粉塵治理技術(shù)在煉化熱電裝置的改造應(yīng)用

李國良

(中國石化齊魯分公司熱電廠,山東淄博 255410)

粉塵是煉化企業(yè)熱電裝置典型的職業(yè)病危害因素[1,2],存在于物料的接卸、轉(zhuǎn)運(yùn)、篩分、破碎、輸送以及灰渣裝車等諸多環(huán)節(jié),上述環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的粉塵存在多種危害,如危害作業(yè)人員職業(yè)健康,影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行等,嚴(yán)重的煤塵積聚可能引起火災(zāi)甚至爆炸事故[3-6]。因此,分析并掌握熱電裝置粉塵的時空分布并對其采取有效的治理措施具有重要意義。

1 對象和方法

1.1 對象

以某煉化企業(yè)熱電裝置為調(diào)查對象,包括燃煤的接卸、輸送、轉(zhuǎn)運(yùn)、破碎、燃燒后灰渣外運(yùn)和石灰石的接卸、轉(zhuǎn)運(yùn)等環(huán)節(jié),涉及的場所包括原料車間、鍋爐車間、汽機(jī)車間、脫硫車間等。

1.2 方法

1.2.1 粉塵危害調(diào)查分析

在全面了解熱電裝置工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備及布局、原輔材料、產(chǎn)品及副產(chǎn)品、粉塵防護(hù)措施等的基礎(chǔ)上,識別和分析熱電裝置存在或可能存在粉塵的環(huán)節(jié)及崗位分布。

1.2.2 粉塵采樣與檢測依據(jù)

根據(jù)生產(chǎn)過程中粉塵時空分布變化情況以及作業(yè)人員的職業(yè)活動特點(diǎn)(作業(yè)范圍和地點(diǎn)),根據(jù)GBZ 159—2017《工作場所空氣中有害物質(zhì)監(jiān)測的采樣規(guī)范》規(guī)定的方法,采用定點(diǎn)采樣與個體采樣相結(jié)合的方式對各崗位接觸的煤塵、矽塵、石灰石粉塵等危害因素進(jìn)行采樣。按照GBZ/T 192—2007《工作場所空氣中粉塵測定》對粉塵濃度和游離二氧化硅含量進(jìn)行檢測。

1.2.3 結(jié)果判定依據(jù)

按照GBZ 2.1—2019《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1部分:化學(xué)有害因素》[8]中的要求對粉塵進(jìn)行檢測,提取出表1對粉塵的檢測結(jié)果,并總結(jié)出,勞動者接觸僅制定有 PC-TWA 但尚未制定 PC-STEL 的化學(xué)有害因素時,實(shí)際測得的當(dāng)日CTWA不得超過其對應(yīng)的 PC-TWA 值;同時,勞動者接觸水平瞬時超出 PC-TWA 值3倍的接觸,每次不得超過15 min,一個工作日期間不得超過4次,相繼間隔不短于1 h,且在任何情況下都不能超過 PC-TWA 值的5倍。

表1 粉塵職業(yè)接觸限值要求[8] mg·m-3

1.2.4 治理措施

根據(jù)粉塵產(chǎn)生原因、時空特征分布和粉塵濃度結(jié)果分析,結(jié)合現(xiàn)場工藝特點(diǎn)和設(shè)備布局,針對落煤管、輸煤皮帶和灰渣庫裝車口采取曲線落煤管、無動力除塵、干霧抑塵和負(fù)壓除塵等治理技術(shù),對熱電裝置現(xiàn)場的粉塵進(jìn)行治理,并對其效果進(jìn)行分析與評價。

2 結(jié)果

2.1 粉塵職業(yè)病危害因素分布分析

熱電裝置各車間生產(chǎn)過程中存在的主要職業(yè)病危害因素有煤塵、矽塵、石灰石粉塵。其中煤塵來源于原料煤裝卸、輸送過程;矽塵來源于原料煤燃燒后煙氣中夾帶的游離二氧化硅含量大于10%的粉塵;石灰石粉塵來源于在脫硫系統(tǒng)使用石灰石粉的卸車、輸送、儲存過程中。粉塵的主要分布及接觸崗位詳見表2。

表2 主要職業(yè)病危害因素分布

通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),熱電裝置粉塵產(chǎn)生的主要影響因素為燃煤的特性、物料落差、設(shè)備的密閉性能和除塵設(shè)施的效果等。其中燃煤特性涉及煤的水分、粒度和種類均一性等,例如當(dāng)原煤表面水分低于7%～8%時輸轉(zhuǎn)過程便揚(yáng)塵明顯;當(dāng)燃煤為褐煤時,由于其易分解特性,更容易產(chǎn)生煤塵。

2.2 治理前粉塵檢測結(jié)果

原料燃煤、飛灰和灰渣中游離二氧化硅的含量在5.6%～15.6%,其中燃燒后的產(chǎn)物飛灰和灰渣形成的粉塵定性為矽塵,檢測結(jié)果詳見表3。

表3 游離二氧化硅含量檢測結(jié)果

對熱電裝置接觸粉塵的各崗位檢測結(jié)果顯示,脫硫巡檢工矽塵(煤灰塵)和輸煤工煤塵檢測結(jié)果超過職業(yè)接觸限值的要求,司爐崗位煤塵、矽塵未超標(biāo);現(xiàn)場粉塵濃度較高的位置有細(xì)灰裝車處、粗灰裝車處、落煤管和輸送皮帶,詳見表4。

表4 治理前粉塵檢測結(jié)果 mg/m3

對熱電裝置各主要產(chǎn)塵點(diǎn)粉塵產(chǎn)生及超標(biāo)原因進(jìn)行調(diào)查,結(jié)果如下:

a) 落煤管。本裝置#1落煤管和#2落煤管為傳統(tǒng)落煤管,對各種帶速、不同的帶式輸送機(jī)傾角的適應(yīng)性較差。煤流與頭部護(hù)罩爆炸式撞擊,同時落煤管有幾處轉(zhuǎn)角,物料在轉(zhuǎn)角處不斷地撞擊、摩擦,煤之間夾帶的空氣不斷擴(kuò)張繼而揚(yáng)起大量的煤塵;另外,物料快速下落時卷吸大量誘導(dǎo)風(fēng)進(jìn)入落煤管和導(dǎo)料槽,其內(nèi)形成高壓含塵氣流,導(dǎo)致風(fēng)速過快的情況下,局部負(fù)壓除塵罩無法對落煤管尾部形成的粉塵進(jìn)行有效捕集。

b) 輸煤皮帶。輸送皮帶跑偏及膠帶抖動等運(yùn)行異常導(dǎo)致導(dǎo)料槽的密封不嚴(yán),煤流下落過程中形成的正壓氣流中含有的細(xì)小煤塵顆粒一部分從密閉不嚴(yán)的導(dǎo)料槽縫隙逸散,一部分隨輸送帶前進(jìn)方向從導(dǎo)料槽前部出口逸散。

c) 灰?guī)臁ｅ仩t裝置形成粉煤灰被除塵器收集后經(jīng)除灰系統(tǒng)的濃相氣力輸送至灰?guī)?。灰?guī)熳鳛闅饣曳蛛x器,其頂部設(shè)置布袋除塵器,布袋除塵器后設(shè)置排氣風(fēng)機(jī),灰?guī)斓撞吭O(shè)置卸灰管。卸灰時庫頂風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行,輸灰和庫底氣化空氣進(jìn)入罐內(nèi),導(dǎo)致罐內(nèi)成正壓狀態(tài),含塵氣體通過卸灰管與罐車連接處的縫隙逸散。

2.3 具體治理措施與效果

2.3.1 曲線落煤管改造

針對#1和#2傳統(tǒng)落煤管存在物料爆炸式?jīng)_擊和誘導(dǎo)風(fēng)形成正壓造成揚(yáng)塵的主要問題,采用新型曲線落煤管進(jìn)行改造。曲線落煤管可將煤流在傳統(tǒng)落煤管中的“爆炸式”無序墜落變?yōu)椤凹健庇行蚧?控制滑落煤流的出口速度與接料皮帶速度一致,從源頭上抑制了粉塵的產(chǎn)生。曲線落煤管轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)由頭部導(dǎo)流罩、頭部漏斗、三通分料器、調(diào)節(jié)法蘭、曲線落煤管和糾偏器等組成。具體做法如下。

a) 基于燃煤粒子的彈性、黏性、塑性、形變等級、滑動、膨脹和流動性等特性參數(shù),利用EDEM軟件模擬仿真煤流的運(yùn)動狀態(tài)。

b) 通過結(jié)構(gòu)設(shè)計控制煤流在滑落過程中的動勢能大小和方向的轉(zhuǎn)變,使其嚴(yán)格按照最佳切向角度和速度滑落,煤流的出口速度與皮帶速度接近且控制煤流與皮帶的接觸位置位于皮帶中央,防止皮帶跑偏并保證皮帶有效出力。根據(jù)現(xiàn)場工況分析計算,本裝置煤流離開滾筒的方式為在切點(diǎn)處脫離傳送帶和滾筒進(jìn)行平拋運(yùn)動,導(dǎo)流罩擋板曲線與煤流曲線夾角設(shè)計為9°。

c) 利用兩側(cè)弧形擋板設(shè)計優(yōu)化了傳統(tǒng)翻板三通分料器,具備結(jié)構(gòu)簡單、換向速度快且防止翻板與分料器側(cè)壁縫隙積煤的優(yōu)點(diǎn)。

d) 曲線落煤管采用一段直管加兩段圓弧段組成,直管段與圓弧段兩端沿切線方向平滑過渡。

同時,為了降低曲線落煤管堵煤概率,在頭部導(dǎo)流罩下部設(shè)計彈簧減震共振裝置;落煤管上下采用柔性連接和彈簧懸掛系統(tǒng);選擇鏡面復(fù)合耐磨鋼板和 Q345 結(jié)合使用的無襯板降低落煤管摩擦系數(shù)。

改造后運(yùn)行效果監(jiān)測顯示,煤流平均合速度由改造前的6.32 m/s降低為3.69 m/s;水平方向速度由改造前的0.21 m/s變?yōu)?.81 m/s,與輸送帶(輸送帶速度為2.5 m/s)相對速度由改造前的2.29 m/s變?yōu)?.31 m/s;垂直于輸送方向的速度由改造前的6.13 m/s降低為2.41 m/s。上述改造實(shí)現(xiàn)了落煤管處煤流的“集束有序”運(yùn)動,降低對皮帶的沖擊力和相對運(yùn)動引起的皮帶磨損。粉塵檢測結(jié)果顯示,#1和#2落煤管處煤塵的濃度由治理前的13.26～15.51 mg/m3降低為2.21～2.38 mg/m3。治理后粉塵檢測結(jié)果如表5所示。

表5 治理后粉塵檢測結(jié)果 mg/m3

2.3.2 輸送皮帶防塵改造

裝置裝運(yùn)站內(nèi)的#1、#2輸送皮帶采用負(fù)壓除塵方式,對高落差下落物料形成的正壓含塵氣流無法形成足夠的捕集速度導(dǎo)致捕集效果差;同時隨著通風(fēng)除塵設(shè)施的長周期運(yùn)行,除塵管道內(nèi)粉塵黏著導(dǎo)致管道堵塞使得效果進(jìn)一步變差。在結(jié)合現(xiàn)場工況和落煤管改造方案的基礎(chǔ)上,對輸煤皮帶采取無動力除塵、干霧抑塵和導(dǎo)料槽密封改造的系統(tǒng)化解決方案,具體為:

a) 無動力除塵。在落煤管與導(dǎo)料槽處設(shè)置由擴(kuò)容物理沉降室、循環(huán)回風(fēng)裝置、濾塵室和尾部密封裝置等組成的無動力除塵裝置。當(dāng)煤流經(jīng)落煤管下落時產(chǎn)生沖擊氣流,在導(dǎo)料槽壁板結(jié)構(gòu)件的限制下,含塵氣流沿輸送帶運(yùn)行正反兩個方向擴(kuò)散。沿輸送帶運(yùn)行反方向處,少部分含塵氣流受到導(dǎo)料槽尾部設(shè)置的多級阻尼抑塵簾阻滯粘結(jié)而被吸附,防止其通過導(dǎo)料槽尾部逸散;而大部分含塵氣流沿輸送帶向前運(yùn)行過程中,受到阻尼膠簾阻擋反彈,經(jīng)擴(kuò)容物理沉降室進(jìn)入循環(huán)回風(fēng)裝置而產(chǎn)生持續(xù)循環(huán),循環(huán)過程隨著氣流中粉塵濃度的逐步增高而在重力作用下沉降脫落,達(dá)到自然沉積凈化的目的。另一小部分含塵氣流繼續(xù)向前經(jīng)過濾塵室阻塵密封簾黏結(jié)吸附并最終耗盡動能。

b) 干霧抑塵。在輸送皮帶的中段(導(dǎo)料槽出口以后)設(shè)置由干霧機(jī)、水氣分配器、輸水管路、輸氣管路、噴頭總成、伴熱保溫系統(tǒng)、空壓機(jī)、儲氣罐、控制系統(tǒng)、供電裝置及配件等組成的干霧抑塵裝置。利用噴嘴形成的完全霧化的氣霧對小于150 μm的煤塵顆粒,特別是顆粒度小于10 μm的粉塵顆粒進(jìn)行有效的吸附,使粉塵受重力作用而沉降,達(dá)到抑塵作用。

c) 導(dǎo)料槽密封改造?，F(xiàn)有導(dǎo)料槽防溢裙板為普通橡膠皮帶切制,通過角鋼、楔形鎖緊裝置等,與導(dǎo)料槽固定在一起,存在耐磨性差、無上下變形量而無法適應(yīng)皮帶位移和更換工作量大等弊端,使用過程中存在漏煤和漏粉等問題。為此,本次改造采用由聚氨酯材料制成的人字形雙密封防溢裙板。防溢裙板采用直板與裙邊雙層密封一體結(jié)構(gòu),直板貼緊導(dǎo)料槽側(cè)邊,底部接觸皮帶;裙邊外翻并可在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn),依靠橡膠板彈性實(shí)現(xiàn)皮帶跟蹤,保持與皮帶緊密接觸,密封性能優(yōu)異。裙邊密封采用單邊圓弧過渡,皮帶跑偏時,不會損傷皮帶與裙邊,并可自動恢復(fù)原狀。

實(shí)施改造后對轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)落煤管和輸送皮帶處的粉塵進(jìn)行了檢測,結(jié)果顯示煤塵的濃度由治理前的3.51～9.73 mg/m3降低為0.77～1.73 mg/m3,全部符合職業(yè)接觸限值的要求。

2.3.3 灰?guī)煅b車處改造

根據(jù)現(xiàn)有灰?guī)煅b車處除塵設(shè)施問題,采取了對灰?guī)祉敳康牟即龎m器的擴(kuò)容改造,增加布袋除塵器的過濾面積,同時更換大功率排風(fēng)機(jī),保證庫內(nèi)負(fù)壓狀態(tài)。同時將卸灰管改造為套管設(shè)計,內(nèi)管為煤灰的落料通道,外管為負(fù)壓抽風(fēng)管,接頂部布袋除塵器和排風(fēng)風(fēng)機(jī),避免卸料過程中罐車內(nèi)因正壓從卸料管和罐車連接處逸散粉塵。在灰?guī)爝\(yùn)輸車的進(jìn)出口處設(shè)置干霧抑塵裝置,對裝車過程中逸散的粉塵進(jìn)行捕集,防止污染環(huán)境。另外,灰?guī)炝衔挥嬘扇斯y量改造為雷達(dá)料位計,實(shí)現(xiàn)灰位的在線實(shí)時測量,避免灰?guī)煲鐜烀盎摇?/p>

改造后細(xì)灰和粗灰裝車處的粉塵濃度由4.26～5.41 mg/m3降低為1.36～1.62 mg/m3,符合職業(yè)接觸限值的要求。

3 討論

本項目針對轉(zhuǎn)運(yùn)站落煤管和輸煤皮帶采取了曲線落煤管[9-11]、無動力除塵和干霧抑塵的系統(tǒng)化解決方案,從源頭到結(jié)尾的幾個重要環(huán)節(jié)采取技術(shù)手段優(yōu)化設(shè)計,多點(diǎn)阻斷或抑制粉塵,較好地解決了燃煤輸送過程中的粉塵危害。

3.1 曲線落煤管

曲線落煤管適用于大落差轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn),通過設(shè)定有效的流動曲線,可以最大限度地減少落煤管出口誘導(dǎo)風(fēng)速。但同時應(yīng)注意曲線落煤管的不足之處,主要為其應(yīng)用過程中也應(yīng)注意由于其針對特定的煤質(zhì)進(jìn)行分析設(shè)計,對煤質(zhì)的穩(wěn)定性要求較高。若煤源較雜,采用流線型落煤管,可能會出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象,需要采取相應(yīng)的防止堵煤措施。

3.2 干霧抑塵

干霧抑塵對不同工況的適用性好,對10 μm以下的可吸入性粉塵的治理效果最佳,干霧抑塵的除塵效率可高達(dá)95%以上;對于起塵嚴(yán)重的煤種如褐煤,如果采用曲線落煤管和無動力除塵仍不能將粉塵完全除掉,應(yīng)該考慮在導(dǎo)料槽外部給料點(diǎn)兩側(cè)、導(dǎo)料槽前后采用干霧抑塵裝置。干霧抑塵會提高轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)空氣的濕度,使設(shè)備腐蝕風(fēng)險增加,并且在一定程度上會造成水污染,產(chǎn)生一定量的煤污水,對產(chǎn)生的污水則需要通過處理系統(tǒng)進(jìn)行回收處理。設(shè)備對灑水量的控制有較高的要求,用水量大可能會對設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生打滑和跑偏等負(fù)面影響,甚至可能造成設(shè)備表面結(jié)冰,用水量小則難以達(dá)到除塵效果,導(dǎo)致空氣污染問題不能達(dá)到有效解決。

3.3 無動力除塵與全密封導(dǎo)料槽

無動力除塵設(shè)施具備除塵效果好、應(yīng)用安全可靠、無需人工操作和維護(hù)量小、不占地、施工周期短、生產(chǎn)成本低和無二次污染等優(yōu)點(diǎn)[12,13]。聚氨酯材料的全密封導(dǎo)料槽具備密封性高、自適應(yīng)性好和對皮帶傷害小的特點(diǎn),具有良好的應(yīng)用效果。在實(shí)際運(yùn)行過程中,兩者均需要做好定期維護(hù)和檢修,確保其處于良好運(yùn)行狀態(tài)。

3.4 灰?guī)煅b車改造

灰?guī)煅b車通過優(yōu)化裝車設(shè)備并結(jié)合自動化計量設(shè)備和干霧抑塵裝置很好地解決了現(xiàn)場粉塵逸散、人員接觸時間長的職業(yè)健康風(fēng)險問題,顯示了生產(chǎn)工藝設(shè)備革新對職業(yè)病危害風(fēng)險控制的關(guān)鍵作用。