煤焦化公司火车装焦除尘方式分析及优化

张玉锦，胡 笳，沈恒根

（安徽欣创节能环保科技股份有限公司，安徽马鞍山 243000）

1 工程概况及模型建立

1.1 物理模型

马钢煤焦化公司筛焦楼一层火车装焦除尘系统如图1（a）和（b）所示，在每个卸料口两侧设置双侧吸气罩，罩口尺寸为6000m m×600m m，罩口中心安装高度距火车车厢顶沿2400m m。当有卸料口卸料时，打开其两侧的排风罩阀门，抽吸含尘气流。整个系统设计风量为200000m3/h，原设计方案为筛焦楼同时开3个卸料口工作，除尘系统对应打开6个排风罩进行尘源控制，但实际应用中系统风量偏小，控制效果较差，故现在同时只开1个卸料口工作，即一次开该卸料口左右2个排风罩进行尘源控制。

1.2 数学模型及边界条件

对物理模型进行简化并进行网格划分，如图2所示。湍流模型同样选择R N G模型[1]，两相流模型选择拉格朗日离散相模型[2]，含尘浓度为15g/m3，第二相焦粉粒径取扬尘的质量中位径40μm。

由于是开放性尘源，环境横向风对尘流运动影响很大[3，4]，迎风面1定义为速度入口，分别模拟横向风速为1m/s和3m/s时对排风罩捕集效果的影响；排风罩罩口2定义为速度出口，根据风量和罩口面积可算得抽风速度为7.7m/s；根据现场测试，尘流以平均0.8m/s的速度从车厢顶沿向上逸出，故定义车厢顶沿平面5为尘流出口；卸料口3和背风面4定义为出流边界。

图2 模型网格划分

2 模拟结果与分析

对马钢煤焦化公司火车装焦现有通风除尘系统在1m/s和3m/s的横向风影响下的控制效果进行模拟和分析。

2.1 横向风1m/s时的控制效果

环境横向风为1m/s时，筛焦楼打开1个卸料口工作，其两侧排风罩基本可以完全捕集火车装焦时产生的扬尘，如图3（a）所示。另外，由于横向风的作用，迎风面一侧排风罩从周围环境吸入的空气量较背风面一侧多，因此捕集的尘流较少，而背风面一侧排风罩吸入的周围环境空气量较少，捕集的尘流较多，如图3（b）空气流线图所示。

2.2 横向风3m/s时的控制效果

当环境横向风增大到3m/s时，它对颗粒的运动轨迹影响很大，尘流向背风面移动，部分被背风侧的排风罩捕集，部分则外逸到外界环境中，捕集效率约50%，如图4（a）所示。迎风侧的排风罩大量抽吸周围环境空气，没有起到对尘流的捕集作用，如图4（b）所示，此时通风除尘系统对尘源的控制效果较差，外逸严重。

2.3 模拟结果的可靠性验证

目前现场控制效果基本和模拟结果一致，如图5（a）和（b）所示，当横向风速较小时，基本可以实现对扬尘的控制，当风速较大时，则扬尘外逸严重，说明数值模拟结果可靠，且环境横向风对除尘系统捕集效果的影响很大。可见，需要采取措施抑制环境横向风的影响。

3 改进措施

本文通过在排风罩下部至车厢四周顶沿平面悬挂胶帘的措施来抑制环境横向风的作用，即将图2中的迎风面1和背风面4设置为壁面边界条件，并根据焦化厂原方案同时开启3个卸料口6个排风罩工作。系统风量不变，每个排风罩风量为总风量的1/6即33000m3/h，再对其进行流场模拟。

图6为加上挡风胶帘后排风罩对尘流的控制效果，从图中可见，尘流大部分被上部两侧的排风罩抽走，只有一小部分从下部车厢边壁与胶帘的间隙中逸出，模拟得捕集效率可达95.9%，基本实现对尘源的完全捕集。

通过上述分析可见，胶帘不仅可以抑制环境横向风的影响，同时可减少除尘系统控制尘源所需的风量，实现节能减排。

图6 改进后的颗粒运动轨迹

4 结论

（1）通过模拟马钢煤焦化公司火车装焦现有通风除尘系统的控制效果，发现横向风对系统控制效果的影响很大，在风速达到3m/s时，排风罩捕集效率只有50%，扬尘外逸严重。

（2）通过在排风罩下部至车厢四周顶沿平面悬挂胶帘的措施来抑制环境横向风的作用，通过模拟发现，改进后系统无需更换风机增大风量，即可基本实现原设计方案的3个卸料口6个排风罩同时工作下尘源的完全捕集。

[1]王福军.计算流体动力学分析[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2]樊越胜.装料通廊尘源控制方法的分析[J].工业安全与防尘，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]孙一坚.工业通风[M].第3版.北京：中国建筑工业出版社，1994.