煤焦化公司火車裝焦除塵方式分析及優化

張玉錦，胡 笳，沈恒根

（安徽欣創節能環保科技股份有限公司，安徽馬鞍山 243000）

1 工程概況及模型建立

1.1 物理模型

馬鋼煤焦化公司篩焦樓一層火車裝焦除塵系統如圖1（a）和（b）所示，在每個卸料口兩側設置雙側吸氣罩，罩口尺寸為6000m m×600m m，罩口中心安裝高度距火車車廂頂沿2400m m。當有卸料口卸料時，打開其兩側的排風罩閥門，抽吸含塵氣流。整個系統設計風量為200000m3/h，原設計方案為篩焦樓同時開3個卸料口工作，除塵系統對應打開6個排風罩進行塵源控制，但實際應用中系統風量偏小，控制效果較差，故現在同時只開1個卸料口工作，即一次開該卸料口左右2個排風罩進行塵源控制。

1.2 數學模型及邊界條件

對物理模型進行簡化并進行網格劃分，如圖2所示。湍流模型同樣選擇R N G模型[1]，兩相流模型選擇拉格朗日離散相模型[2]，含塵濃度為15g/m3，第二相焦粉粒徑取揚塵的質量中位徑40μm。

由于是開放性塵源，環境橫向風對塵流運動影響很大[3，4]，迎風面1定義為速度入口，分別模擬橫向風速為1m/s和3m/s時對排風罩捕集效果的影響；排風罩罩口2定義為速度出口，根據風量和罩口面積可算得抽風速度為7.7m/s；根據現場測試，塵流以平均0.8m/s的速度從車廂頂沿向上逸出，故定義車廂頂沿平面5為塵流出口；卸料口3和背風面4定義為出流邊界。

圖2 模型網格劃分

2 模擬結果與分析

對馬鋼煤焦化公司火車裝焦現有通風除塵系統在1m/s和3m/s的橫向風影響下的控制效果進行模擬和分析。

2.1 橫向風1m/s時的控制效果

環境橫向風為1m/s時，篩焦樓打開1個卸料口工作，其兩側排風罩基本可以完全捕集火車裝焦時產生的揚塵，如圖3（a）所示。另外，由于橫向風的作用，迎風面一側排風罩從周圍環境吸入的空氣量較背風面一側多，因此捕集的塵流較少，而背風面一側排風罩吸入的周圍環境空氣量較少，捕集的塵流較多，如圖3（b）空氣流線圖所示。

2.2 橫向風3m/s時的控制效果

當環境橫向風增大到3m/s時，它對顆粒的運動軌跡影響很大，塵流向背風面移動，部分被背風側的排風罩捕集，部分則外逸到外界環境中，捕集效率約50%，如圖4（a）所示。迎風側的排風罩大量抽吸周圍環境空氣，沒有起到對塵流的捕集作用，如圖4（b）所示，此時通風除塵系統對塵源的控制效果較差，外逸嚴重。

2.3 模擬結果的可靠性驗證

目前現場控制效果基本和模擬結果一致，如圖5（a）和（b）所示，當橫向風速較小時，基本可以實現對揚塵的控制，當風速較大時，則揚塵外逸嚴重，說明數值模擬結果可靠，且環境橫向風對除塵系統捕集效果的影響很大。可見，需要采取措施抑制環境橫向風的影響。

3 改進措施

本文通過在排風罩下部至車廂四周頂沿平面懸掛膠簾的措施來抑制環境橫向風的作用，即將圖2中的迎風面1和背風面4設置為壁面邊界條件，并根據焦化廠原方案同時開啟3個卸料口6個排風罩工作。系統風量不變，每個排風罩風量為總風量的1/6即33000m3/h，再對其進行流場模擬。

圖6為加上擋風膠簾后排風罩對塵流的控制效果，從圖中可見，塵流大部分被上部兩側的排風罩抽走，只有一小部分從下部車廂邊壁與膠簾的間隙中逸出，模擬得捕集效率可達95.9%，基本實現對塵源的完全捕集。

通過上述分析可見，膠簾不僅可以抑制環境橫向風的影響，同時可減少除塵系統控制塵源所需的風量，實現節能減排。

圖6 改進后的顆粒運動軌跡

4 結論

（1）通過模擬馬鋼煤焦化公司火車裝焦現有通風除塵系統的控制效果，發現橫向風對系統控制效果的影響很大，在風速達到3m/s時，排風罩捕集效率只有50%，揚塵外逸嚴重。

（2）通過在排風罩下部至車廂四周頂沿平面懸掛膠簾的措施來抑制環境橫向風的作用，通過模擬發現，改進后系統無需更換風機增大風量，即可基本實現原設計方案的3個卸料口6個排風罩同時工作下塵源的完全捕集。

[1]王福軍.計算流體動力學分析[M].北京：清華大學出版社，2004.

[2]樊越勝.裝料通廊塵源控制方法的分析[J].工業安全與防塵，2001，27(5)：11-13.

[3]Rudyke V. New technological solutions in Giprokoks Institute designs of plants for dry coke quenching[J].Coke and Chemistry， 1999(7)29-30.

[4]孫一堅.工業通風[M].第3版.北京：中國建筑工業出版社，1994.