С.В. Комонов, Е.Н. Комонова
Ветровая эрозия и пылеподавление
Курс лекций. - Красноярск: Изд-во СФУ, 2008. - 192 с.

Глава 2. Методы оценки ветровой эрозии и пыления

2.5. Оценка среднегодового и текущего выноса частиц с поверхности золошлакоотвала при ветровой эрозии

При оценке ветровой эрозии (т/год) и среднегодового текущего выноса частиц (г/с) с поверхности золоотвала отдельные характеристики эродируемого материала и ветрового режима определяются следующим образом:

·          средняя скорость ветра на уровне флюгера  в зоне размещения золоотвала принимается как средневзвешенное значение в диапазоне от скорости ветра, соответствующей началу сдува золовых частиц , до максимальной скорости ветра  с учетом повторяемости градаций скоростей;

·          средний размер эродируемых частиц  определяется как средневзвешенная величина в диапазоне от  до 0:

                                        (113)

где     – средний размер частиц -той фракции;

 – число фракций эродируемых частиц (количество градаций размера частиц);

 – доля частиц -той фракции (весовая доля соответствующей градации 0,098)

·          предельный (максимальный) размер эродируемых частиц  определяется по средней скорости ветра в пылеопасный период , значение которой первоначально задается равным 5 – 7 м/с, после чего определяются последовательно величины:

                            (114)

При расхождении значений  и более чем на 0,2 м/с расчет повторяют, скорректировав значение .

1. Текущий вынос золовых частиц с поверхности золоостала (г/с) определяемый при скорости ветра выше критической  (ниже которой ):

                              (115)

где     и  – масса выносимых за границы золошлакоотвала витающих и сальтирующих частиц, г/с, или:

                        (116)

                   (117)

где     – удельная сдуваемость материала пылящей поверхности при данном значении скорости потока на высоте флюгера, г/м²с, определяемая экспериментально путем продувки проб золы с пылящих участков золоотвала в аэродинамической трубе с моделированием условий намыва золы и с приведением к скорости потока на высоте флюгера по формулам (п. 10.5).

 – полная площадь пылящей поверхности золоотвала, м²;

 – эффективная площадь пылящей поверхности (м²), на которой завершается нарастание в потоке массы сальтирующих частиц считают по формуле:

                                     (118)

где:    – часть пылящего участка золоотвала, экранируемая отстойным прудом, м² (находится по расчетной схеме).

В качестве примера на рисунке 18 приведена удельная сдуваемость золовых отложений на отвалах Рефтинской и Южноуральской ГРЭС.

Рисунок 18 - Зависимость удельной сдуваемости () намытой золы от скорости ветра на высоте флюгера (10 м)

Учет конструктивных, планировочных и природно-климатических факторов обеспечивается введением ряда поправочных коэффициентов к расчетной величине сдува. Эти коэффициенты отражают:

·         – коэффициент характеризующий обеспылевание пылевого потока за счет осаждения золовых частиц при обтекании дамбы и в ее аэродинамической тени.  в зависимости от превышения гребня дамбы относительно уровня поверхности золошлакового поля и высоты дамбы принимается равным 0,25 – 0,70, при этом меньшие значения соответствуют большим значениям превышения гребня дамбы (2,50 – 3,50 м) и высоты дамбы (30 – 40 м). При характерных для многих проектируемых и действующих отвалов превышении гребня дамбы 0,5 – 1,0 м и высоте дамбы 10 – 15 м коэффициент К₁ = 0,5 – 0,55 (рисунок 19);

Рисунок 19 - Зависимость коэффициента переноса золовых частиц при обтекании дамбы  от скорости ветра  при различных превышениях гребня дамбы над зольным пляжем

·         – коэффициент характеризующий состояние поверхностного слоя (коркообразование, агрегатирование золовых частиц в слое в результате химического взаимодействия) в зависимости от содержания окиси кальция  в золе (таблица 8);

·         – коэффициент, характеризующий защищенность объекта от ветрового воздействия (влияние высотных элементов рельефа, специальных ветрозащитных сооружений, лесопосадок) и закрепления поверхности зольного пляжа (таблица 9). При воздействии нескольких факторов защищенности коэффициент  определяется перемножением соответствующих коэффициентов.

·         – коэффициент характеризующий применение оперативных методов пылеподавления (орошение пылящей поверхности водой и др.) (таблица 10);

Гранулометрический состав поверхности пылящих участков отвала устанавливается экспериментальным путем для данного конкретного складируемого материала при характерной влажности, либо по справочным данным для пойменной золошлаковой зоны отвала ["Состав и свойства золы и шлака ТЭС", Справочное пособие под редакцией В.А.Мелентьева, Л.,1985].

Таблица 8 – Значения коэффициента состояния поверхностного слоя

Таблица 9 – Значения коэффициента защищенности объекта от ветрового воздействия

Таблица 10 – Значение поправочного коэффициента К₄

2. Годовой вынос золовых частиц или эродируемость объекта (т/год):

                                            (119)

где:    – годовой вынос золовых частиц по каждому направлению ветра, т/год, с учетом конструктивных, планировочных и природно-климатических факторов определяют по формуле:

  (120)

где:  – продолжительность периода возможной ветровой эрозии поверхности золоотвала, ч.

,  - доля витающих и сальтирующих частиц в общей массе эродируемых частиц золового материала находят при () по соответствующим формулам:

                                     (121)

                                (122)

где     – граничный размер эродируемых частиц, разделяющий сальтирующие и витающие частицы, 31,0, мкм;

 – максимальный размер витающих и сальтирующих частиц ;

 – весовая доля соответствующей градации, 0,098.

Продолжительность периода возможной ветровой эрозии поверхности золоотвала определяется исходя из двух основных временных характеристик:

·     относительной продолжительности пылеопасного ветрового режима , в течение которого скорость ветра на флюгере остается больше скорости начала пыления  (определяемой по средневзвешенному размеру эродируемых частиц);

·     относительной продолжительности периода возможного пылення  по состоянию поверхности золоотвала, исключающего из рассматриваемого периода продолжительность периодов укрытия золовых пляжей устойчивым снеговым покровом, увлажнения осадками и талыми водами:

                        (123)

где     – относительная продолжительность устойчивого снегового покрова, 40 – 50 %;

 – относительная продолжительность осадков в виде дождя и мокрого снега, 10 – 12 %;

– относительная продолжительность увлажнения поверхности золоотвала талыми водами, 2,5 – 3,5 %;

– относительная продолжительность ветрового режима (), способствующего выдуванию частиц, 5 %;

 – относительная продолжительность штиля, 20 – 25 %.

В целом продолжительность периода возможной ветровой эрозии поверхности золоотвала определяется наложением двух рассмотренных временных характеристик:

         (124)

                 (125)

где     – время рассматриваемого периода, 8760 часов.