煤焦化公司火車裝焦除塵方式分析及優(yōu)化

張玉錦，胡 笳，沈恒根

（安徽欣創(chuàng)節(jié)能環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，安徽馬鞍山 243000）

1 工程概況及模型建立

1.1 物理模型

馬鋼煤焦化公司篩焦樓一層火車裝焦除塵系統(tǒng)如圖1（a）和（b）所示，在每個(gè)卸料口兩側(cè)設(shè)置雙側(cè)吸氣罩，罩口尺寸為6000m m×600m m，罩口中心安裝高度距火車車廂頂沿2400m m。當(dāng)有卸料口卸料時(shí)，打開其兩側(cè)的排風(fēng)罩閥門，抽吸含塵氣流。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量為200000m3/h，原設(shè)計(jì)方案為篩焦樓同時(shí)開3個(gè)卸料口工作，除塵系統(tǒng)對應(yīng)打開6個(gè)排風(fēng)罩進(jìn)行塵源控制，但實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)風(fēng)量偏小，控制效果較差，故現(xiàn)在同時(shí)只開1個(gè)卸料口工作，即一次開該卸料口左右2個(gè)排風(fēng)罩進(jìn)行塵源控制。

1.2 數(shù)學(xué)模型及邊界條件

對物理模型進(jìn)行簡化并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖2所示。湍流模型同樣選擇R N G模型[1]，兩相流模型選擇拉格朗日離散相模型[2]，含塵濃度為15g/m3，第二相焦粉粒徑取揚(yáng)塵的質(zhì)量中位徑40μm。

由于是開放性塵源，環(huán)境橫向風(fēng)對塵流運(yùn)動影響很大[3，4]，迎風(fēng)面1定義為速度入口，分別模擬橫向風(fēng)速為1m/s和3m/s時(shí)對排風(fēng)罩捕集效果的影響；排風(fēng)罩罩口2定義為速度出口，根據(jù)風(fēng)量和罩口面積可算得抽風(fēng)速度為7.7m/s；根據(jù)現(xiàn)場測試，塵流以平均0.8m/s的速度從車廂頂沿向上逸出，故定義車廂頂沿平面5為塵流出口；卸料口3和背風(fēng)面4定義為出流邊界。

圖2 模型網(wǎng)格劃分

2 模擬結(jié)果與分析

對馬鋼煤焦化公司火車裝焦現(xiàn)有通風(fēng)除塵系統(tǒng)在1m/s和3m/s的橫向風(fēng)影響下的控制效果進(jìn)行模擬和分析。

2.1 橫向風(fēng)1m/s時(shí)的控制效果

環(huán)境橫向風(fēng)為1m/s時(shí)，篩焦樓打開1個(gè)卸料口工作，其兩側(cè)排風(fēng)罩基本可以完全捕集火車裝焦時(shí)產(chǎn)生的揚(yáng)塵，如圖3（a）所示。另外，由于橫向風(fēng)的作用，迎風(fēng)面一側(cè)排風(fēng)罩從周圍環(huán)境吸入的空氣量較背風(fēng)面一側(cè)多，因此捕集的塵流較少，而背風(fēng)面一側(cè)排風(fēng)罩吸入的周圍環(huán)境空氣量較少，捕集的塵流較多，如圖3（b）空氣流線圖所示。

2.2 橫向風(fēng)3m/s時(shí)的控制效果

當(dāng)環(huán)境橫向風(fēng)增大到3m/s時(shí)，它對顆粒的運(yùn)動軌跡影響很大，塵流向背風(fēng)面移動，部分被背風(fēng)側(cè)的排風(fēng)罩捕集，部分則外逸到外界環(huán)境中，捕集效率約50%，如圖4（a）所示。迎風(fēng)側(cè)的排風(fēng)罩大量抽吸周圍環(huán)境空氣，沒有起到對塵流的捕集作用，如圖4（b）所示，此時(shí)通風(fēng)除塵系統(tǒng)對塵源的控制效果較差，外逸嚴(yán)重。

2.3 模擬結(jié)果的可靠性驗(yàn)證

目前現(xiàn)場控制效果基本和模擬結(jié)果一致，如圖5（a）和（b）所示，當(dāng)橫向風(fēng)速較小時(shí)，基本可以實(shí)現(xiàn)對揚(yáng)塵的控制，當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，則揚(yáng)塵外逸嚴(yán)重，說明數(shù)值模擬結(jié)果可靠，且環(huán)境橫向風(fēng)對除塵系統(tǒng)捕集效果的影響很大?？梢?，需要采取措施抑制環(huán)境橫向風(fēng)的影響。

3 改進(jìn)措施

本文通過在排風(fēng)罩下部至車廂四周頂沿平面懸掛膠簾的措施來抑制環(huán)境橫向風(fēng)的作用，即將圖2中的迎風(fēng)面1和背風(fēng)面4設(shè)置為壁面邊界條件，并根據(jù)焦化廠原方案同時(shí)開啟3個(gè)卸料口6個(gè)排風(fēng)罩工作。系統(tǒng)風(fēng)量不變，每個(gè)排風(fēng)罩風(fēng)量為總風(fēng)量的1/6即33000m3/h，再對其進(jìn)行流場模擬。

圖6為加上擋風(fēng)膠簾后排風(fēng)罩對塵流的控制效果，從圖中可見，塵流大部分被上部兩側(cè)的排風(fēng)罩抽走，只有一小部分從下部車廂邊壁與膠簾的間隙中逸出，模擬得捕集效率可達(dá)95.9%，基本實(shí)現(xiàn)對塵源的完全捕集。

通過上述分析可見，膠簾不僅可以抑制環(huán)境橫向風(fēng)的影響，同時(shí)可減少除塵系統(tǒng)控制塵源所需的風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

圖6 改進(jìn)后的顆粒運(yùn)動軌跡

4 結(jié)論

（1）通過模擬馬鋼煤焦化公司火車裝焦現(xiàn)有通風(fēng)除塵系統(tǒng)的控制效果，發(fā)現(xiàn)橫向風(fēng)對系統(tǒng)控制效果的影響很大，在風(fēng)速達(dá)到3m/s時(shí)，排風(fēng)罩捕集效率只有50%，揚(yáng)塵外逸嚴(yán)重。

（2）通過在排風(fēng)罩下部至車廂四周頂沿平面懸掛膠簾的措施來抑制環(huán)境橫向風(fēng)的作用，通過模擬發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后系統(tǒng)無需更換風(fēng)機(jī)增大風(fēng)量，即可基本實(shí)現(xiàn)原設(shè)計(jì)方案的3個(gè)卸料口6個(gè)排風(fēng)罩同時(shí)工作下塵源的完全捕集。

[1]王福軍.計(jì)算流體動力學(xué)分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2]樊越勝.裝料通廊塵源控制方法的分析[J].工業(yè)安全與防塵，2001，27(5)：11-13.

[3]Rudyke V. New technological solutions in Giprokoks Institute designs of plants for dry coke quenching[J].Coke and Chemistry， 1999(7)29-30.

[4]孫一堅(jiān).工業(yè)通風(fēng)[M].第3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.