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(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)組占到全國發(fā)電機(jī)組總?cè)萘康?2%[1]。煤炭在被運(yùn)送到鍋爐燃燒之前，一般都要經(jīng)歷卸料、轉(zhuǎn)運(yùn)和篩分等過程，在此過程中會(huì)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(huì)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(zāi)或爆炸。粉塵被吸入人體還容易引發(fā)各種疾病，嚴(yán)重影響電廠的安全文明生產(chǎn)，同時(shí)造成煤炭資源的嚴(yán)重浪費(fèi)[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(qiáng)，加強(qiáng)輸煤系統(tǒng)粉塵的綜合治理成為了一個(gè)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(jìn)行分析，并針對性地提出粉塵綜合治理技術(shù)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(shí)際燃用煤種以粉煤為主，煤粉顆粒度細(xì)密、黏結(jié)性較強(qiáng)。輸煤系統(tǒng)除塵設(shè)備的原始設(shè)計(jì)采用單層溢流裙板式的導(dǎo)料槽，在導(dǎo)料槽上方安裝高壓靜電除塵器，導(dǎo)料槽出口安裝水噴霧設(shè)備。但高壓靜電除塵器的實(shí)際使用效果不理想，設(shè)備故障率高；水噴霧設(shè)備噴頭易堵塞、霧化效果差，且易造成皮帶粘煤、堵煤；導(dǎo)料槽前后端密封不嚴(yán)，漏粉嚴(yán)重；另外，皮帶非工作面及滾筒處無任何除塵設(shè)備，皮帶運(yùn)行過程中因滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)和皮帶振動(dòng)造成的揚(yáng)塵非常嚴(yán)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(jié)果，其產(chǎn)生過程可分解為幾個(gè)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(dǎo)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(dòng)的誘導(dǎo)風(fēng)(最高風(fēng)速可達(dá)15 m/s)，同時(shí)攜帶煤粉逸出造成揚(yáng)塵。如皮帶尾部導(dǎo)料槽密封不嚴(yán)，將導(dǎo)致周圍空間內(nèi)彌漫大量粉塵。

(2)原煤下落時(shí)對下級皮帶產(chǎn)生較大的沖擊，皮帶抖動(dòng)會(huì)使導(dǎo)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(yáng)起，造成二次揚(yáng)塵。

圖1 沉降式導(dǎo)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(jī)內(nèi)破碎產(chǎn)生大量細(xì)小的粉塵，在轉(zhuǎn)子的鼓風(fēng)作用下，碎煤機(jī)入口會(huì)產(chǎn)生攜帶煤粉的反沖氣流，增強(qiáng)出口導(dǎo)料槽內(nèi)的誘導(dǎo)風(fēng)，使揚(yáng)塵更為嚴(yán)重。

(4)皮帶尾部導(dǎo)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(dòng)和輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生揚(yáng)塵。

3 粉塵綜合治理技術(shù)方案

3.1 導(dǎo)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(dǎo)料槽更換為全封閉沉降式導(dǎo)料槽。沉降式導(dǎo)料槽由導(dǎo)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(jī)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(shè)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(dǎo)料槽上設(shè)置無動(dòng)力回流裝置，使落煤管和導(dǎo)料槽內(nèi)的誘導(dǎo)風(fēng)形成環(huán)流；兩側(cè)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(dǎo)料槽的出口部(沿皮帶運(yùn)行方向)，能有效防止物料下落時(shí)因沖擊而產(chǎn)生的灰塵向?qū)Я喜弁鈹U(kuò)散，配合防溢裙板使用能更好地防止粉塵擴(kuò)散，使粉塵在落料槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)沉淀。

電廠輸煤系統(tǒng)各轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)最大落差為13 m，在皮帶出力1 500 t/h的情況下，導(dǎo)料槽出口風(fēng)速約為15 m/s。安裝無動(dòng)力除塵裝置后，風(fēng)速降低至3 m/s。在燃煤濕度>8%時(shí)，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(dòng)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(jié)性強(qiáng)的粉煤，為防止堵煤、粘煤現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)盡可能不采用水噴霧的除塵方式。結(jié)合當(dāng)?shù)厝甏蟛糠謺r(shí)間較為干燥的天氣情況，適合選用微動(dòng)力除塵器(小型袋式除塵器)并安裝在導(dǎo)料槽出口和碎煤機(jī)入口位置，以消除導(dǎo)料槽內(nèi)殘余的誘導(dǎo)風(fēng)和碎煤機(jī)入口處的反沖氣流。

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

3.2 水噴霧設(shè)備改造

對于皮帶非工作面和輥筒處不能被封閉且不會(huì)和燃煤直接接觸的部位，采用間斷噴霧的方式抑制揚(yáng)塵。噴霧設(shè)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(dòng)反沖洗過濾裝置，無須人為干預(yù)即可定期對過濾裝置的濾芯進(jìn)行清洗。其過濾精度達(dá)到0.058 mm，壓力損失小于0.01 MPa，每個(gè)噴頭噴水量為0.02 kg/min，霧化粒度可達(dá)5～30 μm，霧化效果好、噴水量小。該套系統(tǒng)可重復(fù)利用沖洗水，根據(jù)皮帶表面的水分蒸發(fā)速度和皮帶運(yùn)行速度，合理設(shè)定噴霧時(shí)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(gè)噴頭，每個(gè)噴頭噴水量為1.20 kg/min，4個(gè)噴頭總的噴水量為4.80 kg/min。

噴霧工作時(shí)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(zhuǎn)動(dòng)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(yùn)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(shí)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(shí)間應(yīng)設(shè)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(shù)

曲線落煤管技術(shù)嚴(yán)格意義上屬于無動(dòng)力除塵理念上的延伸，并由“治標(biāo)”轉(zhuǎn)向“治本”。通過控制從頭部漏斗落料至下級皮帶尾部導(dǎo)料槽入口之間的煤流運(yùn)動(dòng)及形狀，從源頭減少誘導(dǎo)風(fēng)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(jī)構(gòu)、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(dòng)態(tài)模擬仿真為手段，針對燃煤轉(zhuǎn)運(yùn)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(dòng)路徑，通過控制物料的流動(dòng)，最大限度地減少浮塵的產(chǎn)生和減慢空氣的流動(dòng)速度。如圖2所示，在送料皮帶頭部加裝物料調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，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(shí)，槽形設(shè)計(jì)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(shí)降低了導(dǎo)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(yùn)行效果

該電廠先后完成了4個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站和10條皮帶落料點(diǎn)導(dǎo)料槽和除塵設(shè)備的改造，根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)檢測，改造后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、密封良好、無粉塵漏點(diǎn)，各轉(zhuǎn)運(yùn)站和皮帶棧橋內(nèi)粉塵濃度均降至4 mg/m3以下，設(shè)備維護(hù)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(jī)室區(qū)域在某評選活動(dòng)中獲得一致好評。

5 結(jié)束語

傳統(tǒng)的粉塵治理技術(shù)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(hù)量大和安全性差等諸多缺點(diǎn)，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(chǔ)上，采用非能動(dòng)和節(jié)能減排的設(shè)計(jì)理念，以全封閉導(dǎo)料槽為基礎(chǔ)，將無動(dòng)力、微動(dòng)力、高壓水噴霧等多種除塵方式有機(jī)整合在一個(gè)工藝系統(tǒng)內(nèi)。該系統(tǒng)能夠適應(yīng)燃煤顆粒度細(xì)密且黏結(jié)性強(qiáng)的煤種在不同濕度條件下的除塵要求，具有能耗低、維護(hù)量小、除塵效果好等優(yōu)點(diǎn)。