火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)粉塵綜合治理技術研究

張成國，王建

(1.華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453635；2.華電鄭州機械設計研究院有限公司，鄭州 450046)

0 引言

目前，中國火電廠發(fā)電燃燒原料仍以煤炭為主，火電機組占到全國發(fā)電機組總容量的72%[1]。煤炭在被運送到鍋爐燃燒之前，一般都要經(jīng)歷卸料、轉運和篩分等過程，在此過程中會產(chǎn)生大量粉塵，治理難度較大，這是造成電廠粉塵污染最重要的原因。輸煤系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵不僅會造成環(huán)境污染、影響工作場所衛(wèi)生，甚至有可能引發(fā)火災或爆炸。粉塵被吸入人體還容易引發(fā)各種疾病，嚴重影響電廠的安全文明生產(chǎn)，同時造成煤炭資源的嚴重浪費[2-5]。近年來國家環(huán)保要求逐步提高，節(jié)能降耗需求日益增強，加強輸煤系統(tǒng)粉塵的綜合治理成為了一個亟待解決的研究課題。本文以某電廠為例，對輸煤粉塵產(chǎn)生的原因進行分析，并針對性地提出粉塵綜合治理技術方案，為火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵綜合治理提供理論依據(jù)。

1 電廠傳統(tǒng)除塵方案概況

某電廠實際燃用煤種以粉煤為主，煤粉顆粒度細密、黏結性較強。輸煤系統(tǒng)除塵設備的原始設計采用單層溢流裙板式的導料槽，在導料槽上方安裝高壓靜電除塵器，導料槽出口安裝水噴霧設備。但高壓靜電除塵器的實際使用效果不理想，設備故障率高；水噴霧設備噴頭易堵塞、霧化效果差，且易造成皮帶粘煤、堵煤；導料槽前后端密封不嚴，漏粉嚴重；另外，皮帶非工作面及滾筒處無任何除塵設備，皮帶運行過程中因滾筒轉動和皮帶振動造成的揚塵非常嚴重。

2 粉塵產(chǎn)生原因分析

輸煤工藝流程中粉塵的產(chǎn)生并不是單一作用的結果，其產(chǎn)生過程可分解為幾個相互影響的過程。

(1)原煤從上級皮帶頭部沿落煤管跌落到下級皮帶尾部的過程中，擠壓落煤管和導料槽內(nèi)部空間并產(chǎn)生正壓，內(nèi)部空氣釋放形成高速流動的誘導風(最高風速可達15 m/s)，同時攜帶煤粉逸出造成揚塵。如皮帶尾部導料槽密封不嚴，將導致周圍空間內(nèi)彌漫大量粉塵。

(2)原煤下落時對下級皮帶產(chǎn)生較大的沖擊，皮帶抖動會使導料槽與皮帶之間產(chǎn)生縫隙，并將皮帶上已經(jīng)下落的煤粉再次揚起，造成二次揚塵。

圖1 沉降式導料槽沉降區(qū)及尾部密封箱示意Fig.1 Settling zone and tail seal box of settlement guiding groove

(3)大塊煤在碎煤機內(nèi)破碎產(chǎn)生大量細小的粉塵，在轉子的鼓風作用下，碎煤機入口會產(chǎn)生攜帶煤粉的反沖氣流，增強出口導料槽內(nèi)的誘導風，使揚塵更為嚴重。

(4)皮帶尾部導料槽出口處和犁煤器附近容易發(fā)生灑煤，灑落的煤粉跌落在皮帶回程段的非工作面上，在頭、尾部輥筒經(jīng)處多次碾壓形成積粉，并隨著皮帶振動和輥筒轉動產(chǎn)生揚塵。

3 粉塵綜合治理技術方案

3.1 導料槽改造

由于粉塵收集的前提是必須建立良好的密閉收塵空間，因此可將原有的傳統(tǒng)形式的導料槽更換為全封閉沉降式導料槽。沉降式導料槽由導料槽本體、沉積區(qū)、擋簾、耐磨板、中間段/尾部密封箱等組成，如圖1所示：沉積區(qū)安裝在下級皮帶機接料匙后面，主要目的是通過逐漸降低空氣流速來穩(wěn)定含塵空氣，從而使浮塵逐漸沉積下來并返回至主要物料層；在沉積區(qū)內(nèi)設置高低間隔排列的擋簾可協(xié)助逐步降低氣流流速；全封閉導料槽上設置無動力回流裝置，使落煤管和導料槽內(nèi)的誘導風形成環(huán)流；兩側的雙層密封裙板和滑板，配合緩沖床使用；擋簾安裝在裝載區(qū)導料槽的出口部(沿皮帶運行方向)，能有效防止物料下落時因沖擊而產(chǎn)生的灰塵向導料槽外擴散，配合防溢裙板使用能更好地防止粉塵擴散，使粉塵在落料槽內(nèi)實現(xiàn)沉淀。

電廠輸煤系統(tǒng)各轉運點最大落差為13 m，在皮帶出力1 500 t/h的情況下，導料槽出口風速約為15 m/s。安裝無動力除塵裝置后，風速降低至3 m/s。在燃煤濕度>8%時，不采取任何措施的現(xiàn)場粉塵濃度為18 mg/m3，而單純依靠無動力除塵裝置可使現(xiàn)場粉塵濃度降至5 mg/m3以下(國家規(guī)定最高容許排放質(zhì)量濃度為10 mg/m3)。電廠燃煤多為黏結性強的粉煤，為防止堵煤、粘煤現(xiàn)象發(fā)生，應盡可能不采用水噴霧的除塵方式。結合當?shù)厝甏蟛糠謺r間較為干燥的天氣情況，適合選用微動力除塵器(小型袋式除塵器)并安裝在導料槽出口和碎煤機入口位置，以消除導料槽內(nèi)殘余的誘導風和碎煤機入口處的反沖氣流。

通過無動力除塵裝置和微動力除塵器配合使用，可在有效收集粉塵的同時，大大降低整個除塵系統(tǒng)的能耗。

3.2 水噴霧設備改造

對于皮帶非工作面和輥筒處不能被封閉且不會和燃煤直接接觸的部位，采用間斷噴霧的方式抑制揚塵。噴霧設備采用高壓噴霧裝置，噴頭采用高壓自清潔螺旋噴頭，有效防止噴頭堵塞，并帶自動反沖洗過濾裝置，無須人為干預即可定期對過濾裝置的濾芯進行清洗。其過濾精度達到0.058 mm，壓力損失小于0.01 MPa，每個噴頭噴水量為0.02 kg/min，霧化粒度可達5～30 μm，霧化效果好、噴水量小。該套系統(tǒng)可重復利用沖洗水，根據(jù)皮帶表面的水分蒸發(fā)速度和皮帶運行速度，合理設定噴霧時間和間隔，更可大大節(jié)約系統(tǒng)用水。

對于寬度1.4 m、帶速2.5 m/s的皮帶，在溫度為25 ℃、濕度為80%的氣候條件下，皮帶上的水分蒸發(fā)速率約為0.004 kg/(m2·min)。每條皮帶兩端各安裝2個噴頭，每個噴頭噴水量為1.20 kg/min，4個噴頭總的噴水量為4.80 kg/min。

噴霧工作時間

t1=L/2v=302/(2×150)≈1.0 (min) ，

由于噴頭安裝在皮帶頭、尾部，皮帶轉動半周即將表面全部噴灑濕潤，總的噴水量

U1=V1×t1=4.80×1.0=4.80 (kg) ，

式中：V1為噴頭總的噴水量，4.80 kg/min；L為皮帶總長度，取電廠輸煤皮帶平均長度，302 m；v為皮帶運行速度，150 m/min。

皮帶表面水分總的蒸發(fā)量

U2=V2×L×t2，

式中：V2為單位長度皮帶表面的蒸發(fā)速率，0.004 kg/(m·min)；t2為水分蒸發(fā)完所用時間。

根據(jù)噴水量和蒸發(fā)量相等的原則可得出

U1=U2，

即V1×t1=V2×L×t2，

則t2=V1×t1/(V2×L)=4.80×1.0/

(0.004×302)=4.0(min) 。

所以，噴霧停止時間應設為t2-t1=4.0-1.0=3.0(min)，與連續(xù)噴霧方式比較可減少約3/4的噴水量。

3.3 曲線落煤管技術

曲線落煤管技術嚴格意義上屬于無動力除塵理念上的延伸，并由“治標”轉向“治本”。通過控制從頭部漏斗落料至下級皮帶尾部導料槽入口之間的煤流運動及形狀，從源頭減少誘導風量和粉塵的產(chǎn)生，減輕后續(xù)降塵和除塵的壓力，含有“少產(chǎn)生就好治理”的理念。

曲線落煤管系統(tǒng)主要由頭部的漏斗及物料調(diào)節(jié)機構、中間的曲線落煤管、尾部的給料匙、落料管襯板4部分組成。以煤流的動態(tài)模擬仿真為手段，針對燃煤轉運過程中粉塵產(chǎn)生的原因調(diào)節(jié)各處的煤流速度、煤束形狀及流動路徑，通過控制物料的流動，最大限度地減少浮塵的產(chǎn)生和減慢空氣的流動速度。如圖2所示，在送料皮帶頭部加裝物料調(diào)節(jié)機構，控制物料與集料斗壁以小于20°接觸，物料以“沖刷”料斗壁代替了原來的“撞擊”料斗壁。同時，槽形設計使散開物料集中起來沿壁下沖，解決了“倒煤灰”問題。落煤管中間部分截面為不規(guī)則六邊形或多邊形，一方面能夠充分收集物料并提供平滑路徑，控制過快速度，另一方面集中物料還可以使其不易和空氣混合。在尾部煤流通過給料匙末端降速收集后，控制煤流與接料皮帶的速度大小和方向盡量接近，這就在很大程度上減少了粉塵的產(chǎn)生，同時降低了導料槽中正壓和空氣速度，有利于剩余粉塵的沉降。

圖2 曲線落煤管系統(tǒng)Fig.2 Schematic of the curve falling of coal pipe system

4 改造后運行效果

該電廠先后完成了4個轉運站和10條皮帶落料點導料槽和除塵設備的改造，根據(jù)相關機構檢測，改造后設備運行穩(wěn)定、密封良好、無粉塵漏點，各轉運站和皮帶棧橋內(nèi)粉塵濃度均降至4 mg/m3以下，設備維護和清掃工作量大大減少，現(xiàn)場文明衛(wèi)生條件得到極大改善且對室外無排放，滿足國家對作業(yè)環(huán)境粉塵濃度的要求，提高了作業(yè)環(huán)境的本質(zhì)安全性，其中碎煤機室區(qū)域在某評選活動中獲得一致好評。

5 結束語

傳統(tǒng)的粉塵治理技術由于形式單一，無法滿足輸煤系統(tǒng)多種工況條件下的除塵降塵需求，且存在能耗高、維護量大和安全性差等諸多缺點，不符合國家的環(huán)保和節(jié)能政策。本文在借鑒多種傳統(tǒng)除塵工藝的基礎上，采用非能動和節(jié)能減排的設計理念，以全封閉導料槽為基礎，將無動力、微動力、高壓水噴霧等多種除塵方式有機整合在一個工藝系統(tǒng)內(nèi)。該系統(tǒng)能夠適應燃煤顆粒度細密且黏結性強的煤種在不同濕度條件下的除塵要求，具有能耗低、維護量小、除塵效果好等優(yōu)點。