燃煤電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理的研究與探索

王雪軍

(中國石化上海石油化工股份有限公司先進(jìn)材料創(chuàng)新研究院，上海 200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)熱電部燃運(yùn)車間主要負(fù)責(zé)熱電部燃料的接卸、儲存和供應(yīng)，分為碼頭和燃料兩大作業(yè)區(qū)域。碼頭作業(yè)區(qū)域于1991年12月建成投用，目前共有3臺卸船機(jī)，負(fù)責(zé)2 Mt/a標(biāo)煤的接卸任務(wù)。燃料區(qū)域一、二期輸煤系統(tǒng)分別于1991年和2002年投用，總長約為1.6 km，雙路運(yùn)行。燃料區(qū)域一期、二期輸煤系統(tǒng)在2009年左右通過粉塵治理項(xiàng)目更新改造了部分布袋除塵器、環(huán)保型導(dǎo)煤槽，增設(shè)噴淋等設(shè)備，達(dá)到一定的效果，但經(jīng)過幾年的運(yùn)行，布袋除塵器電耗越來越高，除塵效率下降，維護(hù)成本逐年遞增，已不能滿足現(xiàn)有的環(huán)保要求。碼頭區(qū)域2臺卸船機(jī)分別于2001年和2006年投入生產(chǎn)，原設(shè)計料斗處噴淋設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)較低，只有簡單的灑水功能，無法起到降塵的效果。

經(jīng)過幾年的調(diào)研與研究，運(yùn)用了無動力除塵導(dǎo)煤槽、流線型落煤筒、霧化除塵等新技術(shù)，輸煤系統(tǒng)粉塵治理成效明顯，各測試點(diǎn)粉塵濃度均滿足《工業(yè)場所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ 2—2019)中總塵不大于4 mg/L的限值，現(xiàn)場環(huán)境得到了較大改善，“以人為本”的安全生產(chǎn)理念得到體現(xiàn)。

1 輸煤系統(tǒng)粉塵污染現(xiàn)狀及原因分析

根據(jù)國內(nèi)大多數(shù)燃煤電廠輸煤系統(tǒng)的現(xiàn)狀，結(jié)合上海石化熱電部燃運(yùn)車間輸煤系統(tǒng)粉塵污染的實(shí)際情況，對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行有針對性的實(shí)驗(yàn)與探索，對粉塵污染現(xiàn)狀及原因進(jìn)行分析。

1.1 輸煤系統(tǒng)粉塵污染的現(xiàn)狀

(1)燃料區(qū)域一期、二期輸煤系統(tǒng)落煤筒、導(dǎo)煤槽口粉塵較大，現(xiàn)有的布袋除塵器、導(dǎo)煤槽已不滿足要求，2017—2018年粉塵測試數(shù)據(jù)顯示有多處超過標(biāo)準(zhǔn)。

(2)燃料區(qū)域東煤場三分之二露天、西煤場露天、焦場二分之一露天，自然風(fēng)引起揚(yáng)塵。

(3)碼頭區(qū)域卸船機(jī)裝卸過程中產(chǎn)生揚(yáng)塵，原有的噴淋未啟到降塵作用。

1.2 輸煤系統(tǒng)粉塵污染的原因分析

(1)煤炭順流輸送時，由于上級皮帶機(jī)頭部和下級皮帶機(jī)尾部存在較大落差，煤炭下落時形成正壓，使得下級皮帶機(jī)尾部導(dǎo)煤槽內(nèi)產(chǎn)生了大量的粉塵；普通導(dǎo)煤槽沒有任何抑制誘導(dǎo)風(fēng)的結(jié)構(gòu)，使得粉塵隨著正壓往導(dǎo)煤槽出口以及落煤筒、導(dǎo)煤槽設(shè)備縫隙向四周飛揚(yáng)，使皮帶尾部粉塵超標(biāo)。

傳統(tǒng)的布袋除塵器主要是在上游皮帶的落煤筒口、下游皮帶的導(dǎo)煤槽上方增加吸風(fēng)口，被動地把產(chǎn)生的粉塵吸出。粉塵的處理主要依靠上百個布袋進(jìn)行過濾，布袋上的煤粉又通過壓縮空氣吹落至卸料口，再通過卸料設(shè)備回到皮帶。但因南方空氣濕度全年居高不下、煤炭含水率高等因素，煤粉很容易粘住布袋，除塵效率越來越差。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，一旦對除塵器布袋進(jìn)行清灰，除塵器效果明顯好轉(zhuǎn)，但過幾天，現(xiàn)場粉塵明顯增多，除塵器工作電流同樣有明顯上升趨勢。

要保證布袋除塵器的除塵效果，只能進(jìn)行高頻次的布袋清灰，并每年都要更換布袋，其運(yùn)營成本非常高，而且高頻次的布袋清灰在實(shí)際運(yùn)行中是無法做到的，因此粉塵治理還是得從源頭上抑制。

(2)燃煤電廠為保證連續(xù)生產(chǎn)，一般都會配備一定儲量的煤堆場。國內(nèi)的一些老電廠多以露天為主或者設(shè)置了簡單的煤棚，但煤炭露天堆放或僅有未密封煤棚，自然風(fēng)(煤棚的穿堂風(fēng))引起的煤粉塵飛揚(yáng)還是比較嚴(yán)重的，不僅滿足不了現(xiàn)在環(huán)保的要求，更對堆場作業(yè)職工的身體健康帶來一定的傷害。

(3)卸船機(jī)卸煤時，抓斗拋煤至料斗處，因慣性和重力的影響，大塊煤炭往料斗落下，同時自然風(fēng)作用與煤炭落下沖擊力都會帶來瞬間的粉塵飛揚(yáng)。雖然料斗3個方向都設(shè)有圍欄，但是碼頭常年的自然風(fēng)、卸料的沖力都會使每一次拋料有大量的煤粉往外溢出。因工況所限，料斗無法封閉，在既不能影響工況，又要達(dá)到效果的情況下，發(fā)現(xiàn)只有用“水”降塵才能達(dá)到預(yù)期的效果，而原有的噴淋設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)較低，只有灑水的作用，且水量較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到除塵的作用。

2 輸煤系統(tǒng)粉塵治理新技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)兄弟電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理情況，著重研究與探索一些新手段、新技術(shù)，同時結(jié)合自身的情況進(jìn)行以下設(shè)備改造，達(dá)到了預(yù)期的效果。

2.1 流線型落煤筒+無動力除塵導(dǎo)煤槽

流線型落煤筒+無動力除塵導(dǎo)煤槽技術(shù)是通過控制物料的流動，將物料流動由傳統(tǒng)落煤筒中的“爆炸式”或者說是“沖擊式”無序墜料改變?yōu)榱骶€型落煤筒中的“集束式”流行線的滑落，使煤流的出口速度與接料皮帶速度一致，最大程度地減少因沖擊產(chǎn)生的粉塵和減少空氣流動的速度。無動力除塵導(dǎo)料槽主要利用物料下落剪切空氣產(chǎn)生的正壓誘導(dǎo)風(fēng)，通過在導(dǎo)料槽主體設(shè)置的多級循環(huán)泄壓裝置、抑塵單元及可調(diào)式升降阻塵簾等來改變其行進(jìn)路徑，讓其相互對沖抵消，逐級消耗風(fēng)能，同時對氣體中的粉塵進(jìn)行有效的攔截和過濾，進(jìn)而達(dá)到利用慣性降塵原理有效抑制風(fēng)速和粉塵的目的，是一種從源頭上抑制粉塵產(chǎn)生的技術(shù)。

國外威爾普(Wello)、馬丁工程(Martin Engineering)公司等在這方面有一套成熟的解決方案，但價格昂貴，國內(nèi)企業(yè)很難承受。隨著近幾年燃煤電廠對輸煤粉塵治理投入加大，國內(nèi)的一些企業(yè)也紛紛尋找解決方案，流線型落煤筒+無動力導(dǎo)煤槽的技術(shù)開始展現(xiàn)成效。

上海石化熱電部輸煤系統(tǒng)粉塵治理改造方案主要是把原有的落煤筒和環(huán)保導(dǎo)煤槽改為流線型導(dǎo)煤筒+無動力除塵導(dǎo)煤槽，根據(jù)現(xiàn)場受限情況更換了6套流線型導(dǎo)煤筒，同時更換了14套無動力除塵導(dǎo)煤槽。

流線型導(dǎo)煤槽設(shè)計需要根據(jù)材料模型校準(zhǔn)過程為：通過材料模型(包括物料參數(shù)和幾何設(shè)備參數(shù))離散元素法建模軟件(EDEM)進(jìn)行仿真模擬，以達(dá)到最佳滑落方式和速度，同時也要兼顧含水率等眾多因素防止堵料等異常情況。根據(jù)現(xiàn)場的情況，無動力導(dǎo)煤槽設(shè)計尺寸最長達(dá)24 m，最短只有12 m，配置一到三級回流循環(huán)泄壓裝置(見圖1)。

圖1 循環(huán)泄壓裝置

通過改造,輸煤系統(tǒng)各處粉塵均有明顯的改善，經(jīng)測試各項(xiàng)指標(biāo)均合格，運(yùn)營成本大大降低，現(xiàn)場環(huán)境得到了有效的改善。

2.2 密閉式堆場+自動噴淋設(shè)施

由于20世紀(jì)90年代建設(shè)的國內(nèi)電力系統(tǒng)儲煤堆場大多為露天堆場，少數(shù)煤棚的也是基于防止雨水影響煤炭質(zhì)量而進(jìn)行建設(shè)的，未考慮環(huán)保因素，其露天煤場粉塵飛揚(yáng)非常嚴(yán)重，遭遇大風(fēng)時甚至?xí)绊懼苓叚h(huán)境。隨著國家對環(huán)保的要求越來越高，密閉式的儲煤堆場已成為電廠的標(biāo)準(zhǔn)配置。占地面積小、儲煤場地利用率高、土方工程少、自動化程度高、環(huán)保性能優(yōu)越的球形儲煤堆場是很多新建電廠的首選。而對于老電廠而言，因場地、設(shè)備等多種原因，只能在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改建，以達(dá)到環(huán)保要求，減少內(nèi)部粉塵飛揚(yáng)。

上海石化熱電部燃煤堆場主要分三塊區(qū)域，原來東煤場區(qū)域已建有2/3的煤棚，西煤場露天，焦場已建有1/2的煤棚，堆場區(qū)域均設(shè)有高12 m的抑塵墻阻隔，堆場周圍只設(shè)計了噴淋出水口，無噴淋降塵功能。堆場內(nèi)自然風(fēng)引起粉塵飛揚(yáng)情況較為明顯。

此次改建主要是在原有的堆場上面進(jìn)行改建：一是地面硬化，二是清污分流，三是密閉式煤棚，四是堆場噴淋。通過一年的建設(shè)，完成后的儲煤堆場內(nèi)粉塵明顯減少，遇到干燥季節(jié)，噴淋設(shè)施效果顯著，清污分流效果顯著，含煤廢水處理量大大減少。

2.3 卸船機(jī)料斗處的噴淋改造為霧化除塵

上海石化熱電部碼頭兩臺卸船機(jī)分別于2001年和2006年投入使用，原有的噴淋設(shè)備已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到降塵要求，而且水量偏大，對煤炭含水率影響很大。此次改造主要使用兩套WCZ系列霧化除塵系統(tǒng)，不僅用水量很小幾乎不影響煤炭含水率，同時也起到了卸煤時降塵的作用。

WCZ系列霧化除塵系統(tǒng)與卸船機(jī)一起聯(lián)動控制，一旦抓斗進(jìn)入預(yù)定區(qū)域拋料，噴霧自行啟動進(jìn)行降塵。飛揚(yáng)在空氣中的粉塵粒度直徑一般為5～15 μm，而本裝置所產(chǎn)生的氣霧80%以上為5～20 μm，由于粒度相近，因此水霧顆粒極易與粉塵吸附。加之汽霧濃度大，噴頭分部合理，占領(lǐng)了料斗所有空間，第一時間內(nèi)抑制了粉塵揚(yáng)起，效果較好。

3 輸煤系統(tǒng)粉塵治理的效果

根據(jù)2017年檢測數(shù)據(jù)顯示，輸煤系統(tǒng)共計有8個定點(diǎn)煤塵(總塵)濃度超標(biāo)，通過設(shè)備改造升級，到了2020年，輸煤系統(tǒng)各定點(diǎn)數(shù)據(jù)均已達(dá)標(biāo)。2017年與2020年定點(diǎn)煤塵(總塵)數(shù)據(jù)對比見表1所示。

表1 2017年與2020年定點(diǎn)煤塵(總塵)數(shù)據(jù)對比 mg/m3

4 結(jié)語

綜上所述，將新技術(shù)、新手段的運(yùn)用在輸煤系統(tǒng)粉塵治理中起到了很好的作用，流線型落煤筒、無動力除塵導(dǎo)煤槽、噴霧系統(tǒng)等環(huán)保設(shè)備的改造不僅運(yùn)行成本低，檢修風(fēng)險小，安全可靠，更重要的是滿足新環(huán)保的要求。當(dāng)然煤電廠粉塵治理是一項(xiàng)任重而道遠(yuǎn)的長期規(guī)劃工作，僅僅靠部分改造根本上不能完全解決粉塵污染，要真正改善污染環(huán)境，必須繼續(xù)投入一批資金和加強(qiáng)綜合管理，從粉塵治理基礎(chǔ)工作開始逐步過渡到全面綜合治理。