余斌

(國(guó)能神華九江發(fā)電有限責(zé)任公司 江西九江 332500)

火電廠輸煤系統(tǒng)是其工作設(shè)備之一，一般包括燃料運(yùn)輸、卸煤機(jī)械、受煤裝置、煤場(chǎng)設(shè)施、輸煤設(shè)備、煤量計(jì)量裝置、篩分破碎裝置、集中控制和自動(dòng)化裝置、輔助設(shè)備等。在火電廠生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，輸煤系統(tǒng)作用突出，工作內(nèi)容的特殊性也使其作業(yè)過(guò)程存在一定的安全隱患，輸煤系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵有可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸，危及生產(chǎn)者健康。近年來(lái)，雖然得到一定控制，但仍有必要進(jìn)一步降低粉塵的影響，提升生產(chǎn)效益[1]。我國(guó)以《電力安全生產(chǎn)監(jiān)督管理辦法》（2015 年2 月17日國(guó)家發(fā)展改革委令第21號(hào)）等文件指導(dǎo)火電廠的管理活動(dòng)，并要求從技術(shù)層面控制生產(chǎn)過(guò)程，提升安全性和工作效益。在此背景下，為進(jìn)一步發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，保證火電廠工作質(zhì)量，就火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理技術(shù)思路和方法進(jìn)行分析，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵成因與危害

1.1 火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵成因

火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵直接成因在于，燃煤輸送過(guò)程中的磕碰、撞擊以及主動(dòng)加工，導(dǎo)致煤塊破碎，較小的煤渣可形成粉塵，在輸送過(guò)程中進(jìn)一步受到風(fēng)力和負(fù)壓因素影響，進(jìn)入空氣和設(shè)備外的作業(yè)空間內(nèi)。其間接原因則比較復(fù)雜，與設(shè)備老化、設(shè)計(jì)因素、管理因素均存在關(guān)聯(lián)。例如：老化的設(shè)備可能存在連接松動(dòng)、封閉效果下降等問(wèn)題，輸送燃煤的過(guò)程中，粉塵產(chǎn)生數(shù)量較大，進(jìn)入空氣中的總量也較大[2]。設(shè)計(jì)不佳的輸送系統(tǒng)，可能出現(xiàn)較多的燃煤磕碰問(wèn)題，產(chǎn)生粉塵。管理不當(dāng)則主要牽涉到抑塵、除塵技術(shù)選用工作，可能因技術(shù)選用不合理，難以實(shí)現(xiàn)粉塵抑除。

1.2 火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵危害

火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵危害包括兩大類(lèi)：一是可能導(dǎo)致人員身體健康問(wèn)題；二是可能引發(fā)爆炸等嚴(yán)重事故。按現(xiàn)有研究，粉塵有可能導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病，粒徑較小的粉塵可進(jìn)入呼吸系統(tǒng)，尤其是粒徑5 μm以下的粉塵，引發(fā)呼吸系統(tǒng)病變的可能性較高，包括塵肺、結(jié)節(jié)等。我國(guó)塵肺患者數(shù)目每年均有所增加，年增幅超過(guò)1.6萬(wàn)例。此外，粉塵環(huán)境也可能誘發(fā)皮膚病變。我國(guó)對(duì)作業(yè)環(huán)境內(nèi)粉塵濃度有明確要求，人員工作環(huán)境內(nèi)其濃度應(yīng)在3.5 mg/m3以下，非人員工作環(huán)境也不能高于10 mg/m3[3]。由于燃煤粉塵具有可燃性，其積累到一定程度時(shí)可能誘發(fā)爆炸事故，在密閉空間內(nèi)，如果粉塵濃度達(dá)到20 g/m3以上，遇明火極有可能發(fā)生爆炸，即便非完全密閉的空間，粉塵濃度達(dá)到60 g/m3以上時(shí)也有爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

2 火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理技術(shù)思路

2.1 多技術(shù)聯(lián)用

思路上看，火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理重視多技術(shù)并用，包括一些得到應(yīng)用且被證明有效的抑塵、除塵技術(shù)，也包括仍處于研究階段的新技術(shù)。前者如灑水降塵、通風(fēng)除塵等，后者如智能技術(shù)、設(shè)計(jì)技術(shù)等。原則上可通過(guò)應(yīng)用多種技術(shù)的方式提升治理粉塵的效果，改善作業(yè)安全性。

2.2 技術(shù)應(yīng)因地制宜

目前，可用于火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理的技術(shù)較多，但適用性各有不同，并非所有技術(shù)均可普適于所有作業(yè)環(huán)境。具體工作中主張根據(jù)各廠需要、各輸煤系統(tǒng)特點(diǎn)，選取合適的技術(shù)方法，以最大限度地保證粉塵控制效果。例如：智能技術(shù)下的除塵手段，不能用于強(qiáng)電磁干擾環(huán)境，尤其是發(fā)電機(jī)組附近，灑水除塵模式則應(yīng)遠(yuǎn)離機(jī)電一體化設(shè)備、電源區(qū)域[4]。

2.3 技術(shù)的易用性

在組織火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理時(shí)，應(yīng)盡量少采用或不采用復(fù)雜技術(shù)，一方面，此類(lèi)技術(shù)應(yīng)用成本高、難度大，增加了火電廠管理成本；另一方面，復(fù)雜技術(shù)的運(yùn)維也需要投入更多精力，難以大范圍推廣。未來(lái)工作中主張根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)，在條件允許的情況下以易用技術(shù)服務(wù)火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理活動(dòng)。以物理降塵抑塵工作技術(shù)等[5]。

2.4 技術(shù)的可優(yōu)化性

火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理工作具有長(zhǎng)期性，在借助技術(shù)手段組織治理時(shí)，還應(yīng)考慮技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的積極影響，適當(dāng)提升技術(shù)的可優(yōu)化性。尤其是各類(lèi)借助計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)展降塵、除塵作業(yè)的系統(tǒng)，應(yīng)關(guān)注其在技術(shù)上的可優(yōu)化、可拓展價(jià)值，也滿(mǎn)足長(zhǎng)期治理火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵的需求。

3 火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理技術(shù)方法

3.1 改善設(shè)備設(shè)計(jì)

火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵成因復(fù)雜，設(shè)備設(shè)計(jì)不當(dāng)是直接原因之一，未來(lái)可從設(shè)備設(shè)計(jì)角度出發(fā)嘗試控制，主要包括兩個(gè)方面技術(shù)措施：一是皮帶機(jī)設(shè)計(jì)；二是落煤管緩沖設(shè)計(jì)。

皮帶機(jī)設(shè)計(jì)方面，可在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上對(duì)皮帶機(jī)漏斗進(jìn)行改善，其柵格式導(dǎo)流板可予以撤出，以集流導(dǎo)流裝置作為替代，此模式下煤塊的運(yùn)輸過(guò)程更具可控性，使其對(duì)皮帶機(jī)頭部漏斗部位的沖擊力度得到控制，能夠在集流導(dǎo)流裝置作用下匯集后緩落，進(jìn)而減少?zèng)_擊產(chǎn)生的粉塵量，也能控制誘導(dǎo)風(fēng)對(duì)設(shè)備內(nèi)外風(fēng)壓影響，避免粉塵大量涌入設(shè)備外空間[6]。落煤管緩沖設(shè)計(jì)方面，可根據(jù)力學(xué)原則，采用流線(xiàn)型設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)煤塊、煤流下落過(guò)程中的流暢化，減少落煤管各處直角或角度偏大的彎曲道設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)落煤管內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，使用具有一定形變自恢復(fù)能力的合金材料作為內(nèi)襯，如圖1 所示，在煤塊、煤流下落時(shí)落煤管的內(nèi)襯出現(xiàn)形變后可恢復(fù)，減少剛性沖擊導(dǎo)致的煤塊破碎、沖擊問(wèn)題，進(jìn)而減少產(chǎn)生的粉塵量。設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用條件低，適用性廣，是火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理的首選技術(shù)之一。

圖1 落煤管緩沖設(shè)計(jì)（含內(nèi)襯）

3.2 更換老舊部件

輸煤系統(tǒng)需要持續(xù)向工作機(jī)組（即火電廠的發(fā)電機(jī)組）提供燃煤，持續(xù)工作時(shí)間較長(zhǎng)、設(shè)備老舊的情況下，粉塵的產(chǎn)生量也會(huì)增加。從技術(shù)角度出發(fā)，可采用定位分析的方式，了解設(shè)備各結(jié)構(gòu)的工作負(fù)荷差異，在此基礎(chǔ)上通過(guò)模擬或數(shù)據(jù)分析的方式，了解不同結(jié)構(gòu)的老化速度區(qū)別，在各結(jié)構(gòu)嚴(yán)重老化、導(dǎo)致粉塵量大量增加前，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，更換設(shè)備，從而減少粉塵量。

以模擬研究為例，可對(duì)輸煤系統(tǒng)可能產(chǎn)生粉塵的各部分進(jìn)行獨(dú)立分析，輸入計(jì)算機(jī)中建立二維或三維模型。之后采用參數(shù)變更（加速模擬）的方式，不斷調(diào)整模擬參數(shù)，模擬長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)下輸煤系統(tǒng)各部位的老化情況。通常篩分破碎裝置等裝置老化速度較快，也更容易產(chǎn)生粉塵，通過(guò)模擬記錄其老化的速率，以及嚴(yán)重老化、不能繼續(xù)使用的時(shí)間，并以該參數(shù)為管理依據(jù)。當(dāng)實(shí)際工作中輸煤系統(tǒng)的篩分破碎裝置達(dá)到、接近該參數(shù)指定時(shí)間后，可提前著手更換，使設(shè)備老化導(dǎo)致的粉塵量增加問(wèn)題得到解決。更換老舊部件以模擬技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)為依據(jù)，具有科學(xué)性高、客觀性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理中適用性較為廣泛，技術(shù)的應(yīng)用要求也相對(duì)不高。

3.3 智能灑水除塵技術(shù)

灑水除塵技術(shù)在火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理活動(dòng)中比較常見(jiàn)，但現(xiàn)有技術(shù)對(duì)人工操作的依賴(lài)性依然較高，不能充分實(shí)現(xiàn)粉塵控制，未來(lái)工作中可借助智能技術(shù)進(jìn)一步提升灑水除塵工作質(zhì)量。智能技術(shù)主要采用感應(yīng)模式，借助傳感器對(duì)空氣中的粉塵信息進(jìn)行收集，其后對(duì)智能模塊進(jìn)行評(píng)估，決定是否進(jìn)行灑水降塵。該技術(shù)下的工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 智能灑水除塵技術(shù)的工作模式

根據(jù)圖2 所示模式，傳感器對(duì)工作區(qū)域內(nèi)的信息進(jìn)行收集，傳輸至智能分析模塊，后者分析當(dāng)前作業(yè)區(qū)域內(nèi)的粉塵濃度，當(dāng)粉塵濃度過(guò)高時(shí)，由智能模塊下達(dá)指令，啟動(dòng)灑水裝置進(jìn)行降塵；反之，當(dāng)工作區(qū)域內(nèi)的粉塵濃度無(wú)異常（如休息時(shí)間），系統(tǒng)不投入作業(yè)，繼續(xù)進(jìn)行空氣信息的收集、分析。原則上工作日內(nèi)傳感器的工作是實(shí)時(shí)、持續(xù)進(jìn)行的。具體工作中，為保證系統(tǒng)工作的靈敏性，可對(duì)工作區(qū)域內(nèi)粉塵濃度的變化情況進(jìn)行收集，由于火電廠工作負(fù)荷、燃煤運(yùn)輸?shù)乃俾?、設(shè)備老化情況各有不同，實(shí)際工作中工作區(qū)域粉塵濃度也是不同的，默認(rèn)其平均濃度為QX，則實(shí)際粉塵濃度的變化總是圍繞QX上下波動(dòng)的，帶有模糊的線(xiàn)性變化特征，以Q表達(dá)工作區(qū)域粉塵濃度值，獲取一個(gè)非等差數(shù)列如下：

Q=[Qmix;A8;WF8;QX;0H7;G9;G3S;Qmax]

數(shù)列中，Qmix代表工作區(qū)域粉塵濃度的最低值，其極限值為0，通常不會(huì)達(dá)到此水平，Qmax代表工作區(qū)域粉塵濃度的最大值，可根據(jù)工作管理需要設(shè)定該數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，為保證工作人員安全，可設(shè)定為3.5 mg/m3。在智能灑水工作系統(tǒng)啟動(dòng)后，傳感器實(shí)時(shí)收集工作區(qū)域內(nèi)的粉塵濃度，當(dāng)其濃度達(dá)到3.5 mg/m3時(shí)默認(rèn)濃度過(guò)高，系統(tǒng)啟動(dòng)灑水裝置進(jìn)行降塵，全過(guò)程以智能設(shè)備予以控制，效率和效果均比較理想。

此外，考慮到灑水除塵活動(dòng)中，霧化的水珠吸附力比較有限，可采用捕捉劑進(jìn)行灑水系統(tǒng)性能的優(yōu)化。該技術(shù)下，主要強(qiáng)調(diào)進(jìn)一步提升水霧對(duì)粉塵的吸附能力，應(yīng)對(duì)燃煤粉塵疏水性特征。工作人員可將揚(yáng)塵捕捉劑融入灑水系統(tǒng)的蓄水池中，以改善水霧（實(shí)際上為霧化的小水珠）表面理化性能，提升張力，增加其對(duì)粉塵的吸附效果。已有研究表明：?jiǎn)渭兝盟F進(jìn)行降塵，除塵率在30%～35%之間，加入揚(yáng)塵捕捉劑后，除塵效果可改善為50%～55%，火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理的效果更突出。

3.4 干霧除塵技術(shù)

干霧除塵技術(shù)，主要強(qiáng)調(diào)在火電廠輸煤系統(tǒng)工作區(qū)域設(shè)置干霧抑塵設(shè)備，利用該設(shè)備控制工作區(qū)域的粉塵量。目前，該設(shè)備的應(yīng)用已經(jīng)比較普遍，但與灑水除塵技術(shù)相似，存在應(yīng)用智能水平不高、依賴(lài)人員的情況，不能最大化發(fā)揮粉塵控制作用。未來(lái)可采用智能技術(shù)加以?xún)?yōu)化，技術(shù)原理與上文所述的智能灑水除塵模式相同，但管控的單元為干霧抑塵設(shè)備的作業(yè)閥門(mén)。

火電廠輸煤系統(tǒng)常規(guī)作業(yè)過(guò)程中，干霧抑塵設(shè)備也持續(xù)投入工作，并以固定角度控制閥門(mén)的作業(yè)參數(shù)，投放的干霧除塵劑總量、單次用量不做調(diào)整。以智能技術(shù)為依托，可借助傳感器了解本階段火電廠輸煤系統(tǒng)工作區(qū)域的粉塵量，根據(jù)該數(shù)值進(jìn)行干霧抑塵設(shè)備工作閥門(mén)角度調(diào)整，當(dāng)工作區(qū)域內(nèi)的粉塵量較大時(shí)，閥門(mén)的開(kāi)啟角度也對(duì)應(yīng)增加，投入較多的抑塵劑，降低工作區(qū)域內(nèi)粉塵濃度，當(dāng)工作區(qū)域內(nèi)的粉塵濃度較小時(shí)，閥門(mén)的開(kāi)啟角度對(duì)應(yīng)縮小，以較少的干霧抑塵劑控制輸煤系統(tǒng)作業(yè)區(qū)域內(nèi)的粉塵濃度。值得注意的是，由于干霧抑塵設(shè)備的最大作用半徑有限，如果區(qū)域內(nèi)輸煤系統(tǒng)較大、工作區(qū)域較寬闊，應(yīng)適當(dāng)增加干霧抑塵設(shè)備的數(shù)目，并均衡配置在輸煤系統(tǒng)周邊區(qū)域，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性抑塵。

3.5 無(wú)動(dòng)力除塵技術(shù)

無(wú)動(dòng)力除塵技術(shù)，是一種基于發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造的工作方式，以多技術(shù)聯(lián)用為理念，在不增加工作能耗的基礎(chǔ)上，僅以物理方法減少輸煤系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵，其特點(diǎn)在于應(yīng)用難度低，易于維護(hù)管理，缺點(diǎn)在于除塵效果不能達(dá)到最佳水平，因此大多作為輔助技術(shù)加以運(yùn)用。

具體工作中，可先對(duì)輸煤系統(tǒng)的工作結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分，對(duì)可能產(chǎn)生粉塵的各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行外圍改造，增加可拆卸薄殼，如薄鐵皮金屬外殼等，使設(shè)備作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵不會(huì)在內(nèi)部動(dòng)力作用下涌入工作區(qū)。薄殼內(nèi)可設(shè)置小功率電扇，并在設(shè)備尾端放置除塵袋，電扇隨設(shè)備工作啟動(dòng)，由于粉塵的重量較輕、粒徑較小，電扇持續(xù)作業(yè)過(guò)程中改變了輸煤系統(tǒng)內(nèi)的空氣流動(dòng)方向，使粉塵在風(fēng)力作用下能夠進(jìn)入設(shè)備尾端的除塵袋中，工作人員以固定間隔進(jìn)行除塵袋的清理、更換，以此降低粉塵進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)域、設(shè)備縫隙中的可能，改善治理效果。

4 計(jì)算機(jī)模擬分析

4.1 實(shí)驗(yàn)條件

為了解不同技術(shù)的除塵效果，通過(guò)計(jì)算機(jī)建立模擬實(shí)驗(yàn)組織分析。實(shí)驗(yàn)主要采用參數(shù)調(diào)整、加速模擬的方式，對(duì)常規(guī)工作模式、設(shè)備設(shè)計(jì)改善模式、智能灑水工作技術(shù)、干霧除塵技術(shù)、無(wú)動(dòng)力除塵技術(shù)的除塵能力進(jìn)行分析。采用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)形式，加速參數(shù)為1∶1 000（即以1 min 模擬設(shè)備工作1 000 min）。觀察指標(biāo)包括工作區(qū)域粉塵濃度、惡性事故發(fā)生率，其中惡性事故為粉塵濃度過(guò)高引發(fā)的爆炸事故，默認(rèn)爆炸濃度標(biāo)準(zhǔn)為20 g/m3。

4.2 過(guò)程與結(jié)果

實(shí)驗(yàn)采用分組進(jìn)行的模式，共設(shè)定6個(gè)小組，即常規(guī)工作模式組、設(shè)備設(shè)計(jì)改善模式組、智能灑水工作技術(shù)組、干霧除塵技術(shù)組、無(wú)動(dòng)力除塵技術(shù)組以及綜合技術(shù)組，其中，綜合技術(shù)組包括設(shè)備設(shè)計(jì)改善、智能灑水工作技術(shù)、干霧除塵技術(shù)和無(wú)動(dòng)力除塵技術(shù)，以評(píng)估其聯(lián)用效果。每組實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行10 min 模擬，在10 min 內(nèi)隨機(jī)選取10 個(gè)時(shí)間點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)空氣中的粉塵濃度、求取平均值，記錄出現(xiàn)惡性事故的可能，出現(xiàn)惡性事故后終止實(shí)驗(yàn)，記錄時(shí)間使用情況，剩余時(shí)間重新啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，觀察是否出現(xiàn)惡性事故，反復(fù)進(jìn)行記錄。6 個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總

結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，常規(guī)工作模式下，火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵控制效果相對(duì)較差，粉塵濃度平均為2.95 mg/m3，共發(fā)生1次惡性事故。對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的情況下，技術(shù)優(yōu)化得到發(fā)揮，粉塵濃度均值降低為2.36 mg/m3，未發(fā)生惡性事故。智能灑水工作技術(shù)支持下，粉塵濃度均值降低為1.06 mg/m3，該組也未發(fā)生惡性事故。利用干霧除塵技術(shù)控制火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵濃度，10個(gè)樣本的均值水平為1.33 mg/m3，未發(fā)生惡性事故。無(wú)動(dòng)力除塵技術(shù)模式下，工作區(qū)域粉塵濃度均值為1.27 mg/m3，未發(fā)生惡性事故。聯(lián)用多種技術(shù)，粉塵濃度控制效果最佳，均值水平為0.59 mg/m3，未發(fā)生惡性事故。

上述結(jié)果表明：各類(lèi)除塵技術(shù)均可以降低火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵濃度，具有積極的治理價(jià)值，其中多技術(shù)聯(lián)用的效果最理想，但該模式的實(shí)現(xiàn)難度較大，成本偏高，且實(shí)驗(yàn)室環(huán)境忽略了一些客觀限制性因素，不能完全有效代表技術(shù)價(jià)值，其真實(shí)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)仍有待進(jìn)一步探索。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理是必要的，也具有可行性。從成因上看，設(shè)備因素、管理因素均可能導(dǎo)致輸煤系統(tǒng)出現(xiàn)較多粉塵，有可能危及人員身體健康，也有可能形成火災(zāi)甚至爆炸等事故，需要加強(qiáng)處理。從技術(shù)思路上看，應(yīng)強(qiáng)調(diào)多技術(shù)聯(lián)用，保證技術(shù)易用、可優(yōu)化，且做到因地制宜地選用有關(guān)技術(shù)。從方法上看，可先對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，更換老舊部件，在此基礎(chǔ)上，重視新技術(shù)的運(yùn)用，包括智能灑水除塵、干霧除塵以及無(wú)動(dòng)力除塵技術(shù)等，并結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，可知上述技術(shù)均可有效降低火電廠輸煤系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵量，也能控制事故發(fā)生率，提升生產(chǎn)活動(dòng)的總體效益。