輸煤系統(tǒng)粉塵綜合治理研究

楊傳銘

（廈門力祺環(huán)境工程有限公司，福建 廈門 361100）

現(xiàn)階段我國電能生產仍以燃煤發(fā)電技術為主，在實際運行過程中，煤炭在燃燒前會經歷卸料、轉運、篩分等過程后運送至鍋爐內，在多方面因素的影響下，使得輸煤系統(tǒng)不可避免地出現(xiàn)粉塵問題，輕則對工作場所環(huán)境造成一定程度污染，重則引發(fā)爆炸事故并威脅到人員生命安全。在此背景下，如何強化輸煤系統(tǒng)的粉塵治理效果愈發(fā)受到火電廠的重視。

1 輸煤系統(tǒng)粉塵的危害及影響

分析輸煤系統(tǒng)運行期間粉塵造成的危害，具體表現(xiàn)為：

1.1 易燃易爆性危害

當粉塵與空氣中氧氣充分接觸后，會讓粉塵具備自燃性，若粉塵產生熱量持續(xù)增高并形成氧化反應，當溫度達到臨界值時極易導致粉塵出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。同時，若在密閉環(huán)境內發(fā)生粉塵自燃現(xiàn)象，形成的有毒氣體會對人體健康造成一定影響。同時，粉塵燃燒期間其燃燒體積會隨著氧化反應速度的變化而持續(xù)增大，并導致燃燒區(qū)域內形成沖擊波，而當沖擊波超過300 m/s的臨界值時，工作場所內的燃燒會轉變?yōu)楸?，嚴重危害的人員生命安全。

1.2 致病性危害

致病性已然成為粉塵危害的主要特征之一，若工作人員長期在工作場所內吸入大量粉塵，極易增大塵肺病的發(fā)生概率，人體內肺組織因大量粉塵的滯留形成彌漫性纖維化的病癥，不僅導致人體免疫、抵抗能力明顯下降，甚至威脅到人員生命健康。相關統(tǒng)計表明，塵肺病已然成為我國發(fā)生率相對較高的職業(yè)病之一，不僅對患者及其家屬的精神、生活造成嚴重負面影響，同時增大企業(yè)經濟損失。

1.3 設備與環(huán)境危害

輸煤系統(tǒng)運行期間大量粉塵的產生會對工作環(huán)境造成較大污染，在長期運行條件下，其系統(tǒng)設備極易出現(xiàn)大量粉塵附著、滲透的現(xiàn)象，繼而導致設備部分零部件出現(xiàn)嚴重磨損，增大設備出現(xiàn)故障異常的概率，甚至因粉塵影響導致設備運行年限縮減。

2 輸煤系統(tǒng)治理前存在的問題

發(fā)電廠的運行主要是借助輸煤系統(tǒng)將煤炭資源從卸煤點運輸至鍋爐煤倉，而在客觀條件、技術能力等因素的限制下，使得輸煤系統(tǒng)在運行期間易產生大量粉塵，其具體問題表現(xiàn)為：

（1）運行期間主要以落煤管為載體將原煤運送至皮帶運輸機，當皮帶運輸系統(tǒng)以2.5m/s的速度運行時，存在于膠帶面的原煤因振動、擠壓、摩擦形成大量粉塵，同時煤粉在導料槽氣壓增高的影響下從出口或接縫位置大量噴出。以往對于粉塵的治理，主要是視情況在導料槽兩邊進行擋煤皮子的安裝，但因導料槽與擋煤皮子不貼合、皮子硬度較大，使得粉塵治理效果不明顯，無法將工作場所內的粉塵含量控制在預期范圍內。

（2）運行期間碎煤機的環(huán)壁與環(huán)錘相互作用下極易形成鼓風，原煤破碎后大量粉塵的產生使得碎煤室的粉塵濃度始終保持在限定值以上，因對下落煤粉處理不到位導致發(fā)電廠粉塵問題加劇。

（3）若運行過程中實際運輸量超過設定標準，或者是部分位置存在積煤粘附過多情況，極易因落煤管發(fā)生堵煤現(xiàn)象而形成粉塵。同時，若落煤管轉角位置的煤流動態(tài)安息角小于其運行方向，在接觸漏斗時記憶增大落煤管出現(xiàn)沖擊性堵煤的現(xiàn)象。另外，若工作期間相關人員未做到對系統(tǒng)的定期檢查清理，極易因積煤持續(xù)增多導致落煤管發(fā)生堵塞，不僅對現(xiàn)場人員生命安全造成威脅，亦對發(fā)電廠發(fā)電效率的控制產生影響。

3 曲線落煤管結構及作用原理

3.1 系統(tǒng)結構及部分的作用原理

作為燃煤發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)中的重要組成，曲線落煤系統(tǒng)發(fā)揮著至關重要的作用，其主要構成部分涉及到頭部導流罩、三通分料器、曲線落煤管、頭部漏斗、糾偏器、調節(jié)法蘭等。文章以某電廠為例，改造前為折線落煤管，運行期間極易因煤流下降速度過高而形成誘導風，致使粉塵濃度持續(xù)增高，且煤落管與原煤之間極易因碰撞形成噪聲污染。鑒于此，該電廠結合實際情況的分析，利用曲線落煤管來取代傳統(tǒng)方案。

圖1 曲線落煤系統(tǒng)

對于頭部導流罩的設計，作為落煤管系統(tǒng)中的重要組成部分，導流罩發(fā)揮煤流運動方向改變的功能，并以集束流動來取代煤流自由下落的態(tài)勢，所以輸煤系統(tǒng)中煤流流動是否合理與導流罩及其擋板的合理設計之間存在密切關聯(lián)。為保證導流罩擋板的設計契合實際需求，需在充分參照設計要求的前提下，對煤流運動曲線和擋板曲線的夾角進行優(yōu)化控制，通過對撞擊現(xiàn)象的抑制來達到減少動能損失的目的，并實現(xiàn)對揚塵與掛煤情況的有效控制。結合對實際設計需求的分析，基于對相關數據的采集來確定擋板與導流罩的尺寸與結構，以≯10°為基準進行擋板曲線與運動曲線的夾角控制，實現(xiàn)以集束流動的形式來減小煤流撞擊，實現(xiàn)對輸煤系統(tǒng)粉塵治理效果的提升。

對于三通分料器的設計，目前常用包括套筒式、翻板式、扇形翻板式三種。該構件的主要原理是：以旋轉軸為載體進行電液推桿的連接，在運行狀態(tài)下帶動軸上套筒、擋板進行轉動，最終達到煤流換向的目的。在運行期間使用翻板式三通分料器，其主要優(yōu)勢包括結構簡單、換向快、體積小等，但因技術條件等方面的影響，使得分料器在運行期間因煤粉占據導致?lián)醢迮c側壁之間出現(xiàn)卡死情況。運行期間扇形翻板式分料器的應用，主要是利用扇形凹槽進行翻板的取代，可實現(xiàn)對積煤問題的有效解決，但在實際運行期間，若扇形翻板在“零”煤流速度時處于中位，此時扇形翻板會在煤流的撞擊下逐漸形成變形問題，且系統(tǒng)軸承在較大徑向力的作用下減少運行壽命，亦會導致大量粉塵的出現(xiàn)。

對于套筒式三通分料器的設計，主要是基于對翻板式、扇形翻板式分料器問題的分析，對其結構進行優(yōu)化改進。運行期間可有效規(guī)避變形、積煤等問題出現(xiàn)，但劣勢在于結構復雜，且安裝期間需利用限位裝置對分料器套筒進行單獨固定。

結合對上述分料器情況的分析，該發(fā)電廠對于三通分料器的應用，自主設計兩側帶擋板的翻板分料器方案，相較于其他類型分料器的應用，在換向效率、結構簡單等方面存在顯著優(yōu)勢，且分料器與側壁之間積煤問題可利用兩側弧板有效解決，可保證在多種運行工況中始終保持較為穩(wěn)定度運行狀態(tài)。

對于曲線落煤管的設計，以往折線結構的應用，因其結構簡單使得運行期間易產生大量煤塵，且尖角位置極易因動能流失過多而形成掛煤現(xiàn)象。同時，內壁與煤流在運行期間易形成較大沖擊，進而形成嚴重噪聲污染。鑒于此，可依托于圓截面，通過對不同曲率曲線的過濾來優(yōu)化落煤管設計，可在有效解決掛煤問題的同時，避免因反復撞擊形成噪聲污染。且曲線落煤管的設計還可發(fā)揮出風速誘導控制的作用，通過對皮帶速度與煤流水平速度的同步控制來減少粉塵。

3.2 曲線落煤管理塵特點

火電廠輸煤系統(tǒng)中應用曲線煤落管系統(tǒng)，可實現(xiàn)以“集中式”的有序滑落來取代傳統(tǒng)的“爆炸式”無序墜落，實現(xiàn)從源頭處做到對粉塵問題的有效抑制。

4 綜合治理辦法及治理效果

4.1 綜合治理辦法

4.1.1 導料槽改造技術

輸煤系統(tǒng)運行期間粉塵的形成與空間是否密閉之間存在密切關聯(lián)，而實現(xiàn)對粉塵問題的有效治理，可利用全封閉沉降室導料槽來取代傳統(tǒng)導料槽形式。即應用沉降式導料槽來優(yōu)化構建輸煤系統(tǒng)，其導料槽構成涉及到沉積區(qū)、耐磨板、導料槽本體、擋簾、中間段密封箱、尾部密封箱等。通過在皮帶機接料匙位置進行沉積區(qū)的安設，實現(xiàn)對含塵空氣以抑制空氣流速的方式來穩(wěn)定控制，在促進浮塵有效沉積的同時，以物料層為載體進行沉積粉塵的收集?；趯Ω叩烷g隔的擋簾有效設置，可在沉積區(qū)內對氣流流速進行逐步控制。結合對實際粉塵治理需求的分析，將無動力回流裝置視情況安設于導料槽上部位置，通過形成誘導風在導料槽與煤落管內進行環(huán)流的生成。同時，可配合緩沖床將雙層密封的滑板、裙板設置于兩側位置，并在導料槽出口部位按照相應要求進行擋簾的設置，避免原煤在下落過程中形成的灰塵大量外散，結合對防溢裙板的有效應用，可進一步促進輸煤系統(tǒng)粉塵防治效果的提升，確保在導料槽內原料粉塵得以充分沉淀。

例如，2019年某發(fā)電廠對輸煤系統(tǒng)導料槽進行改造。據悉該廠以往運行期間主要采用普通導料槽，不僅頻繁出現(xiàn)問題故障，并且因密封效果較差，導致工作場所粉塵濃度長期處于較高狀態(tài)。且運行期間14條傳輸皮帶運行壽命明顯下降，不僅影響到發(fā)電廠效益創(chuàng)造，甚至因粉塵污染較大威脅到人員生命安全。對此該廠進行密封式導料槽技術改造，實現(xiàn)對粉塵、磨損問題的有效解決，并促進輸煤系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的提升。

4.1.2 水噴霧系統(tǒng)改造

為實現(xiàn)對粉塵的綜合性治理，可對輥筒與皮帶非工作面位置，且無法與燃煤直接接觸的位置進行水噴霧系統(tǒng)的安設，噴霧系統(tǒng)以間斷式噴霧位置，實現(xiàn)對揚塵問題的有效抑制。對于水噴霧系統(tǒng)的改造，可將高壓噴霧作為主要構成系統(tǒng)，并依據實際治理需求選用高壓自清潔螺旋噴頭，避免在運行期間出現(xiàn)噴頭堵塞現(xiàn)象。同時，依托于自動反沖洗過濾裝置的有效安設，可實現(xiàn)定期對過濾裝置進行自動化清潔，確保其濾芯始終處于清潔狀態(tài)。對于水噴霧系統(tǒng)的改造，可以0.058 mm為基準進行過濾精度控制，并保證壓力損失控制在0.01 MPa，以0.02 kg/min為基準進行各噴頭噴水量控制，通過將霧化粒度控制在5～30μm范圍內，可進一步提升噴霧系統(tǒng)的除塵效果。

另外，需在系統(tǒng)改造時增設可重復利用沖洗水的功能，并依據對皮帶運行速度、表面水分蒸發(fā)速度的計算與分析，對噴霧間隔、持續(xù)時間進行精準設定，進而在保證粉塵治理效果符合預期需求的同時，進一步提升水資源利用率。以興安熱電公司為例，在冬季階段輸煤系統(tǒng)運行期間，受到暖空氣的影響，在皮帶運輸期間煤粉極易形成粉塵，進而威脅到人員人身安全。對此該公司利用新型噴霧設備對原有噴霧系統(tǒng)進行改造，分別在易起粉、落煤點等位置進行噴霧裝置的設置，并將噴霧式噴淋裝置安設于回層皮帶位置，結合對水膜除塵器的合理安設，實現(xiàn)對粉塵問題的有效治理，為現(xiàn)場人員營造更為安全、舒適的環(huán)境。

4.2 治理效果分析

經綜合治理改造后，電廠輸煤系統(tǒng)相關設備運行穩(wěn)定性得以顯著提升，通過密封性提升以及對粉塵漏電的處理，實現(xiàn)對揚塵問題的有效抑制，無論是皮帶棧橋還是輸煤系統(tǒng)轉運站，其粉塵濃度均控制在4 mg/m3范圍內，不僅有助于降低人員清潔場地、維護設備的工作量，亦可保障現(xiàn)場人員不受粉塵的危害與影響，實現(xiàn)對現(xiàn)場文明衛(wèi)生條件的改善，確保電廠運行負荷符合相關粉塵濃度控制要求與標準，進而在提升電廠運行安全性的同時，促進燃煤電廠運行朝著生態(tài)化、節(jié)能化的方向持續(xù)發(fā)展。

5 結論

綜上所述，粉塵綜合治理措施的實施，一方面可為人員人身安全提供保障，另一方面則有助于促進電廠達到節(jié)能環(huán)保的發(fā)展目標。鑒于此，為實現(xiàn)對輸煤系統(tǒng)粉塵的有效治理，要求燃煤電廠在明確粉塵濃度控制標準的前提下，對燃煤系統(tǒng)運行現(xiàn)狀進行深度分析，在此基礎上通過改進水噴霧系統(tǒng)、優(yōu)化曲線落煤管設計、改善導流槽系統(tǒng)來促進粉塵治理效果的顯著提升，避免粉塵濃度過高威脅人員生命安全，并有助于促進燃煤電廠朝著可持續(xù)、綠色化的方向持續(xù)發(fā)展。