礦槽系統(tǒng)環(huán)保創(chuàng)新設(shè)計(jì)

張 銘

（中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

鋼鐵行業(yè)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求不斷提升，散狀物料在輸送過(guò)程中如何進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)環(huán)保效果提升、節(jié)能增效，成為工業(yè)企業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。例如，確保物料在運(yùn)輸過(guò)程中的密封性、減少物料轉(zhuǎn)運(yùn)輸送過(guò)程中受高差、避免振動(dòng)等造成的破碎、避免粉化等成品率下降、減少轉(zhuǎn)運(yùn)產(chǎn)塵、降低捕集風(fēng)量等。

1 存在問(wèn)題

目前礦槽系統(tǒng)雖然設(shè)置除塵器，但管系風(fēng)量分配不合理（風(fēng)量不能按需分配）、揚(yáng)塵點(diǎn)密封不嚴(yán)、工藝連鎖性差（常開(kāi)點(diǎn)多）等原因?qū)е虏凵霞安巯孪到y(tǒng)的除塵效果較差，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，巡檢人員也難以操作，生理和心理健康都受到了較大危害。

（1）顆粒大、體密重、硬度高。

（2）粉塵爆發(fā)性強(qiáng)、動(dòng)能釋放空間小。

（3）單條皮帶機(jī)落料點(diǎn)多、除塵點(diǎn)多，但實(shí)際工作的點(diǎn)位少、不規(guī)律性；連鎖方式、管網(wǎng)頻繁波動(dòng)容易引起管路堵塞，系統(tǒng)失效，不能采用；傳統(tǒng)常開(kāi)方式必須大風(fēng)量。

（4）若風(fēng)量大負(fù)壓足易吸走大顆粒，存在管道、布袋磨損的情況，維護(hù)量大、能耗高，一旦維護(hù)不及時(shí)則易導(dǎo)致系統(tǒng)失效。

（5）若風(fēng)量小則收塵效果不佳，粉塵外溢。

（6）傳統(tǒng)導(dǎo)料槽為單層結(jié)構(gòu)，一旦導(dǎo)料槽的防溢裙板密封不嚴(yán)或磨損后不能完全貼合，導(dǎo)致負(fù)壓損失，會(huì)引起粉塵外溢。

（7）傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，吸塵點(diǎn)必須緊靠落料點(diǎn)和依靠大風(fēng)量吸塵，易導(dǎo)致大顆粒吸入管道，造成管道磨漏或者大顆粒沉降堵管，進(jìn)而收塵效果不佳或失效。

如何減少塵的產(chǎn)生或降低含塵煙氣量是除塵的核心問(wèn)題，即從根本上解決問(wèn)題；如何將含塵煙氣密封在一定空間內(nèi)，防止外溢以達(dá)到生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境要求和環(huán)保要求，產(chǎn)塵點(diǎn)必須有科學(xué)合理的密封方式，將含塵煙氣密封在一定的空間內(nèi)；如何實(shí)現(xiàn)利用最小的風(fēng)量或最經(jīng)濟(jì)的手段，將含塵煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)抽到除塵器或其他凈化設(shè)備進(jìn)行凈化處理，達(dá)到環(huán)保要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

礦槽系統(tǒng)環(huán)保創(chuàng)新設(shè)計(jì)通過(guò)仿真模擬密閉空間物料運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣動(dòng)力場(chǎng)和壓力場(chǎng)的特點(diǎn)以及粉塵在多相疊加作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡，設(shè)計(jì)了自降塵密封導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變導(dǎo)料槽內(nèi)部腔體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)受料過(guò)程中物料先經(jīng)過(guò)腔體中的導(dǎo)料裝置改變動(dòng)態(tài)堆積分布，產(chǎn)生的粉塵能夠密封在導(dǎo)料槽內(nèi)不外溢。經(jīng)過(guò)濾簾盒、阻力泄壓箱以及擋塵簾等多種配合裝置，誘導(dǎo)導(dǎo)料槽腔體壓力、阻力的變化，使粉塵動(dòng)能不斷衰減，依靠自身重力落入運(yùn)送物料中，達(dá)到自降塵的效果。全密封迷宮環(huán)保導(dǎo)料槽減少物料粉塵產(chǎn)生及除塵點(diǎn)設(shè)置數(shù)量、降低單點(diǎn)除塵風(fēng)量，且保證了多除塵點(diǎn)設(shè)置時(shí)各個(gè)除塵點(diǎn)風(fēng)量的平衡。

2.1 固體物料模型的建立

通過(guò)對(duì)固體物料輸送轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)的完整料間氣相和空間氣體流場(chǎng)模擬，實(shí)現(xiàn)固體物料在轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)減小對(duì)空氣擾動(dòng)，降低含塵煙氣的產(chǎn)生量。

2.2 控制物料的流速和軌跡

通過(guò)對(duì)固體物料輸送轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)的完整過(guò)程模擬，尋求最佳物料運(yùn)動(dòng)軌跡，將固體物料在轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)由傳統(tǒng)的自由落體沖擊改為對(duì)物料破碎影響較小的物料與控流溜槽之間的滑動(dòng)摩擦，提高成品率，降低生產(chǎn)成本。

2.3 控制物料的流量

通過(guò)控制物料的流量，減少誘導(dǎo)風(fēng)量，減少落料點(diǎn)除塵風(fēng)量。

2.4 流固耦合分析溜槽及導(dǎo)料槽內(nèi)部氣流

模擬顆粒在流動(dòng)過(guò)程中對(duì)周邊空氣的流動(dòng)的影響，以合理設(shè)置除塵吸塵點(diǎn)位置。通過(guò)特殊的密封導(dǎo)料槽技術(shù)和靜電吸塵擋簾將含塵煙氣密封在一定空間內(nèi)，對(duì)含塵煙氣進(jìn)行壓力和速度緩沖衰減，達(dá)到自降塵和降低含塵煙氣動(dòng)能外溢的效果。通過(guò)阻尼降壓器對(duì)含塵煙氣進(jìn)行再次壓力和動(dòng)能衰減，含塵煙氣可通過(guò)阻尼減壓器兩側(cè)的阻尼板進(jìn)行泄壓，實(shí)現(xiàn)再次降低含塵煙氣量的效果。

2.5 完整的除塵管網(wǎng)風(fēng)量平衡模擬

通過(guò)完整的除塵管網(wǎng)風(fēng)量平衡模擬，可以對(duì)除塵風(fēng)量進(jìn)行合理、分配，優(yōu)化除塵管系設(shè)計(jì)，達(dá)到各除塵點(diǎn)風(fēng)量精確分配的效果，實(shí)現(xiàn)各除塵點(diǎn)風(fēng)量的按需分配。

3 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

（1）實(shí)現(xiàn)將物料從卸料、轉(zhuǎn)運(yùn)到受料的過(guò)程控制在系統(tǒng)性密封空間進(jìn)行。

（2）實(shí)現(xiàn)根據(jù)物料特性和輸送結(jié)構(gòu)要求，通過(guò)仿真模擬建立獨(dú)有的輸送結(jié)構(gòu)模型，減少粉塵產(chǎn)生，降低除塵風(fēng)量。

該套產(chǎn)品有兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的設(shè)備配置，即控速溜槽、全密封迷宮環(huán)保導(dǎo)料槽，物料輸送可實(shí)現(xiàn)高效減塵、抑塵、除塵，達(dá)到環(huán)保節(jié)能、降耗、降低初投資的目標(biāo)。

3.1 控速溜槽

膠帶機(jī)在轉(zhuǎn)運(yùn)物料過(guò)程中，由于卸料、受料膠帶機(jī)存在一定高差，卸料膠帶機(jī)下料點(diǎn)和受料膠帶機(jī)受料點(diǎn)之間需要采用溜槽實(shí)現(xiàn)輸送。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般采用直段或斜段下料溜槽，物料從卸料膠帶機(jī)頭部漏斗拋入溜槽后，在慣性動(dòng)量以及自身重力的雙重影響下，由溜槽約束引導(dǎo)直接落到受料膠帶機(jī)導(dǎo)料槽內(nèi)的帶面，完成轉(zhuǎn)運(yùn)。在此過(guò)程中，高度較高的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，物料會(huì)因拋落、撞擊出現(xiàn)部分粉化，粉化程度取決于物料本身性能、物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及物料運(yùn)送空間形狀，物料粉化是粉塵產(chǎn)生的根源。

新型控速溜槽在收集物料自身性狀參數(shù)及粒度、含水量等相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合膠帶機(jī)帶速及落料軌跡等數(shù)據(jù)建立仿真模型，設(shè)計(jì)將拋落軌跡改為滑落軌跡的溜槽形狀，降低物料落到帶面的速度，從根源上減少物料因拋落、撞擊而產(chǎn)生的粉化灰塵。應(yīng)用氣相及氣固耦合綜合分析，設(shè)置溜槽內(nèi)壓平衡管，使溜槽中的空氣盡量不受物料下落的擾動(dòng)，進(jìn)一步降低除塵點(diǎn)所需抽風(fēng)量。

控速溜槽一般在物料落差≥4.5 m的工況下考慮配置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，通過(guò)三維建模設(shè)計(jì)為多曲面空間結(jié)構(gòu)，使物料緩慢滑落至受料點(diǎn)，避免物料摔落粉化造成的成品率降低、粉化揚(yáng)塵、落料沖擊導(dǎo)致受料膠帶機(jī)跑偏等現(xiàn)象。按照仿真模擬及實(shí)際使用效果統(tǒng)計(jì)，可提升成品率0.1%～0.3%，對(duì)于中等規(guī)模的鋼鐵企業(yè)而言，燒結(jié)礦和焦炭應(yīng)用方面的年經(jīng)濟(jì)效益可觀。

3.2 全密封迷宮環(huán)保導(dǎo)料槽

物料從溜槽中落至受料膠帶機(jī)帶面，由于慣性沖撞而外落，產(chǎn)生的粉塵大量外溢，需要在受料點(diǎn)設(shè)置導(dǎo)料槽。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般設(shè)置普通導(dǎo)料槽，在導(dǎo)料槽前端設(shè)置除塵罩，通過(guò)除塵管道將轉(zhuǎn)運(yùn)中產(chǎn)生的粉塵抽走。由于普通導(dǎo)料槽半封閉結(jié)構(gòu)以及傳統(tǒng)膠帶機(jī)的托輥布置形式限制，造成普通導(dǎo)料槽無(wú)法和膠帶之間形成良好密封，導(dǎo)致粉塵外溢現(xiàn)象較為嚴(yán)重。隨著環(huán)保要求不斷提升，目前普遍通過(guò)加大除塵風(fēng)量解決此問(wèn)題，但存在三點(diǎn)問(wèn)題：針對(duì)除塵灰、皂土、粉煤灰等堆比重較小的物料，加大除塵風(fēng)量會(huì)導(dǎo)致抽走物料本身，造成損耗；增大風(fēng)量后，除塵系統(tǒng)的配置規(guī)模相應(yīng)增大，造成初投資以及運(yùn)行成本增高，不符合節(jié)能降耗的綠色發(fā)展方向；在多點(diǎn)除塵系統(tǒng)中，通常形成近風(fēng)機(jī)點(diǎn)風(fēng)量較大、遠(yuǎn)風(fēng)機(jī)點(diǎn)基本無(wú)風(fēng)的局面。

新型全密封迷宮環(huán)保導(dǎo)料槽通過(guò)仿真模擬密閉空間物料運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣動(dòng)力場(chǎng)和壓力場(chǎng)的特點(diǎn)以及粉塵在多相疊加作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡，設(shè)計(jì)了自降塵密封導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變導(dǎo)料槽內(nèi)部腔體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)受料過(guò)程中物料先經(jīng)過(guò)腔體中的導(dǎo)料裝置改變動(dòng)態(tài)堆積分布，產(chǎn)生的粉塵能夠密封在導(dǎo)料槽內(nèi)不外溢，再經(jīng)過(guò)濾簾盒、阻力泄壓箱以及擋塵簾等多種配合裝置，誘導(dǎo)導(dǎo)料槽腔體壓力、阻力的變化，使粉塵動(dòng)能不斷衰減，依靠自身重力落入運(yùn)送物料中，達(dá)到自降塵的效果。全密封迷宮環(huán)保導(dǎo)料槽減少物料粉塵產(chǎn)生及除塵點(diǎn)設(shè)置數(shù)量、降低單點(diǎn)除塵風(fēng)量，保證了多除塵點(diǎn)設(shè)置時(shí)各個(gè)除塵點(diǎn)風(fēng)量的平衡。

目前該產(chǎn)品已形成B650～B2000帶寬膠帶機(jī)的全型號(hào)覆蓋，對(duì)固定可逆膠帶機(jī)以及移動(dòng)配倉(cāng)膠帶機(jī)也開(kāi)發(fā)了相應(yīng)密封結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。導(dǎo)料槽特殊設(shè)計(jì)的密封結(jié)構(gòu)，相較于傳統(tǒng)普通導(dǎo)料槽單點(diǎn)受料的除塵風(fēng)量可降低25%，多點(diǎn)受料的導(dǎo)料槽除塵點(diǎn)數(shù)量可減少約1/3，單點(diǎn)風(fēng)量可降低20%，除塵系統(tǒng)風(fēng)量配置可降低至少30%。對(duì)于料場(chǎng)、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵、焦化等廠區(qū)物料轉(zhuǎn)運(yùn)以膠帶機(jī)為主的工藝流程，全廠環(huán)境除塵系統(tǒng)的配置規(guī)模及能耗指標(biāo)均大幅度降低。

主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1 主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

全密封自沉降環(huán)保導(dǎo)料槽其特殊的密封機(jī)構(gòu)可以減少除塵點(diǎn)和除塵風(fēng)量，并結(jié)合穩(wěn)定的流場(chǎng)分布實(shí)現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)的風(fēng)量實(shí)現(xiàn)環(huán)保效果。特殊密封結(jié)構(gòu)和阻尼復(fù)合降塵裝置實(shí)現(xiàn)大顆粒粉塵自沉降，減少管道磨損和生產(chǎn)維護(hù)，降低運(yùn)維成本。

3.3 技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況

本產(chǎn)品已申請(qǐng)了各項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)十余項(xiàng)，目前已授權(quán)的發(fā)明專利1項(xiàng)、實(shí)用新型專利6項(xiàng)，并得到行業(yè)內(nèi)多家綠色鋼鐵企業(yè)的高度認(rèn)可。

專利申請(qǐng)情況如表2所示。

表2 專利申請(qǐng)情況

4 實(shí)際應(yīng)用

本產(chǎn)品因其單體及整體應(yīng)用的便捷性、普適性以及顯著的經(jīng)濟(jì)型和環(huán)保性，已作為一項(xiàng)專有技術(shù)和特色設(shè)計(jì)面向鋼鐵企業(yè)客戶廣泛推廣，在得到應(yīng)用客戶的高度認(rèn)可及支持下，目前在鋼鐵行業(yè)應(yīng)用業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)突飛猛進(jìn)，

主要典型業(yè)績(jī)?nèi)绫?所示。

（1）工程簡(jiǎn)介。

邢臺(tái)德龍2#高爐礦槽系統(tǒng)，原采用一套集中式除塵器系統(tǒng)，改造前除塵效果較差，移動(dòng)通風(fēng)槽基本無(wú)負(fù)壓，物料轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)粉塵從導(dǎo)料槽內(nèi)大量外溢，嚴(yán)重污染現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

基于實(shí)際生產(chǎn)情況，拆除原有普通導(dǎo)料槽，重新設(shè)計(jì)配置新型節(jié)能環(huán)保物料轉(zhuǎn)運(yùn)除塵系統(tǒng)，既能解決環(huán)保污染問(wèn)題，又能達(dá)到節(jié)能降耗的效果，還可以降低成品焦炭及燒結(jié)礦的返焦返礦率，實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)運(yùn)行成本、增加生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效率的目標(biāo)。

該項(xiàng)目整體投資比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)改造節(jié)省220萬(wàn)元，2016年10月開(kāi)始實(shí)施，2017年1月正式投用。

（2）工藝設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及指標(biāo)。

采用節(jié)能環(huán)保輸送產(chǎn)品后，新舊系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)對(duì)比如表4所示。

表4 新舊系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

（3）投用效果。

物料輸送系統(tǒng)改造完成后運(yùn)行效果良好，崗位粉塵濃度低于5 mg/m3，外排煙氣含塵濃度均小于10 mg/m3，除塵效果達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

采用節(jié)能環(huán)保輸送產(chǎn)品后，新舊系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能對(duì)比如表5所示。

表5 新舊系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能對(duì)比

采用系統(tǒng)后，年節(jié)省設(shè)備運(yùn)行電費(fèi)320萬(wàn)元。采用節(jié)能環(huán)保輸送產(chǎn)品，燒結(jié)礦和焦炭成品率年增效約80萬(wàn)元。原燒結(jié)礦年供應(yīng)量189 萬(wàn)t，成品率提高0.15%，年節(jié)約量2 840 t，成品礦返回?zé)Y(jié)的費(fèi)用約150 元/t，年經(jīng)濟(jì)效益增效43萬(wàn)元。原焦炭年供應(yīng)量53 萬(wàn)t，成品率提高0.15%，年節(jié)約量795 t，成品焦與碎焦的差價(jià)費(fèi)用約為450 元/t，年經(jīng)濟(jì)效益增效約為36萬(wàn)元。

（4）優(yōu)點(diǎn)。

各皮帶機(jī)落料點(diǎn)采用全密封環(huán)保導(dǎo)料槽，產(chǎn)塵點(diǎn)形成內(nèi)外雙側(cè)密封，消除單層結(jié)構(gòu)的易泄露缺陷；采用分段控制，每段全密封環(huán)保導(dǎo)料槽可包含2～4個(gè)落料點(diǎn)，每段獨(dú)立為一個(gè)空間，可有效確保負(fù)壓損失少。

各除塵點(diǎn)采取常開(kāi)工作模式，保證除塵管網(wǎng)的流暢穩(wěn)定；全密封環(huán)保導(dǎo)料槽內(nèi)外雙層密封結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)外雙側(cè)封閉空間，粉塵外溢需克服內(nèi)外雙層氣體阻力，在內(nèi)層保證一定負(fù)壓，可實(shí)現(xiàn)良好的收塵效果。

良好的密封以及除塵點(diǎn)較落料點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)大顆粒粉塵自沉降，減少管道磨損和消除大顆粒沉降堵管；配備的阻尼減壓裝置可實(shí)現(xiàn)卸料過(guò)程中產(chǎn)生的壓力通過(guò)裝置進(jìn)行降壓以及通過(guò)過(guò)濾窗外泄，消除壓力富集。

配備的靜電吸塵濾簾能夠減少外吸入的野風(fēng)，對(duì)物料表面的浮塵進(jìn)行過(guò)濾；在落料點(diǎn)位置設(shè)置的物料對(duì)中裝置，能夠?qū)⑿读线^(guò)程中的物料歸到皮帶機(jī)中心，減少物料對(duì)空氣的擾動(dòng)，從源頭減少粉塵的產(chǎn)生；托輥在封閉結(jié)構(gòu)之外，在實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶機(jī)全密封的同時(shí)為日常生產(chǎn)維護(hù)創(chuàng)造了便利。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新型固體物料節(jié)能環(huán)保輸送系統(tǒng)在控制料流軌跡提高成品率和降低除塵風(fēng)量以及除塵風(fēng)量平衡方面具有顯著價(jià)值，符合國(guó)家大力提倡的降低能耗、減少污染的節(jié)能減排要求，具有較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。