部網(wǎng)架拆除，封閉區(qū)域擴(kuò)大至77.5m×65m(長×寬)，高度與原卸煤溝上部結(jié)構(gòu)一致；東側(cè)與儲灰罐連接部位局部封閉，并與卸煤溝區(qū)域連通，尺寸44m×12m(長×寬)。卸煤溝區(qū)域采用平板網(wǎng)架或排架封閉，東側(cè)局部封閉范圍采用混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面、墻面1m以上均用檁條和彩板圍護(hù)，1m以下用普通磚墻做填充墻。

2.2.1 平板網(wǎng)架

封閉區(qū)域為77.5m×65m×10m(長×寬×高)。屋面及混凝土柱間架設(shè)檁條，用彩鋼板圍護(hù)，墻面設(shè)置5道人員進(jìn)出門及6道車輛進(jìn)出門。鋼桿件防腐做法：鋼結(jié)構(gòu)表面噴砂處理至 Sa2.5級，采用環(huán)氧富鋅底漆兩道，干膜厚度2×40μm；環(huán)氧云鐵中間漆兩道，干膜厚度2×40μm；聚氨酯面漆兩道，干膜厚2×40m。

通風(fēng)采用自然通風(fēng)，自然排風(fēng)的方式；通過屋頂采光帶采光。煤棚屋面雨水采用有組織排水，排入就近道路雨水系統(tǒng)。煤場四周新增散水，縱向?qū)挾?000mm，厚度100mm，采用C15素混凝土，三七灰土墊層，厚度100mm。其布置詳見圖3～圖5。

圖3 卸煤溝封閉方案平面布置圖

圖4 卸煤溝封閉方案立面布置圖

圖5 卸煤溝封閉方案屋面布置圖

2.2.2 上部結(jié)構(gòu)

圖6 網(wǎng)架軸測圖

圖7 鋼架平面圖

網(wǎng)架平面尺寸為77.5 m×65 m(長×寬)，西側(cè)利用原有網(wǎng)架的兩排混凝土框架柱支撐網(wǎng)架，跨度20 m，東側(cè)新增一排混凝土柱支撐網(wǎng)架，跨度45 m。根據(jù)現(xiàn)場情況，在南北側(cè)增設(shè)混凝土柱，柱間距9 m或12 m，東側(cè)柱布置以不影響儲灰罐車輛進(jìn)出，便于通行為宜，柱頂設(shè)框架梁?；炷林斣O(shè)鉸支座，與上部平板網(wǎng)架連接。網(wǎng)架采用正方四角錐網(wǎng)架體系，頂標(biāo)高15 m，網(wǎng)格大小4 m×4 m，厚度3 m，見圖6～圖7。

圖8 應(yīng)力云圖

圖9 應(yīng)力比統(tǒng)計圖

桿件主要采用Q345B圓鋼管，主要規(guī)格為75×3.75、88.5×4.0、114×4.0、140×4.0、159×6.0、159×12；高強(qiáng)螺栓主要規(guī)格為M24～M52；螺栓球主要規(guī)格為BS110～BS260及其配套的錐頭、錐板，桿件的節(jié)點連接方式為螺栓球節(jié)點連接。

鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計是采用MSTCAD2016軟件建模計算，并用PKPM軟件進(jìn)行復(fù)核。一般位置桿件應(yīng)力比<0.90，支座附近桿件應(yīng)力比≤0.85；一般位置受壓桿件長細(xì)比<180，受拉桿件長細(xì)比<250；支座附近受壓桿件長細(xì)比<150，受拉桿件長細(xì)比<200。豎向撓度最大值為60mm，為跨度的1/750，滿足不大于1/250的要求，詳見圖8～圖9。

2.3 噴灑抑塵系統(tǒng)

本工程封閉汽車卸煤溝選用噴霧水炮對內(nèi)部進(jìn)行噴灑抑塵，根據(jù)汽車卸煤溝封閉范圍和管道布置的特點，封閉汽車卸煤溝內(nèi)部共設(shè)置噴霧水炮2臺，參數(shù)均為：Q=4.8m3/h，H=60 m。

噴灑抑塵系統(tǒng)由噴霧水炮、增壓泵、增壓風(fēng)機(jī)、管道過濾器、手動閥及對應(yīng)控制系統(tǒng)等組成。當(dāng)汽車卸煤溝內(nèi)部進(jìn)行卸煤作業(yè)，粉塵濃度較高時，可遠(yuǎn)程啟動噴霧水炮，對汽車卸煤溝內(nèi)部的粉塵進(jìn)行噴灑抑塵，降低粉塵的散發(fā)和擴(kuò)散，改善內(nèi)部作業(yè)環(huán)境；該系統(tǒng)同時具備人工操作的條件，即當(dāng)需要進(jìn)行噴霧抑塵時，人工可就地啟動噴霧水炮進(jìn)行噴霧抑塵，噴霧時間一般為5～10min，依次對整個煤堆進(jìn)行噴霧抑塵。一般情況下，封閉卸煤溝內(nèi)部要求開啟一臺噴霧水炮對粉塵集中的區(qū)域進(jìn)行降塵，原則上最多允許兩臺噴霧水炮同時運行。

封閉汽車卸煤溝內(nèi)部新增噴霧水炮水源就近接引自廠區(qū)噴灑抑塵水管道；噴灑抑塵系統(tǒng)供水管網(wǎng)在煤場內(nèi)部架空敷設(shè)，管材采用焊接鋼管；室外埋地管道需進(jìn)行防腐，防腐等級為加強(qiáng)級，架空管道需進(jìn)行防凍保溫，保溫形式采用彩鋼板加硅酸鋁保溫棉的形式。

3 結(jié)論

為響應(yīng)國家環(huán)保政策，基于環(huán)保政策的要求及汽車卸煤溝現(xiàn)狀，對現(xiàn)有汽車卸煤溝進(jìn)行全封閉改造；提出了詳細(xì)的封閉技術(shù)方案及相關(guān)布置圖，并在封閉汽車卸煤溝內(nèi)部安裝噴灑抑塵系統(tǒng)；通過汽車卸煤溝封閉技術(shù)，改善電廠周邊環(huán)境，達(dá)到環(huán)保要求，創(chuàng)造較好的社會影響力。