唱潤光

(國電福州發(fā)電有限公司，福建 福州 350309)

火電廠輸煤系統(tǒng)的粉塵治理措施

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(國電福州發(fā)電有限公司，福建 福州 350309)

針對火電廠的各輸煤轉(zhuǎn)運站中粉塵污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，介紹了轉(zhuǎn)運站內(nèi)的主要污染源，并以某火電廠8號轉(zhuǎn)運站為例分析了粉塵產(chǎn)生的幾大原因，提出了火電廠粉塵綜合治理、改造的措施，并說明了取得的成果，為其他火電廠輸煤系統(tǒng)的粉塵治理提供了參考。

火電廠；輸煤系統(tǒng)；轉(zhuǎn)運站；粉塵治理

0 引言

火電廠是一個將燃煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的場所，需要消耗大量的煤炭，在煤炭的運輸、儲存和燃燒過程中，存在煤粉污染問題。粉塵污染不僅影響環(huán)境，還會造成電氣及轉(zhuǎn)機設(shè)備故障，危害人體健康和帶來火災(zāi)等安全隱患。

近幾年來，隨著國內(nèi)煤炭價格持續(xù)攀升，沿海各火電廠紛紛采購進口經(jīng)濟煤種。這些煤種熱值低、揮發(fā)分和灰分含量高、揚塵大，進一步加劇了煤炭轉(zhuǎn)運過程中的粉塵污染問題，輸煤系統(tǒng)原設(shè)計的控塵降塵措施已無法滿足多變的煤種需求。為了改善輸煤系統(tǒng)的粉塵污染問題，必須對現(xiàn)有的控塵降塵設(shè)計方案和設(shè)備進行技術(shù)改造。

1 火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵污染現(xiàn)狀

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，在電廠的煤炭轉(zhuǎn)運過程中粉塵污染最嚴(yán)重的區(qū)域是各輸煤轉(zhuǎn)運站。轉(zhuǎn)運站內(nèi)的主要污染源有以下3個方面。

(1) 上級皮帶落料口。煤炭落料時出現(xiàn)位差，容易產(chǎn)生粉塵，且這里的空間相對開放，粉塵比較容易擴散到轉(zhuǎn)運站內(nèi)。

(2) 下級皮帶尾部導(dǎo)料槽。煤炭下落和撞擊過程中產(chǎn)生大量的粉塵和誘導(dǎo)風(fēng)，并在導(dǎo)料槽內(nèi)形成正壓。由于導(dǎo)料槽封閉不嚴(yán)，大量的風(fēng)粉從導(dǎo)料槽的縫隙和導(dǎo)料槽出口逸出，污染轉(zhuǎn)運站。雖然導(dǎo)料槽原設(shè)計已經(jīng)安裝了除塵系統(tǒng)，但由于除塵器的設(shè)計和功能存在問題，再加上導(dǎo)料槽密封性差，使原安裝的除塵系統(tǒng)在粉塵產(chǎn)生區(qū)域無法形成有效的負(fù)壓，難以清除產(chǎn)生的粉塵，導(dǎo)致大量粉塵從導(dǎo)料槽出口噴出。

(3) 由于大量煤炭直接沖刷導(dǎo)料槽板，導(dǎo)致導(dǎo)料槽會有破洞，撒煤情況較多，特別是落煤不正導(dǎo)致皮帶跑偏時，撒煤現(xiàn)象加重。撒出的煤炭進入回程皮帶和尾部改向滾筒之間，在皮帶的擠壓下逐漸粉碎，造成煤粉飛揚。

轉(zhuǎn)運站內(nèi)空間相對封閉，煤粉無法擴散，粉塵匯集在一起的總量很大。經(jīng)測量，輸煤設(shè)備運行時，轉(zhuǎn)運站內(nèi)粉塵濃度通常在50—200 mg/Nm3，是國家工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)粉塵濃度的5—20倍；輸送進口經(jīng)濟煤種時粉塵濃度甚至達(dá)到1 000 mg/Nm3，嚴(yán)重超過國家標(biāo)準(zhǔn)。濃度嚴(yán)重超標(biāo)的粉塵，一旦爆燃，會對安全生產(chǎn)和人員生命安全造成嚴(yán)重?fù)p害。因此，對粉塵的治理勢在必行。

2 輸煤轉(zhuǎn)運站內(nèi)粉塵產(chǎn)生的原因

現(xiàn)以某火電廠8號轉(zhuǎn)運站為例，將粉塵產(chǎn)生的原因歸納如下。

(1) 轉(zhuǎn)運站落差大。煤流在重力作用下高速下落，產(chǎn)生大量粉塵，并產(chǎn)生強烈的誘導(dǎo)風(fēng)；而落煤管為直通式結(jié)構(gòu)，中段無任何抑制誘導(dǎo)風(fēng)措施，同時由于調(diào)試及銹蝕等原因，造成落煤管底部的重錘式緩沖鎖氣器內(nèi)的翻板處于常開狀態(tài)，未能實現(xiàn)“鎖氣”作用，使得大量風(fēng)粉直接進入導(dǎo)料槽，產(chǎn)生強大的正壓，為粉塵大量逸出提供了先決條件。

(2) 原有導(dǎo)料槽容積偏小。物料高速下落后攜帶大量誘導(dǎo)風(fēng)，在除塵器處形成強大正壓，導(dǎo)致除塵器在工作時未能將粉塵全部吸出，從而造成導(dǎo)料槽出口處的風(fēng)量大、風(fēng)速高，噴粉嚴(yán)重。

(3) 普通導(dǎo)料槽密封性能差。物料在無緩沖措施的情況下高速下落，直接沖擊皮帶，導(dǎo)致皮帶經(jīng)常性抖動甚至下沉，使誘導(dǎo)風(fēng)在落料點前后導(dǎo)料槽與皮帶有間隙處將細(xì)煤粉噴出。此外，導(dǎo)料槽出口一體式擋簾密封性能差，使導(dǎo)料槽出口噴粉嚴(yán)重。

(4) 除塵設(shè)備選型存在問題。以該電廠的多管除塵器為例，此型設(shè)備運行可靠性差、維護成本高、投入率不足，再加上除塵效果差，通流量無法滿足實際需要，失去了除塵器應(yīng)有的除塵作用。而噴淋降塵系統(tǒng)安裝在導(dǎo)料槽出口外，在粉塵逸出后再噴淋降塵，實屬“亡羊補牢”之舉，效果不佳。

(5) 上級皮帶落料口處為半開放結(jié)構(gòu)，落料過程中產(chǎn)生的粉塵直接擴散到轉(zhuǎn)運站內(nèi)。

3 輸煤轉(zhuǎn)運站粉塵綜合治理措施

因8號轉(zhuǎn)運站的落差比較高，中間有高速旋轉(zhuǎn)的碎煤機，粉塵污染比較嚴(yán)重，具有一定的代表性，所以重點介紹該轉(zhuǎn)運站的粉塵綜合治理措施。

3.1 將直通落煤管改造為3D曲線落煤管

3D曲線落煤管采用合理的空間曲線和異型截面形式的頭部集料斗及落煤管，能夠有效匯集料流。運用數(shù)字高程模型(digital elevation model，DEM)軟件科學(xué)地模擬物料的運動軌跡，以控制料流的運動速度，減少物料在頭部漏斗、落煤管轉(zhuǎn)彎處、落料點處的撞擊，可在粉塵產(chǎn)生的同時減少誘導(dǎo)風(fēng)量的產(chǎn)生。

出口落煤管采用前傾、收口、擴容、對中設(shè)計，有效保證物料平穩(wěn)著帶，避免物料落料不正，降低落料點處氣壓，并有效預(yù)防皮帶跑偏。出口落煤管安裝阻尼裝置，減少導(dǎo)煤槽出口風(fēng)量，同時減小煤流對膠帶的直接沖擊。阻尼裝置的阻尼片選用耐磨聚氨酯材質(zhì)，阻尼裝置采用快裝設(shè)計，方便安裝及更換。

3.2 將普通導(dǎo)料槽改造為全密封導(dǎo)料槽

為了增大導(dǎo)料槽容積，緩解導(dǎo)料槽正壓，降低導(dǎo)料槽內(nèi)部的誘導(dǎo)風(fēng)速，減少粉塵外溢，導(dǎo)料槽設(shè)計高度較同型號普通導(dǎo)料槽的高度要高。采用FLUENT軟件技術(shù)對物料在導(dǎo)料槽內(nèi)運動軌跡進行分析，確定導(dǎo)料槽長度(要比原導(dǎo)料槽長)。

導(dǎo)料槽側(cè)板加裝耐磨襯板，以減少物料對導(dǎo)料槽側(cè)板的磨損，并防止防溢裙板直接受到煤流的沖擊、擠壓。導(dǎo)料槽側(cè)部密封采用雙層防溢裙板(裙板和裙耳2層結(jié)構(gòu))。內(nèi)外2層結(jié)構(gòu)均為高分子聚氨酯+天然橡膠一體硫化而成。裙板與皮帶接觸部分的聚氨酯為“J”型結(jié)構(gòu)，保證裙板與皮帶以不同角度接觸的耐磨性能；裙耳與皮帶接觸部分的聚氨酯為半圓型結(jié)構(gòu)。防溢裙板長度與導(dǎo)料槽長度相匹配，且為整體無拼接式。

采用UHMW-PE托板裝置對導(dǎo)料槽下部的皮帶進行連續(xù)支撐，防止皮帶承載物料時出現(xiàn)“波浪形”而引起的密封效果不佳。UHMW-PE托板具有高耐磨、自潤性能良好的特點，使用壽命長，并采用快速拆卸設(shè)計，方便日后檢修維護。

導(dǎo)料槽尾部裝置采用內(nèi)層阻燃海綿隔板與外層橡膠密封板的設(shè)計，提供2道密封，能有效防止粉塵氣體及物料從尾部導(dǎo)料槽處外溢。改造后的導(dǎo)料槽如圖1所示。

3.3 在導(dǎo)料槽上布置多道阻尼抑塵簾

在導(dǎo)料槽沉降段加裝多道阻尼抑塵簾，能有效降低導(dǎo)料槽內(nèi)部風(fēng)速，同時吸附粉塵，達(dá)到抑塵、降塵的目的。阻尼抑塵簾由復(fù)合降塵簾及檢修殼體組成，其特點如下：

(1) 復(fù)合降塵簾由多道布置的降塵簾組成；

(2) 多道布置的降塵簾根據(jù)流體力學(xué)原理，利用直線運行的誘導(dǎo)風(fēng)通過多道布置的降塵簾后形成的渦流，消耗誘導(dǎo)風(fēng)能，降低誘導(dǎo)風(fēng)速，并使粉塵相互碰撞、吸附，從而沉降；

(3) 降塵簾條采用高耐磨、柔性、抗沖擊、防撕裂、抗老化的柔性耐磨PVC材質(zhì)制作，直徑不小于6 mm；

(4) 阻尼抑塵簾裝置采用快速拆卸設(shè)計，便于維護、檢修。

3.4 導(dǎo)料槽上布置緩沖泄壓器

緩沖泄壓器運用慣性除塵理論、空氣動力學(xué)原理，采用塵氣分離方式，可泄掉導(dǎo)料槽處的正壓，達(dá)到降低落料點附近導(dǎo)料槽內(nèi)部的氣壓、誘導(dǎo)風(fēng)速及粉塵濃度目的。其特點如下：

(1) 緩沖泄壓器安裝于導(dǎo)料槽上，裝拆、檢修方便；

(2) 緩沖泄壓器增加了導(dǎo)料槽的空間，為落料點處的高速粉塵提供了緩沖空間，有利于降低導(dǎo)料槽內(nèi)部的氣壓，其內(nèi)部的旋風(fēng)分離裝置提高了粉塵慣性沉降的效率；

(3) 緩沖泄壓器采用新型濾網(wǎng)，能有效阻隔粉塵溢出，同時排出部分導(dǎo)料槽內(nèi)部的誘導(dǎo)風(fēng)。

圖1 改造后的導(dǎo)料槽

3.5 在導(dǎo)料槽上布置循環(huán)回風(fēng)管

3.5.1 循環(huán)回風(fēng)管抑塵原理

運用誘導(dǎo)風(fēng)量、空氣動力學(xué)原理，根據(jù)轉(zhuǎn)運站的布置形式及落差，確定循環(huán)回風(fēng)管的布置形式、接口位置、提升高度。循環(huán)回風(fēng)管安裝于導(dǎo)料槽-落煤管氣壓正負(fù)壓差之間，配合無動力除塵系統(tǒng)的其他設(shè)備，在轉(zhuǎn)運系統(tǒng)導(dǎo)料槽處正壓誘導(dǎo)風(fēng)量的壓力差作用下，通過回流管使含粉塵的誘導(dǎo)風(fēng)在導(dǎo)料槽-回流管-落煤管之間形成循環(huán)運動，降低單位時間通過系統(tǒng)內(nèi)的總誘導(dǎo)風(fēng)量，從而達(dá)到抑制粉塵的作用。

3.5.2 循環(huán)回風(fēng)管技術(shù)要求

(1) 循環(huán)回風(fēng)管應(yīng)位于轉(zhuǎn)運系統(tǒng)存在氣壓差的區(qū)域之間。

(2) 循環(huán)回風(fēng)管布置角度不低于45°，不得布置水平管道；管道內(nèi)壁應(yīng)光滑，以保證管道內(nèi)壁不積煤、不粘煤。

(3) 風(fēng)管截面采用圓形或方形設(shè)計。設(shè)置觀察口，同時設(shè)置沖洗水清洗口，便于定期清理管道內(nèi)壁粘附的粉塵。

(4) 循環(huán)風(fēng)管采用Q235優(yōu)質(zhì)鋼板制作，內(nèi)外表面需采用烤漆工藝。漆膜應(yīng)均勻完整，厚度大于180 μm，不得有脫皮、缺漆、流痕等現(xiàn)象，以減少煤粉粘附。

3.6 頭部護罩和導(dǎo)料槽出口布置筏式擋簾

傳統(tǒng)皮帶輸送機導(dǎo)料槽出口處的橡膠密封簾，長期運行后易磨損、老化，進而影響轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的密封性能。筏式擋簾采用耐磨、抗沖擊、低比重的剛性材料制作，實現(xiàn)與料流配合的動態(tài)“筏式”密封。導(dǎo)料槽出口筏式擋簾能有效減小導(dǎo)料槽出口處的出風(fēng)截面，提高導(dǎo)料槽出口對誘導(dǎo)風(fēng)的阻尼系數(shù)，降低單位時間內(nèi)流出導(dǎo)料槽的誘導(dǎo)風(fēng)量。

頭部護罩筏式擋簾與導(dǎo)料槽出口筏式擋簾有如下幾個特點：

(1) 筏式擋簾安裝于頭部護罩和導(dǎo)料槽出口處，配合原有的角鋼法蘭對鎖，安裝方便；

(2) 剛性擋簾條隨著物料的運動及堆積角度變化呈動態(tài)緊密配合式密封；

(3) 動態(tài)筏式擋簾條采用高耐磨、低密度材質(zhì)制作，使用壽命長；

(4) 安裝、檢修較方便。

3.7 在導(dǎo)料槽出口處加裝泡沫抑塵系統(tǒng)

3.7.1 泡沫抑塵系統(tǒng)工作原理

泡沫抑塵系統(tǒng)安裝在導(dǎo)料槽出口處。在自動加藥系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、泡沫發(fā)生器的共同作用下，泡沫發(fā)生器產(chǎn)生大量泡沫，并在導(dǎo)料槽內(nèi)部形成一定厚度的泡沫簾。

通過活性劑改變泡沫表面張力而形成的泡沫簾，能有效捕捉導(dǎo)料槽內(nèi)部空氣中的粉塵顆粒(尤其對PM10以下的呼吸性粉塵顆粒捕捉效率高)，達(dá)到抑塵、降塵的目的。

3.7.2 泡沫抑塵系統(tǒng)的組成

泡沫抑塵系統(tǒng)由以下3個部分組成。

(1) 自動加藥系統(tǒng)。主要部件為自動加藥系統(tǒng)、集成控制系統(tǒng)、管道配件。

(2) 空氣供給系統(tǒng)。主要部件為儲氣罐、配電箱(如果轉(zhuǎn)運站內(nèi)無壓縮空氣管路則需另配空壓機)。

(3) 泡沫發(fā)生器。主要部件為泡沫發(fā)生器、管道配件。

3.7.3 泡沫抑塵系統(tǒng)的特點

(1) 全自動聯(lián)鎖控制，無需人工值守。

(2) 采用環(huán)保無毒表面活性劑，主要成份為C，H，O。

(3) 用水量少，活性劑消耗量少，運行成本低。

(4) 耗能少，僅控制系統(tǒng)耗電(安裝空壓機時整機功率7.5—15 kW，根據(jù)泡沫需求量定)。

4 粉塵治理效果

該電廠8號轉(zhuǎn)運站經(jīng)過粉塵治理之后效果十分明顯，現(xiàn)轉(zhuǎn)運站內(nèi)粉塵濃度已降至4 mg/Nm3左右，大大低于國家標(biāo)準(zhǔn)，工作環(huán)境得到了改善，減少了設(shè)備故障和火災(zāi)隱患。在取得良好社會效益的同時，此次技術(shù)改造采用的是無動力除塵系統(tǒng)，日常運行和設(shè)備維護費用大幅降低，加上衛(wèi)生維護費用的減少，取得的經(jīng)濟效益顯著，如表1所示。

5 結(jié)束語

隨著國家對環(huán)保的要求越來越高，做好輸煤系統(tǒng)的粉塵治理工作已刻不容緩。對輸煤設(shè)備進行抑塵控塵技術(shù)改造，使火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理狀況得到根本性轉(zhuǎn)變，可保證人身和設(shè)備健康，降低運行和維護成本，進而取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益。該電廠8號轉(zhuǎn)運站粉塵治理工作的成功，也為粉塵治理提供了方向。

表1 粉塵治理經(jīng)濟效益

1 白志剛.燃煤電廠輸煤系統(tǒng)除塵措施探討[J].能源研究與管理，2016，28(4)：41-42.

2 李新梅，張 軍.降低輸煤系統(tǒng)粉塵污染方法的探討[J].電力安全技術(shù)，2014，16(1)：40-41.

3 山西省電力工業(yè)局.燃料設(shè)備運行[M].北京：中國電力出版社，1997.

2017-06-02。

唱潤光(1981—)，男，工程師，主要從事燃料設(shè)備維護工作，email：crg81027@163.com。