李小麗  孫興鶴

（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠  遼寧 鞍山114021）

摘要：為解決鋼鐵行業(yè)火車受料槽卸料時(shí)粉塵污染，本文介紹了火車受料槽卸料時(shí)的產(chǎn)塵機(jī)理，通過理論分析和計(jì)算，合理確定了受料槽卸料除塵的密閉方式、抽風(fēng)量的大小、抽風(fēng)點(diǎn)的位置及數(shù)量等。該技術(shù)用于鞍鋼三燒原料區(qū)域受料槽揚(yáng)塵治理取得了良好的除塵效果。

關(guān)鍵詞：受料槽；揚(yáng)塵；產(chǎn)塵機(jī)理；密閉；抽風(fēng)量；效果

1  前言

煉鐵總廠三燒360m²燒結(jié)機(jī)鐵精礦通過翻車機(jī)、熔劑及燃料通過火車受料槽進(jìn)行裝卸，再由膠帶機(jī)送入原有配料室內(nèi)。

熔劑為石灰石、生石灰和菱鎂石粉等，燃料為干熄焦粉。熔劑及燃料通過火車受料槽每天卸料量約2500噸，卸料時(shí)間約20小時(shí)，螺旋機(jī)卸料過程產(chǎn)生粉塵量約3.81噸/天（692kg/h），年排放量856噸。火車受料槽作為一種大型、高效率裝卸設(shè)備已廣泛應(yīng)用于我國(guó)大中型鋼鐵廠。受料槽由上、下兩部分組成（如圖1所示），上部為裝料的火車與雙螺旋卸車機(jī)，下部為卸料篦板與受料倉(cāng)。受料槽進(jìn)行卸料作業(yè)時(shí)，由于物料快速高落差落下會(huì)產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，導(dǎo)致受料槽室粉塵到處飛揚(yáng)，經(jīng)檢測(cè)，粉塵濃度可達(dá)上千毫克每立方米，不僅嚴(yán)重危害著崗位工人的身體健康，并且飛揚(yáng)的粉塵彌漫在車間中，影響操作崗位的視線，造成安全隱患。

本文闡述鞍鋼煉鐵總廠三燒原料區(qū)域受料槽揚(yáng)塵治理方案及取得的效果。

2  現(xiàn)場(chǎng)描述

三燒受料槽廠房長(zhǎng)度72米，四周無外墻；由東西兩列受料槽組成，各配置有兩臺(tái)雙螺旋卸車機(jī)。東受料槽有11個(gè)料槽：7個(gè)儲(chǔ)存焦碳粉，4個(gè)儲(chǔ)存鎂砂粉；西受料槽有10個(gè)料槽： 4個(gè)儲(chǔ)存生石灰粉，6個(gè)儲(chǔ)存井石礦粉。

卸料時(shí)，東西受料槽上方各停放4節(jié)車廂，操作工人打開車廂側(cè)門，車廂內(nèi)物料在重力作用下會(huì)自動(dòng)滑落一部分到受料槽中，然后操作工人使用螺旋卸料機(jī)進(jìn)行卸料,最后人工清掃剩下的物料。最大工作量時(shí)，同時(shí)對(duì)2節(jié)車廂進(jìn)行卸灰。

在車廂內(nèi)物料通過重力自動(dòng)卸料開始時(shí)，受料槽口冒出少量粉塵，當(dāng)使用螺旋卸料機(jī)進(jìn)行卸料時(shí)，由于卸料量大，此時(shí)受料槽口產(chǎn)生大量含塵氣流，粉塵彌漫受料槽面，嚴(yán)重影響工人操作視線，存在安全隱患，同時(shí)高濃度的崗位粉塵濃度對(duì)工人身體健康造成巨大傷害。

圖1 受料槽示意圖

2.1  產(chǎn)塵機(jī)理

通過現(xiàn)場(chǎng)?？辈欤洚a(chǎn)生大量粉塵的原因是：大量物料在卸落的過程中誘導(dǎo)部分空氣進(jìn)入料倉(cāng)之中，由于料倉(cāng)較深，物料落差較大，使物料及誘導(dǎo)進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)的空氣產(chǎn)生較大的末速度，物料落入倉(cāng)內(nèi)停止后，物料的動(dòng)能轉(zhuǎn)化給誘導(dǎo)進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)的空氣，使空氣獲得巨大動(dòng)能，料倉(cāng)內(nèi)壓力升高加上空氣獲得較高的速度，高速氣流從槽口外逸，并將細(xì)小顆粒粉塵帶出倉(cāng)外，于是形成槽口大量粉塵外逸。

根據(jù)此產(chǎn)塵機(jī)理，采用CFD軟件對(duì)此過程建模，然后進(jìn)行模擬計(jì)算如圖2：

圖2  氣流速度分布圖

從圖2可以看出，物料在碰到倉(cāng)壁的瞬間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的時(shí)候，內(nèi)部氣流獲得的巨大的速度，使倉(cāng)內(nèi)產(chǎn)生了較大的壓力。

圖3  氣流矢量分布圖

從圖3可以看出，大量氣流沿倉(cāng)壁逸出，即帶出大量粉塵，而且可以看出火車底部槽口出風(fēng)速度很小，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際卸料時(shí)火車底部幾乎看不到粉塵，這與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況吻合。

4  治理方案

根據(jù)以上粉塵產(chǎn)生的機(jī)理，擬采取兩種措施控制氣流并捕集粉塵。

4.1 方案一：倉(cāng)內(nèi)捕集

根據(jù)分析，在料倉(cāng)壁的氣流速度最大，且卸料的最遠(yuǎn)距離僅到槽口中部區(qū)域，因而對(duì)現(xiàn)有槽口篦子進(jìn)行改造，沿槽口寬度方向縮短200mm，即在倉(cāng)壁處留出200mm空間，然后在此處空間設(shè)置抽風(fēng)口進(jìn)行抽風(fēng)，直接捕集倉(cāng)內(nèi)的高速氣流，使其不從槽口逸出，即可防止粉塵外逸。

設(shè)置的抽風(fēng)口深入槽口下100mm，并設(shè)置一側(cè)導(dǎo)流板，不影響卸料，有效的捕集高速含塵氣流。抽風(fēng)示意如圖4：

圖4  倉(cāng)內(nèi)抽風(fēng)示意圖

   對(duì)于此方案采用CFD進(jìn)行模擬，結(jié)果如下圖：

圖5  倉(cāng)內(nèi)抽風(fēng)速度矢量圖

從圖5可以看出，改造后的槽口呈負(fù)壓進(jìn)風(fēng)狀態(tài)，倉(cāng)內(nèi)產(chǎn)生的高速氣流直接被抽風(fēng)口抽出，同時(shí)火車底部槽口也呈微負(fù)壓狀態(tài)。

可見，通過對(duì)槽口改造并增加抽風(fēng)后，可以很好的控制倉(cāng)內(nèi)氣流，防止倉(cāng)內(nèi)粉塵逸出倉(cāng)外。此外，由于抽風(fēng)口處與倉(cāng)內(nèi)，槽面的篦子板能有效防止卸料門密封用稻草進(jìn)入除塵管道內(nèi)。

4.2 方案二：槽口捕集

根據(jù)槽口氣流特性，對(duì)逸出倉(cāng)外的含塵氣流進(jìn)行捕集。即在槽口處設(shè)置側(cè)吸風(fēng)口進(jìn)行抽風(fēng)，但側(cè)吸風(fēng)口受外部橫向氣流影響較大，因而還需在側(cè)吸風(fēng)口與槽口上方設(shè)置整體密閉罩。如圖6：

圖6  槽口捕集示意圖

采用CFD對(duì)此種方式進(jìn)行模擬，結(jié)果如下圖：

圖7  槽口抽風(fēng)速度矢量圖

從圖7可以看出，在設(shè)置整體密閉罩后，倉(cāng)內(nèi)逸出的氣流被控制在密閉罩內(nèi)，并從側(cè)吸風(fēng)口處抽走，此措施可以達(dá)到粉塵捕集效果。

綜上所述，兩種措施均可以有效捕集粉塵。方案一較為簡(jiǎn)便，但需要對(duì)槽口進(jìn)行一定改造。方案二則稍微復(fù)雜，在槽口上方設(shè)整體密閉罩后對(duì)工人操作會(huì)有一定影響，工人作業(yè)在灰中，存在一定的安全隱患。最終，鞍鋼三燒原料區(qū)域受料槽除塵采用第一種方案。

除此之外，為保證較好的抽風(fēng)效果，減少橫向氣流影響，對(duì)受料槽廠房進(jìn)行整體封閉。廠房東面設(shè)可拆卸墻體，方便卸料篦子更換和檢修，廠房西面設(shè)固定墻體，兩面均留人員進(jìn)出的單開門，上半部分考慮采光。

廠房南北側(cè)端部，除留出供火車廂進(jìn)出的門孔外，其余部分用壓型鋼板予以封閉，在門孔處設(shè)置對(duì)開的電動(dòng)大門。

抽風(fēng)管需要落地布置，在風(fēng)管上部設(shè)行走平臺(tái)和護(hù)欄，便于工人通行和卸灰操作。檢修螺旋的備品備件則放置在廠房柱間的空間。

對(duì)螺旋卸料操作室進(jìn)行密封改造，加裝空調(diào)，保持操作室內(nèi)的空氣的潔凈度，改善工人的操作環(huán)境。

4.3 抽風(fēng)點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)火車車廂長(zhǎng)度，每個(gè)倉(cāng)的長(zhǎng)度以及卸灰時(shí)產(chǎn)塵特性，通過CFD軟件模擬分析后，在每個(gè)倉(cāng)設(shè)置6個(gè)抽風(fēng)口，即火車兩邊各3個(gè)抽風(fēng)口，所有抽風(fēng)口經(jīng)過主管匯合后接出廠房外進(jìn)入除塵系統(tǒng)外網(wǎng)，最后通過除塵器進(jìn)行凈化處理。

4.4 吸塵罩及風(fēng)量設(shè)置

受料槽接收多種礦物料，生石灰、焦炭礦、鎂砂礦、石灰石礦等，由于各種物料的含濕量不同，粉塵粒徑及粉塵密度不同，因而所需的抽風(fēng)量會(huì)有一定區(qū)別，對(duì)各個(gè)倉(cāng)上的抽風(fēng)風(fēng)量，通過GFD軟件計(jì)算如表1：

表1   GFD理論謀算受料槽各灰倉(cāng)風(fēng)量分配表

然而，風(fēng)量分配需與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合。三燒原料區(qū)域受料槽共有2條鐵軌，可同時(shí)進(jìn)2列火車，各配備2臺(tái)雙螺旋卸料機(jī)。卸料時(shí)，東西受料槽上方各停放4節(jié)車廂，最大工作量時(shí)，同時(shí)對(duì)2節(jié)車廂進(jìn)行卸灰。為了達(dá)到更好的粉塵治理效果并盡量節(jié)省風(fēng)量，應(yīng)對(duì)各抽風(fēng)罩進(jìn)行切換控制，將有限的風(fēng)量集中起來控制揚(yáng)塵點(diǎn)（如圖8所示）。因此，在GFD軟件計(jì)算的風(fēng)量基礎(chǔ)上，將風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，最終風(fēng)量分配如表2：

表2   實(shí)際受料槽各灰倉(cāng)風(fēng)量分配表

綜上所述，該受料槽密閉罩總抽風(fēng)量設(shè)計(jì)為Q=500000m3/h。

5. 工程實(shí)踐

根據(jù)以上理論基礎(chǔ)，2013年對(duì)該受料槽進(jìn)行了揚(yáng)塵治理，2014年初系統(tǒng)投入運(yùn)行后，現(xiàn)場(chǎng)肉眼觀察受料槽密閉罩無揚(yáng)塵外溢，對(duì)開門處負(fù)壓較大，抽風(fēng)效果良好。2014年6月鞍鋼公司組織驗(yàn)收測(cè)試，崗位粉塵濃度完全滿足國(guó)家新標(biāo)準(zhǔn)≤8mmg/m3標(biāo)準(zhǔn)，大大改善了現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表3：

6  結(jié)論

（1）根據(jù)受料槽產(chǎn)塵機(jī)理的分析研究，較科學(xué)地確定了抽風(fēng)點(diǎn)及抽風(fēng)量，為有效捕集揚(yáng)塵提供了理論依據(jù)。

（2）經(jīng)工程實(shí)踐證明，以上理論推算是合理的準(zhǔn)確的。

（3）該受料槽揚(yáng)塵治理技術(shù)可以很好地滿足生產(chǎn)與環(huán)保要求，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可行。

參考文獻(xiàn)

[1]  張殿印、張學(xué)義著．除塵技術(shù)手冊(cè)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2002

[2]  劉莉、楊景玲、孫永軍．受料槽粉塵捕集試驗(yàn)研究[A]．通風(fēng)除塵[C]，1998.3

[3]  劉和云、寧佐陽、符慧林．受料槽卸煤時(shí)的揚(yáng)塵特性研究[N]．長(zhǎng)沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2001（第16卷第2期）

[4]   趙連琦．國(guó)內(nèi)外受料槽設(shè)備的發(fā)展及實(shí)用簡(jiǎn)介[A]．鋼鐵廠設(shè)計(jì)[C]，1998.4