昆鋼B 型料場揚塵綜合治理應用探析

陶傳昌 王志富 侯林坤 蘇寶 謝志剛

（昆明鋼鐵控股有限公司煉鐵廠）

1 前言

昆鋼煉鐵廠B 型料場（原礦石料場）始建于2010 年，于2011 年11 月投入使用，共設有700 m×60 m 的兩個料條，由三臺額定取料量為1 200 t/h 的斗輪式堆取料機搭載三條地面膠帶進行堆取料作業(yè)。初期建設屬于露天物料堆場，主要堆存粉礦、精礦、白云石等燒結(jié)生產(chǎn)物料及球團礦南非塊等高爐冶煉所需物料，場地內(nèi)配備的環(huán)保設施主要為料條兩側(cè)的60 支高壓水槍及兩臺增壓泵為主；2021 年隨著本部環(huán)保搬遷轉(zhuǎn)型二期綜合料場項目建設，原礦石堆場在露天料場的基礎上增加網(wǎng)架和氟碳面漆金屬壓型鋼板封閉結(jié)構(gòu)成為大棚室內(nèi)堆場改型為B 型料場，原物料堆存職能也因工藝要求做出較大調(diào)整，主要堆存球團礦、焦炭、燒結(jié)礦等塊狀物料；物料含粉率、含塵量明顯增加，在風力的作用和堆取料機作業(yè)過程中產(chǎn)生高度落差的情況下，往往會產(chǎn)生大量粉塵，不僅給企業(yè)帶來造成物料風蝕的損失和嚴重的環(huán)境管控壓力，更是影響到職工的身心健康。實際生產(chǎn)中一直存在配套環(huán)保設備設施數(shù)量不足、作業(yè)過程中揚塵較大，管控困難等問題，存在較大的揚塵外溢環(huán)保風險。

針對這些問題，煉鐵廠環(huán)保管理領導小組從生產(chǎn)實際出發(fā)，結(jié)合昆鋼公司對無組織排放管控的相關要求，采取一系列措施對現(xiàn)場進行環(huán)境進行升級改造，在大棚增設環(huán)保設備設施進行優(yōu)化處理，有效實現(xiàn)了揚塵不外溢、內(nèi)部可管控、拉運過程再鞏固的良好作業(yè)環(huán)境，緩解了環(huán)保和生產(chǎn)的雙重壓力，很大程度改善了員工的作業(yè)環(huán)境。

2 采取的主要措施-設置防風抑塵墻

2.1 防風抑塵墻工作原理

“防風抑塵網(wǎng)”又被稱做“防風網(wǎng)障”或“防風抑塵墻”，廣泛應用歐美、日本等發(fā)達地區(qū)，因其抗風能力強、運行效果好，近幾年在國內(nèi)眾多廠礦企業(yè)也開始推廣應用。其主要制作材料為新型復合材料，參照空氣動力學相關原理，以風洞實試驗為依找到最佳的結(jié)構(gòu)設計參數(shù)，根據(jù)需要在專業(yè)工廠加工成多種尺寸的網(wǎng)裝板，再拉運到使用現(xiàn)場組裝成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使用現(xiàn)場組裝好的這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)稱作“防風抑塵網(wǎng)”[2]其應用于以下場景：①鋼鐵廠、焦化廠、煤礦、發(fā)電廠、礦物加工廠等企業(yè)的物料堆場；②具備物料存儲條件的港口碼頭；③有露天物料堆場的鋼鐵、建材、水泥等企業(yè)；④大型建筑工地、會產(chǎn)生揚塵的道路兩側(cè)。

根據(jù)國內(nèi)某礦石料場大型網(wǎng)架大棚的建設經(jīng)驗和對物料起塵量的研究數(shù)據(jù)[3]。

2.1.1 風速與料堆起塵量

料堆起塵主要分為兩大類[3]：堆料和取料過程中的產(chǎn)生的動態(tài)起塵和物料堆場表面的靜態(tài)起塵。動態(tài)起塵主要關聯(lián)于堆取料作業(yè)過程中產(chǎn)生的物料落差及裝卸強度。靜態(tài)起塵主要取決于作業(yè)環(huán)境、物料表面含水量、風速等。在散料堆場中，起塵的必要條件是外界風速的風力使物料堆表面的顆粒產(chǎn)生的向上遷移的力大于自身重力和顆粒之間相互的摩擦力以及其他阻礙顆粒遷移的外力之和時，料堆表面顆粒物才會隨風帶起離開堆堆表面漂浮而起產(chǎn)生揚塵。

風速與料堆起塵量之間的關系根據(jù)物料堆表面粉塵擴散規(guī)律的試驗來研究如圖1 所示：

圖1 氣流通過擋風抑塵墻平面示意圖

料堆起塵量與風速的關系式：

Q=a（V-V0）

式中：Q——料堆起塵量；

a——粉塵粒度分布相關系數(shù)；

V——風速；

V0——起塵風速；

從公式可以得出結(jié)論，風速差（V-V0）的高次方與物料堆的起塵量大小Q 是成正比關系的。所以，減少起塵的有效方法是降低現(xiàn)場實際風量。

要降低物料的起塵量Q，就要想辦法降低“V-V0”的差值。設置防風抑塵網(wǎng)可以將風速V變小，從而達到減少Q(mào) 的目的。由此可見使用防風抑塵網(wǎng)是一種減少物料堆場起塵量行之有效的技術措施。

2.1.2 風動能損失量與料堆起塵量大小的關系

目前，擋風抑塵墻分為兩類，其中有孔的擋風抑塵墻是指在墻面上開圓形和長條形孔洞的稱為有孔擋風墻，未在墻體開孔的則稱為無孔擋風墻。根據(jù)綜合料場物料物料揚塵治理多年的經(jīng)驗，B 型料場來流風速度為3.2 m/s。使用無孔擋風墻后，150 m 以內(nèi)的風速可降低至0.6 m/s～2 m/s 以內(nèi)。風流通過無孔擋風墻后改變風向，部分余風從墻體上不進入物料堆場，但風力變得穩(wěn)定、均勻，能量大幅降低的微風平直地流動，其動能遠遠小于物料顆粒自身重力和顆粒之間相互的摩擦力以及其他阻礙顆粒遷移的外力之和。

安裝無孔防風墻可使150 m 以內(nèi)風速和風力能量值大幅降低[3]，但由于其安裝成本較高且風流經(jīng)過后易形成渦旋影響防塵效果。故在實際生產(chǎn)施工設計中僅在某些特定場景中使用。

當采用無孔擋風墻時，風壓與料堆的共存關系見圖2：

圖2 采用無孔擋風墻后風向示意圖

從圖3 中可以看出，當Pa ＞Pb 或Pc ＞Pd，A 區(qū)域或B 區(qū)域就會形成低壓區(qū)，隨著風向往下運動，B 區(qū)形成渦流，上升風力帶動物料顆粒形成揚塵。

圖3 采用有孔擋風墻后風向示意圖

當采用有孔擋風墻時風壓與料堆的共存關系見圖3：

如圖4 所示，在A 區(qū)域風壓均等，穿過抑塵網(wǎng)空洞后減弱風速V2遠遠小于原始風速V1，同時小于起塵臨界風速。

圖4 防風板開孔率與防風效果（風速比）關系圖

B 區(qū)風壓大幅下降，不再會反彈形成渦流風，從而沒有垂直氣流及強湍流抗動，減少了物料場產(chǎn)生揚塵，大大減少了揚塵產(chǎn)生的多種不利影響。

2.1.3 抑塵效果與開孔率的關系

防風板孔洞面積與擋風墻總面積比值稱為抑塵網(wǎng)的開孔率，是選擇防風網(wǎng)的重要參數(shù)。其關系圖如圖4、圖5 所示。

圖5 不同開孔率的防風板前后風速比分布圖

根據(jù)圖5 和圖6 兩個風洞試驗得出[1]，防風板的開孔率直接關系到原始風速、風量通過防風網(wǎng)后的降低量。當防風網(wǎng)的開孔率在30～50 %期間通過防風網(wǎng)后的風速、風量較小，可以得到較好的防風效果；當開孔率在40～44 %期間時，通過防風網(wǎng)后的風速、風量下降區(qū)域達到峰值，風流再附距離最遠，可以達到30～50 倍網(wǎng)高度的距離，但是存在在網(wǎng)后10 倍網(wǎng)高距離的風速的減低不明顯的情況。

圖6 ZWP 型-智能霧炮霧炮在B 型料場布置示意圖

2.2 防風抑塵墻應用實踐

2021 年6 月，昆鋼本部轉(zhuǎn)型搬遷項目推進，二期綜合料場建設項目同步啟動，新建設C 型料場主要用于堆存粉狀物料，原礦石料場堆存的燒結(jié)造堆精礦、粉礦遷移至C 型料場存放；礦石料場增設網(wǎng)架大棚（見圖7）改型為B 型料場，同時在大棚網(wǎng)架底部區(qū)域兩側(cè)加裝防風抑塵網(wǎng)和抑塵霧炮等環(huán)保裝置。因其生產(chǎn)職能同步發(fā)生改變，主要用于堆存球團礦、焦炭、塊礦、燒結(jié)礦等含塵量較高的物料。在優(yōu)化場地結(jié)構(gòu)布局，減少不可抗力對物料理化性質(zhì)影響的同時也對區(qū)域環(huán)境污染控制提出了更高的要求。

圖7 料堆高壓水槍噴淋降塵

在B 型料場封閉工程建設方案中：現(xiàn)場采用780 m×147 m×50 m 的網(wǎng)架大棚對原堆場的兩個料條進行了全面封閉，大棚網(wǎng)架邊緣與料場水平面約4 米高的區(qū)域無法覆蓋，風流會通過該區(qū)域進入對物料進行侵蝕造成流失浪費，根據(jù)大型網(wǎng)架大棚的建設經(jīng)驗和對物料起塵量的研究，采用抑塵網(wǎng)對該區(qū)域進行封閉處理。根據(jù)昆鋼草鋪B型料場區(qū)域物料堆存狀況和實際風速情況，選擇開孔率為40～44 %防風網(wǎng)時物料場上風向的防風率最佳，原始風通過網(wǎng)后的風速、風量下降效果明顯，風流再附距較長，即避護范圍較大。

結(jié)合B 型料場堆存物料含水量低、易分散、漂浮流動性強的特殊性，建設后期在原孔隙率為40 mm 的干性抑塵網(wǎng)基礎上增加了二次柔性抑塵網(wǎng)，取得了較好的抑塵效果。

3 采取的輔助措施

3.1 抑塵霧炮

抑塵霧炮是大棚物料堆場管控揚塵的重要手段，智能霧炮是將水轉(zhuǎn)化成水霧的一種凈化空氣抑塵設施，它的原理是通過噴霧口特制的多層環(huán)形噴圈和高壓霧化系統(tǒng)，將常態(tài)水或者其他混合溶液霧化成尺寸在20～150 μm 大小的水霧顆粒，通過高速風機加速后大面積擴散，微小的霧粒大量聚集并漂浮于空氣中形成白色云霧氣，其顆粒及細小表面張力基本為零，在飄散過程中把空氣中的PM2.5 和PM10 粉塵顆粒迅速吸附后聚合在一起最后沉降到料堆表面，達到抑塵的目的。

根據(jù)B 型料場的料條分布和霧炮的設備參數(shù)指標，結(jié)合實際生產(chǎn)過程中物料的堆存計劃和物料性質(zhì)，在料場南北兩側(cè)分別設置了6 臺工作射程80 米的ZWP-80 型智能霧炮（如圖6 所示），兩臺霧炮間距約為100 米，基本實現(xiàn)整個料場噴淋全覆蓋。

3.2 噴淋抑塵

通過噴槍噴頭的自動旋轉(zhuǎn)，把高壓水均勻地噴灑到堆存物料的上空，在空氣中的水在下落過程中形成水滴，到達料堆表面后潤濕物料，通過水分子的附著力將細微物料粘結(jié)在一起，增加了物料的自身重量，減少因風力作業(yè)導致的揚塵。噴淋抑塵技術通常用于長期堆放的物料，因其會增加物料的成球性和含水量，不適合流動性的物料堆，目前主要應用于鋼鐵廠、采礦場、火力發(fā)電廠、港口碼頭等有物料堆場揚塵嚴重的工業(yè)企業(yè)當中。在B 型料場改造建設中，分別在料條兩側(cè)生產(chǎn)水管道上增設了25 個PX50 的高壓旋轉(zhuǎn)水槍，水流通過槍頭后會根據(jù)物料的堆存高度和長度自動調(diào)整噴射距離和旋轉(zhuǎn)角度（如圖7 所示），實現(xiàn)料堆表面的全面潤濕。

3.3 膠帶機自動灑水裝置

通過上述環(huán)保管控措施的配合實施，基本可以控制住將堆取料過程中產(chǎn)生的揚塵進行有效控制，為了確保在膠帶機物料拉運過程中揚塵不會隨料流外溢，在膠帶進料和出料口上游均加裝自動及手動灑水裝置；對容易產(chǎn)生揚塵的物料在進出料場前提前潤濕，降低物料揚塵概率。目前已在B 型料場涵蓋的三條膠帶流程進料端導料槽出口及出料端下料漏斗口上方約600 mm 處增加霧化噴淋頭6 個（如圖8 所示），與膠帶系統(tǒng)料流感應器聯(lián)鎖，在物料通過時自動打開噴淋裝置以到達降塵目的。

圖8 膠帶流程進料端導料槽出口及出料端霧化噴淋

4 生產(chǎn)實踐效果

改造完成后的B 型料場各環(huán)保設備經(jīng)過調(diào)整優(yōu)化和試運行，于2022 年7 月正式投入生產(chǎn)使用，配合生產(chǎn)工藝技術調(diào)整優(yōu)化，抑塵效果反應明顯，B 型料場物料風蝕、揚塵控制困難等問題得到有效解決，整個物料堆場的作業(yè)環(huán)境明顯提升改善。表1 為2021年與2022 年煉鐵廠B 型料場環(huán)保設施投入前后工作場所職業(yè)病危害因素檢測評價結(jié)果數(shù)據(jù)對比情況。

表1 煉鐵廠原料作業(yè)區(qū)B 型料場工作場所職業(yè)病危害因素檢測評價結(jié)果

隨著環(huán)保設備設施的逐步投入生產(chǎn)實踐，相應域內(nèi)的作業(yè)環(huán)境逐步發(fā)生改善。分析認為，環(huán)保管控措施的逐項投入，依次從減少自然環(huán)境影響、揚塵棚內(nèi)集中管控、內(nèi)部粉塵集中壓制，外部流程噴淋鞏固等方式強化抑塵效果，生產(chǎn)環(huán)境的逐步改善充分證明了環(huán)保措施的選擇的合理性和環(huán)保管控多措并舉的必要性。通過B 型大棚揚塵管控，生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境有明顯改善（見圖9）。

圖9 揚塵管控措施實施前后對比

5 結(jié)論

為了昆鋼B 型料場揚塵綜合治理，結(jié)合實際對原露天物料堆場進行了大棚封閉，降低自然不可抗力的影響，再通過調(diào)整生產(chǎn)工藝，將物料按生產(chǎn)需求結(jié)合物料化學性質(zhì)、產(chǎn)塵量等因素進行分類定置堆存和使用；再配合對B 型料場的防風抑塵網(wǎng)、抑塵霧炮、料堆和膠帶噴淋裝置等進行同步改造后，B 型料場粉塵得到有效控制，粉塵濃度檢測由6.3 mg/m3到1.6 mg/m3，充分改善生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，降低了環(huán)保風險，為大棚堆場的揚塵治理提供了實際指導意義。