典型鋼鐵原料場在不同風(fēng)向下的源強(qiáng)仿真研究

劉夢 賈敏 伯鑫 張尚宣 陶迎 鐘渝 康明雄 王彤 鐘星立 李時蓓

摘要：本研究選取上海某鐵礦石料場為研究對象，采用CFD仿真模型模擬不同工況條件下原料場揚(yáng)塵排放量（起塵量）。結(jié)果表明：相同來流風(fēng)速，不同來流風(fēng)向（0°、45°和90°）情況下，安裝防塵網(wǎng)可以有效降低鐵礦石料堆表面平均風(fēng)速。其中，來流風(fēng)向為0°和90°時，添加防塵網(wǎng)可以有效降低料場起塵量，且來流風(fēng)向為90°時起塵量達(dá)最小;相反，來流風(fēng)向為45°時，添加防塵網(wǎng)對鐵礦石料場起塵量并未出現(xiàn)抑制作用。

關(guān)鍵詞：揚(yáng)塵;鋼鐵;原料場;CFD;PM2.5

中圖分類號：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）03-0-04

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.075

Simulation study on source emissions of typical iron and steel raw material field with different wind directions

Liu Meng1，Jia Min2，3，Bo Xin3，Zhang Shangxuan4，Tao Ying5，Zhong Yu5，Kang Mingxiong6，Wang Tong7，Zhong Xingli5，Li Shibei3

（1.China Classification Society Certification Company，Beijing 100006，China;2.School of Economics and Management，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China;3.Appraisal Center for Environment and Engineering，Ministry of Ecology and Environment，Beijing 100012，China;4.CISDI Chongqing Environmental Consulting Co.，Ltd.，Chongqing 400013，China;5.CISDI R&D Co.，Ltd.，Chongqing 401122，China;6.Fujian Environmental Protection Design Institute Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou Fujian 350012，China;7.Shaanxi Environmental Investigation and Assessment Center，Xian Shaanxi 710000，China）

Abstract：Taking an iron ore raw material filed in Shanghai for research object， the dust generated by the raw material field （dust emission） under different working conditions is simulated by CFD simulation model.The results show that the installation of dust-proof net can effectively reduce the mean wind speed on the surface of the iron ore raw material filed under the same wind speed and different wind directions （0°， 45° and 90°）.When the incoming wind direction is 0° and 90°， installing dust-proof net can effectively reduce the dust emission of the material field and the dust emission reached the minimum when the incoming wind direction is 90°.On the contrary， installing dust-proof net did not reduce the dust emission in the iron ore material field when the incoming wind direction is 45°.

Key words：Dust;Iron and steel;Raw material filed;CFD;PM2.5

中國是鋼鐵生產(chǎn)大國，自1996年粗鋼產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一[1]。與發(fā)達(dá)國家相比（短流程電爐煉鋼為主）， 中國主要以長流程煉鋼為主（主要工序包括原料場、燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、高爐、轉(zhuǎn)爐、電爐、軋鋼等） [2]。由于無組織排放源影響因素復(fù)雜，中國鋼鐵企業(yè)無組織排放呈現(xiàn)出高污染[3， 4]、難控制[3]等特點(diǎn)。原料場作為重要的無組織排放源之一，其排放對環(huán)境造成較大影響[5]。因此，為準(zhǔn)確摸清中國鋼鐵行業(yè)大氣污染物排放底數(shù)，厘清鋼鐵企業(yè)重點(diǎn)排污環(huán)節(jié)，開展鋼鐵企業(yè)無組織源強(qiáng)（原料場等）排放研究至關(guān)重要。

近年來，中國逐步加強(qiáng)對鋼鐵行業(yè)無組織排放源（原料場等）控制水平。鋼鐵行業(yè)現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)[6-9]中明確規(guī)定鋼鐵企業(yè)無組織排放濃度限值，推動鋼鐵企業(yè)無組織排放源頭治理。2018年6月，國務(wù)院進(jìn)一步發(fā)布《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》[10]，明確提出強(qiáng)化鋼鐵等重點(diǎn)行業(yè)無組織排放管控力度，深度治理企業(yè)重點(diǎn)無組織排放節(jié)點(diǎn)（物料存儲等）。2019年4月，中國頒布《關(guān)于推進(jìn)實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》[11]，要求全面加強(qiáng)企業(yè)無組織排放控制水平，全方位減少煙粉塵等外溢排放。作為鋼鐵生產(chǎn)大?。?018年占全國粗鋼產(chǎn)量25.56%），河北在率先實施超低改造的情況下，在《河北省鋼鐵、焦化、燃煤電廠深度減排攻堅方案（驗收標(biāo)準(zhǔn)）》（冀氣領(lǐng)辦〔2018〕156號）[12]中詳細(xì)規(guī)范了鋼鐵企業(yè)無組織排放源超低改造治理標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制鋼鐵行業(yè)無組織排放總量。然而，在鋼鐵行業(yè)無組織排放核算方面，仍存在研究方法參差不齊、排放核算不確定性大等問題。目前鋼鐵行業(yè)無組織排放核算主要有采取系數(shù)法和類比法。2017年4月《排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范-鋼鐵工業(yè)》[13]中提出對鋼鐵行業(yè)無組織排放采用產(chǎn)污系數(shù)法，并給出鋼鐵原料系統(tǒng)排污系數(shù);次年3月，中國頒布《污染源源強(qiáng)核算技術(shù)指南 鋼鐵》[14]，推薦采用類比法核算無組織排放。上述方法均未考慮不同企業(yè)原料場由于空間尺度、流動風(fēng)速和風(fēng)向等因素不同帶來揚(yáng)塵排放差異。在2014年底發(fā)布的《揚(yáng)塵源顆粒物排放清單編制技術(shù)指南（試行）》[15]中，雖然規(guī)定了根據(jù)不同風(fēng)速、含水量核算排污系數(shù)的方法，但并未考慮不同風(fēng)向?qū)o組織排放的影響。另外，國內(nèi)外研究學(xué)者針對鋼鐵行業(yè)無組織排放核算開展了部分研究，已有研究中多采用系數(shù)法核算企業(yè)無組織排放，例如Wu[16]、朱明奕[5]、郭健[17]和孫威[18]等，伯鑫等[19] 采用SCREEN3估算模式分析鋼鐵企業(yè)原料場揚(yáng)塵在不同風(fēng)速下的擴(kuò)散規(guī)律。上述研究均未考慮不同風(fēng)向?qū)︿撹F原料場起塵量的影響，結(jié)果存在一定不確定性，無法準(zhǔn)確核算鋼鐵企業(yè)原料場無組織排放總量。

3 結(jié)論

（1）本研究表明，相同來流風(fēng)速，不同來流風(fēng)向（0°、45°和90°）情況下，安裝防塵網(wǎng)可以有效降低鐵礦石料堆表面平均風(fēng)速。

（2）相同來流風(fēng)速下，來流風(fēng)向為0°和90°時，添加防塵網(wǎng)可以有效降低料場起塵量，且來流風(fēng)向為90°時起塵量減排幅度最大;相反，來流風(fēng)向為45°時，添加防塵網(wǎng)鐵礦石料場起塵量并未出現(xiàn)抑制作用，主要由于有防塵網(wǎng)時料堆表面局部高速區(qū)更多。

（3）結(jié)合鐵礦石料場常年風(fēng)向、風(fēng)速以及相關(guān)工況條件，對料場無組織排放進(jìn)行CFD仿真模擬，可準(zhǔn)確掌握企業(yè)不同工況條件下無組織排放水平，為企業(yè)未來無組織排放源控制減排提供依據(jù)。本研究結(jié)論也可借鑒到其他行業(yè)原料場防風(fēng)抑塵設(shè)計（例如碼頭料場等）、鋼鐵排放清單無組織源強(qiáng)研究[21-22]等。

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收稿日期：2020-02-24

基金項目：國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2016YFC0208101）;大氣重污染成因與治理攻關(guān)項目（DQGG0209-07、DQGG0304-07）;生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評估中心創(chuàng)新科研項目（2019-10）

作者簡介：劉夢（1983-），女，碩士研究生，工程師，研究方向為環(huán)境管理和環(huán)境影響評價。

責(zé)任作者：鐘星立，高級工程師;李時蓓，研究員。