鋼鐵企業(yè)全密封迷宮導(dǎo)料槽的研究與應(yīng)用

徐藝澤

（河鋼唐鋼新區(qū)設(shè)備管理部，河北 唐山 063000）

1 背景及必要性

鋼鐵企業(yè)普遍存在大量原、燃料從原料場、燒結(jié)廠、球團(tuán)廠及焦化廠輸送到高爐礦槽的過程中，路徑復(fù)雜、轉(zhuǎn)載次數(shù)多以及移動受卸料，過程中產(chǎn)生大量的粉塵。傳統(tǒng)的密封和收塵方式存在密封不嚴(yán)、收塵效果極差、管道磨損嚴(yán)重、需求風(fēng)量大等諸多問題，儼然成為很多鋼鐵廠固體物料輸送單元的共性問題。同時(shí)由于鋼鐵企業(yè)無組織塵源數(shù)量多、分布廣、陣發(fā)性強(qiáng)，與生產(chǎn)關(guān)系密切且難以進(jìn)行有組織收塵。粉塵的成分多樣化，粉塵與水的結(jié)合性差，很多粉塵采用普通的干霧抑塵難以達(dá)到有效的抑塵。

國家2015年1月1日起實(shí)施了《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》，河北省于2018年9月發(fā)布了《鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 13/2169-2018）。在當(dāng)前的環(huán)保高壓態(tài)勢下，鋼鐵企業(yè)物料輸送、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中仍存在諸多環(huán)保問題，根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的實(shí)際情況及環(huán)保指標(biāo)要求，皮帶除塵治理已迫在眉睫。

2 粉塵控制理念

除塵系統(tǒng)應(yīng)從以下三點(diǎn)進(jìn)行研究解決：

（1）如何減少塵的產(chǎn)生或者降低含塵煙氣量，這是除塵的核心問題，只有塵少產(chǎn)生才是從根本上解決問題。

（2）如何將含塵煙氣密封在一定空間，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；這就要求在產(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空間。

（3）如何實(shí)現(xiàn)用最小的風(fēng)量或者最經(jīng)濟(jì)的手段將含塵煙氣通過引風(fēng)機(jī)抽到除塵器或者其他凈化設(shè)備進(jìn)行凈化處理，以達(dá)到環(huán)保要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 研究要點(diǎn)及方向

圍繞鋼鐵企業(yè)當(dāng)前皮帶除塵問題，在粉塵產(chǎn)生源頭、工藝設(shè)備產(chǎn)塵特點(diǎn)、粉塵特性等方面進(jìn)行研究開發(fā)：

（1）開展氣固耦合模擬，根據(jù)粉塵的氣體動力學(xué)特性，開發(fā)出全密封迷宮導(dǎo)料槽，采取多重迷宮密封，配備受料點(diǎn)料流歸中裝置以及組合式降塵濾塵裝置，實(shí)現(xiàn)粉塵動能自我衰減、大顆粒自沉降、多個(gè)產(chǎn)塵點(diǎn)合并為一點(diǎn)除塵，達(dá)到超低風(fēng)量收塵且大幅度減少生產(chǎn)維護(hù)量。

（2）開發(fā)出多功能控速溜槽，控制物體物料在轉(zhuǎn)運(yùn)、卸料過程中維持一定速度，減少料間碰撞和著陸碰撞，從源頭上減少粉塵產(chǎn)生。

（3）除塵點(diǎn)數(shù)量的減少可極大的降低除塵風(fēng)量；多層迷宮密封結(jié)構(gòu)及組合降塵裝置可減少負(fù)壓損失，降低除塵風(fēng)量，減小風(fēng)機(jī)電機(jī)功率，從而降低除塵器運(yùn)行電量消耗。

（4）固體物料轉(zhuǎn)運(yùn)、卸料環(huán)節(jié)的有組織除塵和無組織抑塵是各鋼鐵廠面臨的共性問題。在傳統(tǒng)的方式是采用大風(fēng)量，由于粉塵特點(diǎn)，大風(fēng)量易導(dǎo)致除塵管道和布袋磨損，運(yùn)行維護(hù)頻繁且運(yùn)行電費(fèi)高，不能從粉塵產(chǎn)生的源頭進(jìn)行控制；傳統(tǒng)的移動通風(fēng)槽對于移動卸料除塵收效甚微，無法達(dá)到目前的環(huán)保要求；鑒于大部分粉塵的親水性較差，傳統(tǒng)方式的無組織抑塵采用的霧炮或者普通干霧抑塵的實(shí)際抑塵效果差。

（5）從粉塵源頭進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)粉塵的高效密閉以及采用最經(jīng)濟(jì)的風(fēng)量實(shí)現(xiàn)收塵效果；從粉塵自身的特性出發(fā)，研究快速抑塵方法是開發(fā)此產(chǎn)品必須突破的關(guān)鍵技術(shù)。

4 功能及創(chuàng)新

（1）將物料從卸料、轉(zhuǎn)運(yùn)到受料的整個(gè)過程控制在密封空間進(jìn)行。

（2）實(shí)現(xiàn)根據(jù)物料特性和輸送結(jié)構(gòu)形式要求，通過仿真模擬，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。

（3）有三個(gè)關(guān)鍵設(shè)備配置：控速溜槽、密封導(dǎo)料槽、單體高效除塵器，通過這三個(gè)裝置，物料可更加密閉、平緩、穩(wěn)定的進(jìn)行輸送和轉(zhuǎn)運(yùn)，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)。

5 關(guān)鍵技術(shù)及主要設(shè)備

5.1 控速溜槽

膠帶機(jī)在轉(zhuǎn)運(yùn)物料過程中，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)。在此過程中，高度較高的轉(zhuǎn)運(yùn)過程重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，物料會因拋落、撞擊而部分粉化，粉化程度取決于物料本身性能、物料運(yùn)動狀態(tài)及物料運(yùn)送空間形狀，而物料粉化是粉塵產(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)出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；同時(shí)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過程的擾動，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≥4.5m的工況下考慮配置，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工況，通過三維建模，設(shè)計(jì)成多曲面空間結(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)，可有效提升成品率0.1%～0.3%，對于一個(gè)中等規(guī)模的鋼鐵企業(yè)，在燒結(jié)礦和焦炭的應(yīng)用方面，年經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀[1]。

圖1 控速溜槽及密封導(dǎo)料槽效果圖

5.2 密封導(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，同時(shí)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，并在導(dǎo)料槽前端設(shè)置除塵罩，接除塵管道將轉(zhuǎn)運(yùn)中產(chǎn)生的粉塵抽走。由于普通導(dǎo)料槽較為粗獷的半封閉結(jié)構(gòu)形式以及傳統(tǒng)膠帶機(jī)的托輥布置形式結(jié)構(gòu)限制，造成了普通導(dǎo)料槽無法和膠帶之間形成良好的密封，最終導(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，目前普遍采用加大除塵風(fēng)量來解決此問題，但存在三點(diǎn)問題：其一，對于除塵灰、皂土、粉煤灰等堆比重較小的物料，加大除塵風(fēng)量會導(dǎo)致將物料本身抽走，造成損耗；其二，增大風(fēng)量后，整個(gè)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；其三，在多點(diǎn)除塵系統(tǒng)中，往往形成近風(fēng)機(jī)點(diǎn)風(fēng)量較大，遠(yuǎn)風(fēng)機(jī)點(diǎn)基本無風(fēng)的尷尬局面[2]。

新型密封導(dǎo)料槽，通過仿真模擬密閉空間物料運(yùn)動過程中空氣動力場和壓力場的特點(diǎn)，以及粉塵在多相迭加作用下的運(yùn)動軌跡，設(shè)計(jì)了自降塵密封導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)形式，通過改變導(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，同時(shí)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，最終靠自身重力落入運(yùn)送物料中，達(dá)到自降塵的效果。密封導(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，并且保證了多除塵點(diǎn)設(shè)置時(shí)各個(gè)除塵點(diǎn)風(fēng)量的平衡。

圖2 全密封迷宮導(dǎo)料槽

6 取得的成果

形成固體物料轉(zhuǎn)運(yùn)、卸料的高效節(jié)能環(huán)保型系統(tǒng)解決方案，在實(shí)現(xiàn)環(huán)保達(dá)標(biāo)的同時(shí)帶來巨大節(jié)能效益，在某企業(yè)原料、燒結(jié)、球團(tuán)系統(tǒng)已成功實(shí)施，該項(xiàng)成果總體技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。從粉塵源頭治理，實(shí)現(xiàn)向環(huán)保要效益的技術(shù)路徑，為鋼鐵工序固體物料輸送單元的有組織除塵、無組織抑塵提供了一種高效、節(jié)能、環(huán)保的系統(tǒng)解決方案[3-5]。

全密封迷宮導(dǎo)料槽的使用，可大幅度減少物料輸送中破碎，提高成品率，提高機(jī)構(gòu)密封效果降低溢塵的同時(shí)減少風(fēng)量，減少風(fēng)量的同時(shí)減少被塵氣帶走的物料含量，更好的降低污染物外排，改善生產(chǎn)環(huán)境空氣質(zhì)量。同比傳統(tǒng)工藝裝備，在投資和運(yùn)行成本方面也具有很大的競爭優(yōu)勢。隨和環(huán)保態(tài)勢日益嚴(yán)苛、超低排放和崗位粉塵濃度指標(biāo)的要求提高，該技術(shù)和產(chǎn)品具有非常大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。