鋼鐵企業全密封迷宮導料槽的研究與應用

徐藝澤

（河鋼唐鋼新區設備管理部，河北 唐山 063000）

1 背景及必要性

鋼鐵企業普遍存在大量原、燃料從原料場、燒結廠、球團廠及焦化廠輸送到高爐礦槽的過程中，路徑復雜、轉載次數多以及移動受卸料，過程中產生大量的粉塵。傳統的密封和收塵方式存在密封不嚴、收塵效果極差、管道磨損嚴重、需求風量大等諸多問題，儼然成為很多鋼鐵廠固體物料輸送單元的共性問題。同時由于鋼鐵企業無組織塵源數量多、分布廣、陣發性強，與生產關系密切且難以進行有組織收塵。粉塵的成分多樣化，粉塵與水的結合性差，很多粉塵采用普通的干霧抑塵難以達到有效的抑塵。

國家2015年1月1日起實施了《中華人民共和國環境保護法》，河北省于2018年9月發布了《鋼鐵工業大氣污染物超低排放標準》（DB 13/2169-2018）。在當前的環保高壓態勢下，鋼鐵企業物料輸送、轉運過程中仍存在諸多環保問題，根據現場生產的實際情況及環保指標要求，皮帶除塵治理已迫在眉睫。

2 粉塵控制理念

除塵系統應從以下三點進行研究解決：

（1）如何減少塵的產生或者降低含塵煙氣量，這是除塵的核心問題，只有塵少產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，防止外溢以達到生產作業環境要求和環保要求；這就要求在產塵點必須有科學合理的密封方式將含塵煙氣密封在一定空間。

（3）如何實現用最小的風量或者最經濟的手段將含塵煙氣通過引風機抽到除塵器或者其他凈化設備進行凈化處理，以達到環保要求的排放標準。

3 研究要點及方向

圍繞鋼鐵企業當前皮帶除塵問題，在粉塵產生源頭、工藝設備產塵特點、粉塵特性等方面進行研究開發：

（1）開展氣固耦合模擬，根據粉塵的氣體動力學特性，開發出全密封迷宮導料槽，采取多重迷宮密封，配備受料點料流歸中裝置以及組合式降塵濾塵裝置，實現粉塵動能自我衰減、大顆粒自沉降、多個產塵點合并為一點除塵，達到超低風量收塵且大幅度減少生產維護量。

（2）開發出多功能控速溜槽，控制物體物料在轉運、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生。

（3）除塵點數量的減少可極大的降低除塵風量；多層迷宮密封結構及組合降塵裝置可減少負壓損失，降低除塵風量，減小風機電機功率，從而降低除塵器運行電量消耗。

（4）固體物料轉運、卸料環節的有組織除塵和無組織抑塵是各鋼鐵廠面臨的共性問題。在傳統的方式是采用大風量，由于粉塵特點，大風量易導致除塵管道和布袋磨損，運行維護頻繁且運行電費高，不能從粉塵產生的源頭進行控制；傳統的移動通風槽對于移動卸料除塵收效甚微，無法達到目前的環保要求；鑒于大部分粉塵的親水性較差，傳統方式的無組織抑塵采用的霧炮或者普通干霧抑塵的實際抑塵效果差。

（5）從粉塵源頭進行控制，實現粉塵的高效密閉以及采用最經濟的風量實現收塵效果；從粉塵自身的特性出發，研究快速抑塵方法是開發此產品必須突破的關鍵技術。

4 功能及創新

（1）將物料從卸料、轉運到受料的整個過程控制在密封空間進行。

（2）實現根據物料特性和輸送結構形式要求，通過仿真模擬，建立獨有的輸送結構模型，減少粉塵產生、降低除塵風量。

（3）有三個關鍵設備配置：控速溜槽、密封導料槽、單體高效除塵器，通過這三個裝置，物料可更加密閉、平緩、穩定的進行輸送和轉運，高效減塵、抑塵、除塵，達到環保節能、降耗、降低初投資的目標。

5 關鍵技術及主要設備

5.1 控速溜槽

膠帶機在轉運物料過程中，由于卸料、受料膠帶機存在一定高差，卸料膠帶機下料點和受料膠帶機受料點之間需要用溜槽實現輸送。傳統設計中一般采用直段或斜段下料溜槽，物料從卸料膠帶機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，由溜槽約束引導直接落到受料膠帶機導料槽內的帶面，完成轉運。在此過程中，高度較高的轉運過程重力勢能轉化為動能，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、物料運動狀態及物料運送空間形狀，而物料粉化是粉塵產生的根源。

新型控速溜槽，在收集物料自身性狀參數及粒度、含水量等相關數據的基礎上，結合膠帶機帶速及落料軌跡等數據建立仿真模型，設計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、撞擊而產生的粉化灰塵；同時應用氣相及氣固耦合綜合分析，設置溜槽內壓平衡管，使溜槽中的空氣盡量不受物料下落過程的擾動，進一步降低除塵點所需抽風量。

控速溜槽一般在物料落差≥4.5m的工況下考慮配置，根據現場實際工況，通過三維建模，設計成多曲面空間結構，使物料緩慢滑落至受料點，避免物料摔落粉化造成的成品率降低、粉化揚塵、落料沖擊導致受料膠帶機跑偏等現象。按照仿真模擬及實際使用效果統計，可有效提升成品率0.1%～0.3%，對于一個中等規模的鋼鐵企業，在燒結礦和焦炭的應用方面，年經濟效益相當可觀[1]。

圖1 控速溜槽及密封導料槽效果圖

5.2 密封導料槽

物料從溜槽中落至受料膠帶機帶面，由于慣性沖撞而外落，同時產生的粉塵大量外溢，需要在受料點設置導料槽。傳統設計中一般設置普通導料槽，并在導料槽前端設置除塵罩，接除塵管道將轉運中產生的粉塵抽走。由于普通導料槽較為粗獷的半封閉結構形式以及傳統膠帶機的托輥布置形式結構限制，造成了普通導料槽無法和膠帶之間形成良好的密封，最終導致粉塵外溢現象較為嚴重。隨著環保要求不斷提升，目前普遍采用加大除塵風量來解決此問題，但存在三點問題：其一，對于除塵灰、皂土、粉煤灰等堆比重較小的物料，加大除塵風量會導致將物料本身抽走，造成損耗；其二，增大風量后，整個除塵系統的配置規模相應增大，造成初投資以及運行成本增高，不符合節能降耗的綠色發展方向；其三，在多點除塵系統中，往往形成近風機點風量較大，遠風機點基本無風的尷尬局面[2]。

新型密封導料槽，通過仿真模擬密閉空間物料運動過程中空氣動力場和壓力場的特點，以及粉塵在多相迭加作用下的運動軌跡，設計了自降塵密封導料槽結構形式，通過改變導料槽內部腔體結構，實現膠帶機受料過程中，物料先經過腔體中的導料裝置改變動態堆積分布，同時產生的粉塵能夠密封在導料槽內不外溢，再經過濾簾盒、阻力泄壓箱以及擋塵簾等多種配合裝置，誘導導料槽腔體壓力、阻力的變化，使粉塵動能不斷衰減，最終靠自身重力落入運送物料中，達到自降塵的效果。密封導料槽減少物料粉塵產生及除塵點設置數量、降低單點除塵風量，并且保證了多除塵點設置時各個除塵點風量的平衡。

圖2 全密封迷宮導料槽

6 取得的成果

形成固體物料轉運、卸料的高效節能環保型系統解決方案，在實現環保達標的同時帶來巨大節能效益，在某企業原料、燒結、球團系統已成功實施，該項成果總體技術水平達到國際先進水平。從粉塵源頭治理，實現向環保要效益的技術路徑，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、節能、環保的系統解決方案[3-5]。

全密封迷宮導料槽的使用，可大幅度減少物料輸送中破碎，提高成品率，提高機構密封效果降低溢塵的同時減少風量，減少風量的同時減少被塵氣帶走的物料含量，更好的降低污染物外排，改善生產環境空氣質量。同比傳統工藝裝備，在投資和運行成本方面也具有很大的競爭優勢。隨和環保態勢日益嚴苛、超低排放和崗位粉塵濃度指標的要求提高，該技術和產品具有非常大的經濟效益和社會效益。