張 銘

（中冶京誠工程技術(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，散狀物料在輸送過程中如何進(jìn)一步實現(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。例如，確保物料在運輸過程中的密封性、減少物料轉(zhuǎn)運輸送過程中受高差、避免振動等造成的破碎、避免粉化等成品率下降、減少轉(zhuǎn)運產(chǎn)塵、降低捕集風(fēng)量等。

1 存在問題

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）、揚塵點密封不嚴(yán)、工藝連鎖性差（常開點多）等原因?qū)е虏凵霞安巯孪到y(tǒng)的除塵效果較差，對現(xiàn)場環(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、動能釋放空間小。

（3）單條皮帶機落料點多、除塵點多，但實際工作的點位少、不規(guī)律性；連鎖方式、管網(wǎng)頻繁波動容易引起管路堵塞，系統(tǒng)失效，不能采用；傳統(tǒng)常開方式必須大風(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，會引起粉塵外溢。

（7）傳統(tǒng)設(shè)計思路，吸塵點必須緊靠落料點和依靠大風(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題，即從根本上解決問題；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，將含塵煙氣通過引風(fēng)機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

礦槽系統(tǒng)環(huán)保創(chuàng)新設(shè)計通過仿真模擬密閉空間物料運動過程中空氣動力場和壓力場的特點以及粉塵在多相疊加作用下的運動軌跡，設(shè)計了自降塵密封導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)。通過改變導(dǎo)料槽內(nèi)部腔體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)膠帶機受料過程中物料先經(jīng)過腔體中的導(dǎo)料裝置改變動態(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，使粉塵動能不斷衰減，依靠自身重力落入運送物料中，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)生及除塵點設(shè)置數(shù)量、降低單點除塵風(fēng)量，且保證了多除塵點設(shè)置時各個除塵點風(fēng)量的平衡。

2.1 固體物料模型的建立

通過對固體物料輸送轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)的完整料間氣相和空間氣體流場模擬，實現(xiàn)固體物料在轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)減小對空氣擾動，降低含塵煙氣的產(chǎn)生量。

2.2 控制物料的流速和軌跡

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

2.3 控制物料的流量

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

2.4 流固耦合分析溜槽及導(dǎo)料槽內(nèi)部氣流

模擬顆粒在流動過程中對周邊空氣的流動的影響，以合理設(shè)置除塵吸塵點位置。通過特殊的密封導(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能外溢的效果。通過阻尼降壓器對含塵煙氣進(jìn)行再次壓力和動能衰減，含塵煙氣可通過阻尼減壓器兩側(cè)的阻尼板進(jìn)行泄壓，實現(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

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

3 產(chǎn)品開發(fā)

（1）實現(xiàn)將物料從卸料、轉(zhuǎn)運到受料的過程控制在系統(tǒng)性密封空間進(jìn)行。

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

該套產(chǎn)品有兩個相對獨立的設(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

膠帶機在轉(zhuǎn)運物料過程中，由于卸料、受料膠帶機存在一定高差，卸料膠帶機下料點和受料膠帶機受料點之間需要采用溜槽實現(xiàn)輸送。傳統(tǒng)設(shè)計中一般采用直段或斜段下料溜槽，物料從卸料膠帶機頭部漏斗拋入溜槽后，在慣性動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導(dǎo)料槽內(nèi)的帶面，完成轉(zhuǎn)運。在此過程中，高度較高的轉(zhuǎn)運過程重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，物料會因拋落、撞擊出現(xiàn)部分粉化，粉化程度取決于物料本身性能、物料運動狀態(tài)及物料運送空間形狀，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)合膠帶機帶速及落料軌跡等數(shù)據(jù)建立仿真模型，設(shè)計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，進(jìn)一步降低除塵點所需抽風(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)場實際工況，通過三維建模設(shè)計為多曲面空間結(jié)構(gòu)，使物料緩慢滑落至受料點，避免物料摔落粉化造成的成品率降低、粉化揚塵、落料沖擊導(dǎo)致受料膠帶機跑偏等現(xiàn)象。按照仿真模擬及實際使用效果統(tǒng)計，可提升成品率0.1%～0.3%，對于中等規(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，需要在受料點設(shè)置導(dǎo)料槽。傳統(tǒng)設(shè)計中一般設(shè)置普通導(dǎo)料槽，在導(dǎo)料槽前端設(shè)置除塵罩，通過除塵管道將轉(zhuǎn)運中產(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)膠帶機的托輥布置形式限制，造成普通導(dǎo)料槽無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，目前普遍通過加大除塵風(fēng)量解決此問題，但存在三點問題：針對除塵灰、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，造成初投資以及運行成本增高，不符合節(jié)能降耗的綠色發(fā)展方向；在多點除塵系統(tǒng)中，通常形成近風(fēng)機點風(fēng)量較大、遠(yuǎn)風(fēng)機點基本無風(fēng)的局面。

新型全密封迷宮環(huán)保導(dǎo)料槽通過仿真模擬密閉空間物料運動過程中空氣動力場和壓力場的特點以及粉塵在多相疊加作用下的運動軌跡，設(shè)計了自降塵密封導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)。通過改變導(dǎo)料槽內(nèi)部腔體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)膠帶機受料過程中物料先經(jīng)過腔體中的導(dǎo)料裝置改變動態(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，使粉塵動能不斷衰減，依靠自身重力落入運送物料中，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)生及除塵點設(shè)置數(shù)量、降低單點除塵風(fēng)量，保證了多除塵點設(shè)置時各個除塵點風(fēng)量的平衡。

目前該產(chǎn)品已形成B650～B2000帶寬膠帶機的全型號覆蓋，對固定可逆膠帶機以及移動配倉膠帶機也開發(fā)了相應(yīng)密封結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。導(dǎo)料槽特殊設(shè)計的密封結(jié)構(gòu)，相較于傳統(tǒng)普通導(dǎo)料槽單點受料的除塵風(fēng)量可降低25%，多點受料的導(dǎo)料槽除塵點數(shù)量可減少約1/3，單點風(fēng)量可降低20%，除塵系統(tǒng)風(fēng)量配置可降低至少30%。對于料場、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵、焦化等廠區(qū)物料轉(zhuǎn)運以膠帶機為主的工藝流程，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構(gòu)可以減少除塵點和除塵風(fēng)量，并結(jié)合穩(wěn)定的流場分布實現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)的風(fēng)量實現(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)，降低運維成本。

3.3 技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)情況

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

專利申請情況如表2所示。

表2 專利申請情況

4 實際應(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，已作為一項專有技術(shù)和特色設(shè)計面向鋼鐵企業(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)績增長突飛猛進(jìn)，

主要典型業(yè)績?nèi)绫?所示。

（1）工程簡介。

邢臺德龍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，移動通風(fēng)槽基本無負(fù)壓，物料轉(zhuǎn)運時粉塵從導(dǎo)料槽內(nèi)大量外溢，嚴(yán)重污染現(xiàn)場環(huán)境。

基于實際生產(chǎn)情況，拆除原有普通導(dǎo)料槽，重新設(shè)計配置新型節(jié)能環(huán)保物料轉(zhuǎn)運除塵系統(tǒng)，既能解決環(huán)保污染問題，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，實現(xiàn)降低生產(chǎn)運行成本、增加生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效率的目標(biāo)。

該項目整體投資比傳統(tǒng)設(shè)計改造節(jié)省220萬元，2016年10月開始實施，2017年1月正式投用。

（2）工藝設(shè)備運行參數(shù)及指標(biāo)。

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

表4 新舊系統(tǒng)運行參數(shù)對比

（3）投用效果。

物料輸送系統(tǒng)改造完成后運行效果良好，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)性能對比如表5所示。

表5 新舊系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能對比

采用系統(tǒng)后，年節(jié)省設(shè)備運行電費320萬元。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80萬元。原燒結(jié)礦年供應(yīng)量189 萬t，成品率提高0.15%，年節(jié)約量2 840 t，成品礦返回?zé)Y(jié)的費用約150 元/t，年經(jīng)濟(jì)效益增效43萬元。原焦炭年供應(yīng)量53 萬t，成品率提高0.15%，年節(jié)約量795 t，成品焦與碎焦的差價費用約為450 元/t，年經(jīng)濟(jì)效益增效約為36萬元。

（4）優(yōu)點。

各皮帶機落料點采用全密封環(huán)保導(dǎo)料槽，產(chǎn)塵點形成內(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個落料點，每段獨立為一個空間，可有效確保負(fù)壓損失少。

各除塵點采取常開工作模式，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，可實現(xiàn)良好的收塵效果。

良好的密封以及除塵點較落料點距離較遠(yuǎn)，實現(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現(xiàn)卸料過程中產(chǎn)生的壓力通過裝置進(jìn)行降壓以及通過過濾窗外泄，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)，對物料表面的浮塵進(jìn)行過濾；在落料點位置設(shè)置的物料對中裝置，能夠?qū)⑿读线^程中的物料歸到皮帶機中心，減少物料對空氣的擾動，從源頭減少粉塵的產(chǎn)生；托輥在封閉結(jié)構(gòu)之外，在實現(xiàn)對膠帶機全密封的同時為日常生產(chǎn)維護(hù)創(chuàng)造了便利。

5 結(jié)語

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值，符合國家大力提倡的降低能耗、減少污染的節(jié)能減排要求，具有較高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。