典型鋼鐵原料場在不同風向下的源強仿真研究

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塵排放量（起塵量）。結果表明：相同來流風速，不同來流風向（0°、45°和90°）情況下，安裝防塵網可以有效降低鐵礦石料堆表面平均風速。其中，來流風向為0°和90°時，添加防塵網可以有效降低料場起塵量，且來流風向為90°時起塵量達最小;相反，來流風向為45°時，添加防塵網對鐵礦石料場起塵量并未出現抑制作用。

關鍵詞：揚塵;鋼鐵;原料場;CFD;PM2.5

中圖分類號：X51 文獻標識碼：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.，Fuzhou 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

中國是鋼鐵生產大國，自1996年粗鋼產量穩居世界第一[1]。與發達國家相比（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、球團、焦化、高爐、轉爐、電爐、軋鋼等） [2]。由于無組織排放源影響因素復雜，中國鋼鐵企業無組織排放呈現出高污染[3， 4]、難控制[3]等特點。原料場作為重要的無組織排放源之一，其排放對環境造成較大影響[5]。因此，為準確摸清中國鋼鐵行業大氣污染物排放底數，厘清鋼鐵企業重點排污環節，開展鋼鐵企業無組織源強（原料場等）排放研究至關重要。

近年來，中國逐步加強對鋼鐵行業無組織排放源（原料場等）控制水平。鋼鐵行業現行排放標準[6-9]中明確規定鋼鐵企業無組織排放濃度限值，推動鋼鐵企業無組織排放源頭治理。2018年6月，國務院進一步發布《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》[10]，明確提出強化鋼鐵等重點行業無組織排放管控力度，深度治理企業重點無組織排放節點（物料存儲等）。2019年4月，中國頒布《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》[11]，要求全面加強企業無組織排放控制水平，全方位減少煙粉塵等外溢排放。作為鋼鐵生產大省（2018年占全國粗鋼產量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（驗收標準）》（冀氣領辦〔2018〕156號）[12]中詳細規范了鋼鐵企業無組織排放源超低改造治理標準，嚴格控制鋼鐵行業無組織排放總量。然而，在鋼鐵行業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。目前鋼鐵行業無組織排放核算主要有采取系數法和類比法。2017年4月《排污許可證申請與核發技術規范-鋼鐵工業》[13]中提出對鋼鐵行業無組織排放采用產污系數法，并給出鋼鐵原料系統排污系數;次年3月，中國頒布《污染源源強核算技術指南 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原料場由于空間尺度、流動風速和風向等因素不同帶來揚塵排放差異。在2014年底發布的《揚塵源顆粒物排放清單編制技術指南（試行）》[15]中，雖然規定了根據不同風速、含水量核算排污系數的方法，但并未考慮不同風向對無組織排放的影響。另外，國內外研究學者針對鋼鐵行業無組織排放核算開展了部分研究，已有研究中多采用系數法核算企業無組織排放，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原料場揚塵在不同風速下的擴散規律。上述研究均未考慮不同風向對鋼鐵原料場起塵量的影響，結果存在一定不確定性，無法準確核算鋼鐵企業原料場無組織排放總量。

3 結論

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

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

（3）結合鐵礦石料場常年風向、風速以及相關工況條件，對料場無組織排放進行CFD仿真模擬，可準確掌握企業不同工況條件下無組織排放水平，為企業未來無組織排放源控制減排提供依據。本研究結論也可借鑒到其他行業原料場防風抑塵設計（例如碼頭料場等）、鋼鐵排放清單無組織源強研究[21-22]等。

參考文獻

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收稿日期：2020-02-24

基金項目：國家重點研發計劃項目（2016YFC0208101）;大氣重污染成因與治理攻關項目（DQGG0209-07、DQGG0304-07）;生態環境部環境工程評估中心創新科研項目（2019-10）

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

責任作者：鐘星立，高級工程師;李時蓓，研究員。