论基于EDEM 离散元仿真技术的电厂输煤转运系统设计对转运装置扬尘问题的解决措施

论基于EDEM 离散元仿真技术的电厂输煤转运系统设计对转运装置扬尘问题的解决措施

芦英海,王超,赵磊,李洋洋  ,段瑞军 ,马兆惠

河北邯峰发电有限责任公司  056200

背景

在我国经济社会不断飞速发展的大背景下，电力的稳定供应成为各行各业正常运行的必需保障。

当前，电力市场中，火力发电约占到60%。火电厂的输煤系统则在整个火电生产中发挥重要作用——给电力产出提供合格且充足的燃料。

可以说，输煤系统的稳定运行正是我国电力稳定产出与供应，以及各行业稳定运行的保证。

但是，社会经济要发展，环境保护也很重要。

然而目前，多数火电厂所使用的输煤转运系统，在实际的物料输送中，因多种因素的交叉影响，在物料落料过程会产生严重的扬尘，对转运地环境和人员健康造成威胁：

针对该问题，国内外专家学者进行了多种研究尝试，当前，一种名为EDEM离散元仿真技术的方法被公认为是改善火电输煤转运扬尘问题的有效方法之一。该技术能对转运设备的运行过程进行仿真模拟和优化设计，通过分析料流轨迹以及料流的相关数据，优化物料轨迹，从而从转运设备的设计源头上降低料流速度、减小冲击角度，达到在实际的物料转运过程中减少扬尘产生的目的。

问题

传统的火电输煤转运设备在物料落料过程中，激起严重的扬尘（主要是干粉末类物料）：

扬尘不仅会对转运地的生态环境造成污染，甚至电厂因此被迫停机停产，给企业造成巨大的经济损失；微细的粉尘颗粒长期弥漫在大气中，还会形成持续的大雾天气，严重影响交通能见度。

扬尘进入人体呼吸道，还会造成人员咳嗽，长此以往形成急慢性咽炎，乃至尘肺病，给人民健康造成危害；

严重的扬尘更有可能引起爆炸，造成重大的环境损害和人员伤亡。

所以，在保障火电输煤供应稳定的前提下，改善输煤转运中的扬尘现象，非常重要。

原因

经过对多个转运地的输煤现场情况进行采集和分析综合，目前，扬尘现象集中地发生在含水率低、粒径小的干粉末类物料上，原因主要有以下几点：

1）料流分散。落料过程中易因粉末的互相碰撞，以及粉末和转运设备的碰撞引起扬尘；

2）诱导风。物料从落料管下落过程中，产生加速运动，使气流迅速进入干粉末颗粒之间，形成诱导风，诱导风又与物料颗粒相互作用，产生扬尘。

且输送物料量越大、高度差越大、下落的速度越大、落料管的横截面积越大，诱导风就越大，扬尘就越严重；颗粒直径越小、湿度越低，与诱导风的相互作用也越强烈，扬尘也越严重。

3）料流从高处下落过程中，速度高、冲击力大，分散的料流对皮带产生剧烈的冲击与振动，一方面，使粉尘颗粒向四周飘散，产生严重的扬尘；另一方面，易导致料流跑偏，继而洒料，从而引起料流堆积与扬尘。

4）传统转运设备的结构设计不合理。传统的落料管结构设计不能有效汇聚料流，使物料在落料管中及下落过程中产生不均匀料流，从而使物料分散且空隙偏大，加速气流进入物料之间，形成诱导风飘起更多扬尘。

解决措施

EDEM离散元仿真技术可以对转运设备的输料工程进行仿真模拟，分析研究颗粒在不同状态下的运动机理，通过观测、分析干粉末颗粒料流的轨迹、落点、流量、冲击角度、速度、磨损值等数据和图像，探查、分析扬尘产生的具体起因，从而优化物料的运动参数设定，以便从转运设备设计层面提供有效的改善和解决方案：

针对干粉末类物料易产生的料流分散问题，进行料流汇集设计；

对不合理的转运设备结构设计造成的物料在加速运动和高冲击力下产生的诱导风、料流洒料等问题，优化冲击角度和物料运动速度，使设计师能够根据相应信息参数，不断优化系统结构设计，从而从设备的设计源头上，实现在实际的物料转运工程中，减少扬尘发生条件、改善扬尘现象的目的。

如图，利用三维软件创建转运系统的设计结构图形，EDEM 离散元仿真技术对物料在设备内部中的速度大小分布情况进行着色，可以直观地看到物料在设备中的料流情况（如，汇聚效果、冲击角度、碰撞形态等）和速度分布情况。

对此情况参数进行观测、分析和调整优化，就可以优化物料轨迹：降低料流速度、减小冲击角度和平稳载入皮带，经现场前后扬尘采集对比，优化后的设备结构可以在输料过程中有效减少 20%~30%诱导风和60~80%扬尘的产生。

结论

综上所述，EDEM 离散元仿真技术可以对火电输煤系统运行操作中，物料的特性和料流轨迹进行深入分析，从而从扬尘现象产生的根本源头上优化物料的输送，并且经现场对比验证有效，可以对实际输煤转运中的扬尘起到控制和改善作用，并对转运地的生态环境和人民健康起到保障作用。