竇玉田
(華電國(guó)際電力股份有限公司天津開(kāi)發(fā)區(qū)分公司,天津 300270)
2023 年5 月4 日,中電聯(lián)預(yù)測(cè)在2022 年同期低基數(shù)影響下,社會(huì)用電量同比增長(zhǎng)將達(dá)到6%左右,用電總量將達(dá)到9.15 萬(wàn)億千瓦時(shí),非化石能源總裝機(jī)容量比重將會(huì)上升至50.5%,但煤電占比仍然會(huì)保持在50%左右,是我國(guó)電力供應(yīng)的重要來(lái)源。輸煤系統(tǒng)的粉塵危害仍然需要持續(xù)關(guān)注,目前相對(duì)成熟的技術(shù)有無(wú)動(dòng)力抑塵技術(shù)、動(dòng)力抑塵技術(shù)、干霧除塵技術(shù)等,隨著科技不斷創(chuàng)新發(fā)展,電廠輸煤系統(tǒng)粉塵防治將會(huì)進(jìn)入新的發(fā)展階段。
粉塵是指物體在機(jī)械力或其他力作用下產(chǎn)生的懸浮于空氣中的細(xì)小固體顆粒物,直徑一般不超過(guò)75 μm。粉塵的主要危害為致病性、易燃性及對(duì)設(shè)備產(chǎn)生一定的損害。其中,致病性是指工作人員長(zhǎng)期吸入粉塵會(huì)引發(fā)肺組織彌漫性纖維化,導(dǎo)致身體免疫力下降且伴有多種并發(fā)癥。易燃性是指粉塵與氧氣接觸產(chǎn)生氧化反應(yīng)而自燃,自燃會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體,造成工作人員中毒。設(shè)備損害是指粉塵沉降在設(shè)備上會(huì)增加磨損而降低壽命,尤其對(duì)電機(jī)及其他精密儀器損害更大,容易造成皮帶打滑、電路中斷等嚴(yán)重事故。
輸煤系統(tǒng)是指燃煤接卸、計(jì)量、輸送、存儲(chǔ)、采樣、篩分、破碎后將其送到鍋爐煤倉(cāng)的連續(xù)化過(guò)程。以諫壁發(fā)電廠七期輸煤系統(tǒng)為例進(jìn)行分析(圖1)。
圖1 諫壁發(fā)電廠七期輸煤系統(tǒng)作業(yè)流程
由圖1 可知,諫壁發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)中的每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生粉塵,帶式輸送機(jī)速度、鼓風(fēng)量及落煤管間落差等參數(shù)值越高,則粉塵產(chǎn)生的強(qiáng)度越大。如帶式輸送機(jī)跑偏產(chǎn)生粉塵,輸送機(jī)運(yùn)行需要膠帶在托輥和滾筒中部運(yùn)轉(zhuǎn),輸送機(jī)中心線與落煤管中心線應(yīng)當(dāng)存在一定的夾角,如果該角度發(fā)生偏差會(huì)導(dǎo)致撒漏煤現(xiàn)象并激發(fā)大量的揚(yáng)塵。再如誘風(fēng)產(chǎn)生粉塵,在落煤管高落差、碎煤機(jī)、滾軸篩等作用下會(huì)產(chǎn)生一定的誘導(dǎo)風(fēng),在導(dǎo)煤槽內(nèi)產(chǎn)生較高正壓,如果煤槽密封性不好,會(huì)因粉塵外溢造成一定的環(huán)境污染。此外,還有落煤管堵塞、燃煤沖擊、導(dǎo)料槽密封性差、回程皮帶及拉緊滾筒、設(shè)備故障等原因。
諫壁發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)日消耗燃煤30 000 t,工作時(shí)間達(dá)到18 h 以上,在輸煤過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生粉塵。目前,常用的粉塵防治措施有如下4 項(xiàng)。
抑塵的主要方式是噴水,通過(guò)增加濕度控制粉塵脫落,確保其不會(huì)發(fā)生擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)燃煤表面含水量達(dá)到8%~10%時(shí),就能夠有效控制粉塵。雖然噴水能夠有效抑塵,但也存在一定的應(yīng)用難題。如:噴灑水量無(wú)法控制,水質(zhì)要求相對(duì)較高,冬季結(jié)冰和霧滴粒徑過(guò)大等。
將含有粉塵的氣體與干部氣體相隔離,提高設(shè)備本身的氣密性,以達(dá)到鎖定塵源的目的。首先,改進(jìn)輸煤皮帶機(jī)尾部導(dǎo)煤槽。帶式輸送機(jī)末端的導(dǎo)煤槽內(nèi),側(cè)板、頂板與膠帶間存在一定的空隙,當(dāng)槽內(nèi)空間增加時(shí)能夠減少內(nèi)部氣體正壓量,降低氣流流動(dòng)量;同時(shí),在導(dǎo)煤槽出口及內(nèi)部增加密切簾,控制粉塵擴(kuò)散和飛揚(yáng)。其次是解決設(shè)備漏粉問(wèn)題。落煤管因磨損會(huì)出現(xiàn)漏粉、漏煤?jiǎn)栴},定期更換和檢查內(nèi)襯板,設(shè)置多層防塵簾,能夠防止粉塵外溢現(xiàn)象。
在煤倉(cāng)和導(dǎo)煤槽中間安放除塵設(shè)備,通過(guò)機(jī)械抽風(fēng)在原煤倉(cāng)和導(dǎo)煤槽間形成負(fù)壓,防止粉塵溢出。經(jīng)過(guò)除塵處理后的空氣檢查達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)后可排放至大氣中。不同情況要有不同的對(duì)應(yīng)措施,目前,密閉吸風(fēng)式除塵是極為常見(jiàn)的處理方式,經(jīng)過(guò)密封處理后的粉塵,經(jīng)除塵管道將氣體抽出,符合要求后排放。密閉式吸塵設(shè)備主要包括:濕式除塵器、過(guò)濾式除塵器、多管式除塵器、靜電除塵器等。
干霧除塵技術(shù)是指將自來(lái)水進(jìn)行微米級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾后送入貯水箱,經(jīng)高壓霧化噴嘴變成粒徑1~1.5 μm 的汽霧,每個(gè)噴嘴的有效作用范圍為3~5 m,此類顆??梢蚤L(zhǎng)時(shí)間懸浮,吸納空氣中存在的潛熱,與粉塵顆粒相融合,進(jìn)而達(dá)到降溫、加濕和除塵的目的。
諫壁發(fā)電廠位于江蘇鎮(zhèn)江市,是華東電網(wǎng)的主要輸出主力,地處長(zhǎng)江南岸、西臨京杭大運(yùn)河入???、東靠新引河及諫壁翻水站,目前共有燃煤發(fā)電機(jī)組7 臺(tái),總裝機(jī)容量3980 MW,全年發(fā)電量220 億千瓦時(shí)。諫壁發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)結(jié)構(gòu):2 臺(tái)額定輸出功率為500 t/h的5000 t 橋卸船機(jī),6 個(gè)儲(chǔ)煤廠。輸煤系統(tǒng)分為加倉(cāng)系統(tǒng)和卸煤系統(tǒng),卸煤系統(tǒng)是指將燃煤由海輪接卸、運(yùn)輸?shù)絻?chǔ)煤場(chǎng)地的過(guò)程,按照要求進(jìn)行分類存放。加倉(cāng)系統(tǒng)是指根據(jù)煤爐燃燒要求,選擇摻加方式將適合煤種送到原煤倉(cāng)內(nèi)。另外,輸煤系統(tǒng)還包括采樣裝置、除鐵器、污水凈化處理裝置、計(jì)量裝置等。
結(jié)合諫壁發(fā)電廠干霧除塵系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn),分析其運(yùn)行結(jié)構(gòu)及組成部分。目前,諫壁發(fā)電廠干霧除塵系統(tǒng)將高壓水流和高壓氣流相融合,形成適宜噴霧噴出的過(guò)程。其主要設(shè)備構(gòu)成包括高壓水源、輸水管道、高壓氣源、自動(dòng)控制系統(tǒng)、噴嘴、輸氣管道及配套設(shè)施等(圖2)。
圖2 干霧除塵系統(tǒng)流程
(1)高壓氣源。該氣源能夠?yàn)槌龎m系統(tǒng)提供額定壓力的空氣,一般由儲(chǔ)氣罐、不銹鋼輸氣管、壓縮機(jī)、油水分離器、疏水閥等構(gòu)成。
(2)高壓水源。該水源能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供符合精度和額定壓力的水,為了實(shí)現(xiàn)霧化效果,對(duì)噴嘴水質(zhì)要求相對(duì)較高,需加裝精度小于100 μm 的自清潔過(guò)濾裝置,系統(tǒng)構(gòu)成為儲(chǔ)水箱、反饋控制壓力閥、不銹鋼輸水管路、水泵等。
(3)控制系統(tǒng)。干霧除塵系統(tǒng)一般有外部指令、傳感器、控制電路、PLC 及水氣電磁閥等,根據(jù)皮帶機(jī)運(yùn)行信號(hào)和程控室指令進(jìn)行自動(dòng)啟停。工作期間能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)輸煤皮帶機(jī)中的水壓、煤流、氣壓等參數(shù),并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整噴霧粒徑;為了達(dá)到檢修或調(diào)試需求,也可以選擇就地控制方式。
(4)管路及噴嘴。通過(guò)對(duì)應(yīng)孔徑的管道將水源、控制箱、空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐等設(shè)備聯(lián)接。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,將噴嘴及管道置于導(dǎo)煤槽前后、皮帶機(jī)關(guān)部漏斗、滾筒及清掃器等易揚(yáng)塵位置。選擇不銹鋼耐壓管件將輸氣管與輸水管與水泵、空壓機(jī)、噴嘴緊密相連,經(jīng)過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行將氣和水的粒徑轉(zhuǎn)化為2~20 μm,而后將干霧噴射需要抑塵的區(qū)域。當(dāng)水霧與粉塵顆粒相遇時(shí),在粘附作用下體積增大產(chǎn)生沉除效應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)除塵的效果。
帶式輸送機(jī)底部以鋼結(jié)構(gòu)支撐,由膠帶、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、張緊裝置、滾筒及托輥等構(gòu)成。帶式輸送機(jī)主要用于供煤系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運(yùn)站、鍋爐煤倉(cāng)間的輸送,具備運(yùn)力強(qiáng)、距離長(zhǎng)等特征,維修檢修方便且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單(圖3)。
圖3 帶式輸送機(jī)主要結(jié)構(gòu)
帶式輸送機(jī)工作原理:膠帶、滾筒、托輥形成閉合循環(huán)狀態(tài),在張緊裝置調(diào)節(jié)下保持足夠的張緊度,確保膠帶能夠安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)。在驅(qū)動(dòng)裝置作用下,通過(guò)膠帶與滾筒間的摩擦力推動(dòng)皮帶機(jī)運(yùn)行,同時(shí)該系統(tǒng)還設(shè)置安全保護(hù)系統(tǒng),確保在發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)停止運(yùn)行。帶式輸送機(jī)的粉塵一般是由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的,大部分產(chǎn)生于導(dǎo)煤槽、落煤管內(nèi)部,產(chǎn)生的原因有破損、落煤管接口松脫、膠帶與導(dǎo)料槽縫隙過(guò)大及出口位置擋簾密封性差等。
為實(shí)現(xiàn)帶式運(yùn)輸機(jī)粉塵治理工程目標(biāo),需要采取如下方式:
(1)煤流降速。對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化和改造,取消緩沖鎖氣器,將落煤管最末(2~3 m)處由垂直改為30°傾斜,既保證煤流通暢不堵塞,也能夠降低和控制煤流的速度。同時(shí),可以在導(dǎo)煤槽安裝若干牛筋簾,一般在4 層以上,確保煤流出口瞬間的速度趨近于0。
(2)導(dǎo)煤槽減壓。由于燃煤落差相對(duì)較大,會(huì)在槽內(nèi)形成誘導(dǎo)風(fēng),導(dǎo)致出口前方正壓較大,風(fēng)管安裝要選擇正壓最大位置,確保導(dǎo)煤槽、落煤管、循環(huán)風(fēng)管形成閉合系統(tǒng),有效控制氣體外溢。
(3)導(dǎo)煤槽與封塵。適當(dāng)延長(zhǎng)導(dǎo)煤槽長(zhǎng)度,擴(kuò)容皮帶機(jī)并將導(dǎo)煤槽頂板改為加高拱形圓弧面蓋板,以期通過(guò)擴(kuò)容降低粉塵的速度。
(4)安裝霧化抑塵設(shè)備。根據(jù)導(dǎo)煤槽長(zhǎng)度在皮帶機(jī)上安裝噴嘴,確保噴嘴水霧能夠滿足防塵要求。
諫壁發(fā)電廠輸媒體系統(tǒng)改造后,安裝干霧除塵系統(tǒng),電機(jī)功率為11 kW,以20 個(gè)噴嘴進(jìn)行計(jì)算,總用水量約為6 L/h;靜電除塵系統(tǒng)功率為30 kW,耗水量約為2 L/h;多管式除塵器功率約為30 kW,總用水量約為1000 L/h。以365 d 為計(jì)量基礎(chǔ),選擇干霧除塵系統(tǒng),每年能夠節(jié)約用水約21 812 t,節(jié)省電量約為213 525 kW·h。
以諫壁發(fā)電廠為例,闡述電廠輸煤系統(tǒng)粉塵危害、成因及防治措施。分析輸煤系統(tǒng)粉塵綜合治理工程,進(jìn)一步探討干霧除塵系統(tǒng)機(jī)理及結(jié)構(gòu)組成和帶式輸送機(jī)的粉塵治理工程,并對(duì)治理輸煤系統(tǒng)除塵改造進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。