火力發(fā)電廠帶式輸送機系統(tǒng)粉塵治理研究

國能泉州熱電有限公司 鄧毅坤 林周勇 李建華

1 引言

目前，泉州公司共有45 條皮帶機，工藝流程復雜，轉(zhuǎn)運站眾多。各轉(zhuǎn)運站拋料點與承料區(qū)落差較大，兼之煤種原因，燃料每經(jīng)過一次轉(zhuǎn)運，在導料槽頭尾及側(cè)方產(chǎn)生大量粉塵。各轉(zhuǎn)運站之間通過管廊連接，整套轉(zhuǎn)運系統(tǒng)基本在半密閉空間運行。粉塵加速機械設(shè)備的磨損，且積聚在鋼結(jié)構(gòu)上吸附水分，加速鋼結(jié)構(gòu)銹蝕?？s短精密設(shè)備的壽命，長期積聚易引起粉塵自然等火災(zāi)事故[1]。因此，研究帶式輸送機系統(tǒng)粉塵成因及防治措施，對其進行源頭治理有效控制就顯得尤為重要。

2 粉塵成因分析

2.1 料流沖擊

傳統(tǒng)落煤管為延長襯板使用壽命，將頭部沖擊擋板設(shè)置為上仰角結(jié)構(gòu)形式，配合打格襯板緩存煤料，通過“料打料”減少襯板磨損。煤料與落煤管沖擊擋板的直接沖擊會產(chǎn)生大量粉塵，成為污染源。

2.2 誘導風

皮帶及煤料的高速運行，會裹挾氣流進入落煤管。落煤管內(nèi)原有空氣受煤料及裹挾氣流擾動形成誘導風。煤炭通過船舶運輸至港口進行接卸，煤炭在運輸過程中，內(nèi)部熱量積聚。煤炭內(nèi)部攜帶的熱量及蒸汽在接卸轉(zhuǎn)運過程中持續(xù)向外散發(fā)，加速漏斗內(nèi)部誘導風。煤料在落煤管內(nèi)由于重力加速度原因速度不斷加快，疊加煤炭散發(fā)熱量帶動誘導風速度也不斷提升，在導料槽區(qū)域達到極值。高速氣流帶動直徑小于200μm的粉塵通過導料槽頭尾及側(cè)方孔隙向周圍環(huán)境擴散，充斥于轉(zhuǎn)運站及管廊各處。誘導風是造成粉塵擴散的主要原因。

2.3 頭部揚塵

煤料隨皮帶運行進入頭罩，所攜氣流使頭罩區(qū)域產(chǎn)生正壓。頭部粉塵來源主要有煤料沖擊擋板產(chǎn)生的粉塵及清掃器刮掃皮帶所產(chǎn)生的粉塵。正壓氣流一部分自回程皮帶與落煤管之間的間隙噴出，帶出部分粉塵，氣流流動帶動附近粉塵逸散。

2.4 皮帶揚塵

轉(zhuǎn)運皮帶在拋料點與煤料分離后，雖然經(jīng)過頭部清掃器的刮掃，但承載面仍然殘留大量粉狀煤塵。由于煤料自身含有一定水分，承載區(qū)域的皮帶在回程初始階段并不產(chǎn)生揚塵，這些粉塵與水分部分黏附在回程托輥筒皮之上，待水分揮發(fā)后呈片狀散落在皮帶機回程。由于回程托輥間距較寬（3m），回程皮帶跳動量大，到達回程中后段的承載區(qū)域皮帶以及自回程初始階段的非承載區(qū)域的皮帶不斷拍打托輥，黏附在托輥及皮帶表面的粉塵獲得動能向四周飛散，形成揚塵。

2.5 改向滾筒揚塵

煤料到達改向滾筒處的皮帶，其表面水分基本被回程托輥吸附，帶面處于干燥狀態(tài)，部分粉料附著在滾筒表面，與皮帶相互碾壓，破碎形成細小粉末，滾筒與皮帶分離后被甩脫產(chǎn)生揚塵。受張緊力影響，皮帶經(jīng)過改向滾筒時，兩者之間存在一定的彈性滑動，改向滾筒的膠面出現(xiàn)不均勻磨損時，皮帶與滾筒下凹面存在速差，黏附在皮帶表面煤粉被剮蹭脫落形成揚塵。

2.6 導料槽灑落

導料槽灑落主要原因來自煤料落料點不正導致的皮帶跑偏，以及超量運行導致的導料槽皮子磨損。灑落的煤料一部分落入回程皮帶，雖然尾滾筒前方一般設(shè)有V 型清掃器，但仍有部分煤料會被卷入。卷入尾滾筒的煤料在滾筒與皮帶之間反復滾碾破碎，成為尾滾筒揚塵的主要原因。

3 粉塵治理措施

3.1 曲線落煤管

近年來，各家散料儲運企業(yè)逐漸在改造或新建項目中選擇曲線落煤管。其核心理念是保證物料按最佳角度進入曲線落煤管，減小煤流與落煤管管壁的沖擊角，控制煤流的軌跡和速度，消解紊亂氣流，盡量降低揚塵產(chǎn)生和擴散。頭罩區(qū)域設(shè)置流線型弧形導料板，整體結(jié)構(gòu)上寬下窄將散料收束成線，沖擊面根據(jù)煤料拋物曲線設(shè)計成弧線形，使煤料與導流板接觸時入料夾角按最佳角度進入（一般小于25°），平滑過渡減少沖擊。中下部落煤管受料面做梯形設(shè)計，使料流更集中，避免空氣與物料混合，對中性更好，避免皮帶跑偏。落煤管下部角度收緩，控制煤流軌跡和速度，降低轉(zhuǎn)運站內(nèi)落煤管產(chǎn)生的噪聲，煤流在離開落煤管后產(chǎn)生與下游皮帶相同的運行方向及速度相近的理想工況[2]。從而減少對下游皮帶的磨損和沖擊及導料槽內(nèi)正壓，降低粉塵產(chǎn)生，避免皮帶跑偏灑料，同時也可以有效降低煤雜質(zhì)對下游皮帶所造成的安全風險。

3.2 控制進風量

目前，泉州公司落煤管頭罩區(qū)域僅設(shè)置擋氣簾1道，且頭罩較寬，側(cè)邊與皮帶之間孔洞難以封堵，阻風效果有限，可以在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將上部頭罩向來料方向進行延展，寬度短于過渡段皮帶，下部通過皮簾（廢舊皮帶制作）與皮帶緊密貼合，側(cè)方焊接支架對其進行承托。在此基礎(chǔ)上安裝多道擋氣簾即可對進料皮帶及煤流裹挾的氣流進行一定程度的封擋，有效減少進風量，可以大幅削減導料槽誘導風量。頭罩向后延展還可以減少煤料灑落和清理時間，改造前發(fā)生堵料故障頭部漾煤時，煤料大量落入墻面滾筒下方，清理恢復困難。改造后不僅灑落量大幅減少，清理也更加方便快速。

3.3 導料槽治理

3.3.1 導料槽增容

導料槽增容可以有效降低誘導風速度，減少導料槽出口風壓。目前各廠家制作了形式不一的阻風箱或減壓箱，其本質(zhì)是對導料槽進行擴容。個別廠家在導料槽加裝導流管，試圖將氣流導入落煤管中部，但落煤管內(nèi)整體為正壓狀態(tài)，現(xiàn)實意義不大。

導料槽誘導風的風速降低和誘導風攜帶的粉塵減少，可以有效降低此區(qū)域的逸散粉塵。適當增加導料槽長度，消耗誘導風動能，減少誘導風帶動的粉塵[3]。在導料槽頂部適當開孔，安裝防塵濾網(wǎng)，降低導料槽內(nèi)壓力，可以有效減少粉塵。

3.3.2 內(nèi)部封堵

導料槽增容降低誘導風速度后，在導料槽內(nèi)部安裝擋塵簾可以進一步降低風速，消耗風的能量。擋塵簾將導料槽內(nèi)部空間橫向阻斷，只保留過煤區(qū)域，多級擋塵簾組合使用可以極大降低風速，使導料槽出口保持無風或微風狀態(tài)（＜2m/s）。擋塵簾一般在離開落料點3m 處開始設(shè)置，相互間隔約1m。在距離導料槽出口2m 范圍內(nèi)一般不要設(shè)置或者適當調(diào)高下部高度，避免煤料觸碰皮簾迸散灑落。

3.3.3 外部封堵

近年來雙層密封防溢裙邊得到逐步推廣，其外部裙邊在重力作用下處于浮動狀態(tài)與皮帶始終緊密貼合，可以有效防止粉塵溢出。雙密封裙邊的缺點在于其外部裙邊根部較為脆弱，如果大顆粒煤料進入，容易造成根部開裂，影響抑塵效果。雙密封裙邊的單價較高，從一百到數(shù)百元每米不等，更換成本高，因此要求下落煤料對中性要好，避免因落料造成皮帶跑偏，導料槽襯板與皮帶距離要合適，既不能過近劃傷皮帶，又不能太遠形成下落物料直接沖擊導料槽防溢裙邊的情況。導料槽尾部在原有基礎(chǔ)上增設(shè)尾箱，緩沖煤流下落過程中形成的正壓，尾箱加裝擋皮與皮帶緊密貼合可有效防塵。

3.4 洗帶裝置

皮帶表面殘存物料可通過在皮帶機頭部增設(shè)洗帶裝置來清除。在皮帶機頭部回程區(qū)域增設(shè)霧化噴嘴及清掃器，可以有效防止皮帶機在頭部產(chǎn)生揚塵，同時大量減少回程帶煤，避免皮帶機回程揚塵。皮帶轉(zhuǎn)入回程后，采用霧化噴頭對皮帶承載面集中噴水，后方安裝清掃器進行帶面刮掃，產(chǎn)生的煤污水導入轉(zhuǎn)運站沉淀池進行集中收集。根據(jù)現(xiàn)場實測，洗帶裝置相比傳統(tǒng)清掃方式可減少回程帶煤80%以上，有效解決了皮帶回程揚塵及改向滾筒揚塵[4]。同時設(shè)置單組霧化噴頭對非承載帶面霧化噴水，水分在回程非承載帶面散失較少，到達尾部后可以解決尾部滾筒揚塵問題。非承載帶面水漬經(jīng)過沿線承載托輥吸附，再次回到驅(qū)動滾筒時帶面已經(jīng)干燥，不會造成打滑故障。以上兩組霧化噴頭可以采用一個電磁閥控制，通過手動閥開度調(diào)整流量，具體洗帶裝置布置如圖1所示。

圖1 洗帶裝置布置

皮帶完成拋料后攜帶部分殘存物料進入清掃器及二號增面滾筒，物料經(jīng)過清掃器清掃及滾筒擠壓、破損形成粉塵，此部分粉塵在皮帶完成拋料后對帶面少量噴水，使黏附輔料濕潤避免皮帶經(jīng)過清掃器、滾筒時產(chǎn)生粉塵，且不致產(chǎn)生大量污水落入下游皮帶形成濕黏煤。

3.5 干霧抑塵

干霧抑塵系統(tǒng)能夠產(chǎn)生微米級的水霧顆粒，對懸浮在空氣中的粉塵顆粒進行有效吸附和包裹，使粉塵質(zhì)量增大，受重力作用而加速沉降，從而起到降塵的作用[5]。具體方案是在皮帶機頭部頭罩內(nèi)加裝霧化噴灑裝置，采用霧化噴頭向落煤管內(nèi)噴霧，捕捉揚塵，且噴霧在頭罩內(nèi)形成與外界形成隔離層，外逸粉塵在流動過程中與水分子進行碰撞相互作用，質(zhì)量增大，沉降速度增大，減少粉塵外逸。干霧抑塵通過與皮帶機運行系統(tǒng)聯(lián)鎖，隨皮帶啟停，實現(xiàn)自動控制。干霧抑塵裝置，抑塵效果好，節(jié)水、效率高，是目前較為通用的抑塵、除塵方法。但是干霧抑塵需要干霧機、空壓機、水汽分配器、管線、配電箱、控制柜等一系列裝置，對水質(zhì)和后續(xù)維保都有較高要求。

3.6 水噴淋

大量研究數(shù)據(jù)表明，煤料表層的含水率對煤料在卸船、轉(zhuǎn)運、堆存、上料過程起塵的影響至關(guān)重要。大量試驗研究數(shù)據(jù)表明當物料表層含水率增大后，易飛揚的粉塵顆粒在水分子的黏結(jié)、吸附的作用下黏結(jié)在一起，附著在其他大塊物料表面上，達到不起塵的目的。細小顆粒對煤料表層含水率非常敏感，適當提高物料表層含水率，可以有效降低起塵量。

針對接卸易產(chǎn)生揚塵的煤種，在產(chǎn)塵源頭安裝水噴淋裝置對物料表面含水率進行補充調(diào)節(jié)。水分與物料在轉(zhuǎn)運過程中充分混合，使細小粉塵顆粒黏附在物料表面，減少揚塵。水噴淋裝置結(jié)構(gòu)簡單、控制方便，對水質(zhì)要求不高，可以有效調(diào)節(jié)煤流含水率，降塵效果良好。

3.7 除塵器

除塵器作為皮帶運輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)運站的常規(guī)配置，對導料槽揚塵抑制有顯著效果。目前常用除塵器主要有濾袋、多管沖擊及靜電除塵等形式。濾袋除塵器隨著吸附粉塵的增多除塵效果會逐步下降，需要定期進行反吹或振打除灰。當遇到含水率較高的煤種或者落煤管內(nèi)裝有干霧抑塵設(shè)施時，其外表面附著一層煤泥，除塵效果更差。多管沖擊式除塵器對水質(zhì)要求較高，用水量大。靜電除塵器有爆燃的安全風險。本廠所用除塵器為多管沖擊式，其額定風量為10800m3/h，導料槽截面積約1m2，則其可吸收的誘導風速度為3m/s。多管沖擊式除塵器吸風量可以有效降低導料槽內(nèi)誘導風的風速，減少導料槽出口風速，降低揚塵。

4 結(jié)語

通過熱力發(fā)電廠燃料接卸轉(zhuǎn)運系統(tǒng)各環(huán)節(jié)粉塵產(chǎn)生原因、部位進行分析，并有針對性地實施預(yù)防措施，通過本公司的實踐經(jīng)驗及治理措施的實施，能夠有效降低現(xiàn)場揚塵，改善現(xiàn)場工作人員的身體健康，保護環(huán)境保，具有積極的社會效益和經(jīng)濟效益，促進企業(yè)綠色、健康、高質(zhì)量發(fā)展，為同行業(yè)企業(yè)粉塵治理提供借鑒經(jīng)驗。