發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)的粉塵現(xiàn)狀分析及治理措施探討

摘要：分析了某火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)粉塵污染產(chǎn)生的原因，從粉塵的產(chǎn)生源頭、系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程、粉塵抑制、粉塵回收等多方面共同治理，采用無動力除塵裝置、氣霧抑塵設(shè)備、曲線落煤管等一系列綜合治理措施，有效抑制了輸煤系統(tǒng)粉塵污染，并產(chǎn)生了比較好的經(jīng)濟效益，為解決類似問題提供了科學(xué)依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：輸煤系統(tǒng);轉(zhuǎn)運站;粉塵;治理;無動力除塵;曲線落煤管

0? ? 引言

某火力發(fā)電廠裝機為3臺660 MW燃煤發(fā)電機組，鍋爐為ABB-CE公司設(shè)計制造，汽輪發(fā)電機組為GEC-ALSTHOM公司設(shè)計制造，輸煤系統(tǒng)共分為兩個部分，即卸煤線（碼頭卸船機至露天煤場）和上煤線（煤場至鍋爐煤倉）。

火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)的作用主要是將原煤倉庫存的原煤經(jīng)破碎、輸煤皮帶輸送、犁煤等環(huán)節(jié)處理，運送到鍋爐煤倉，在輸送過程中會產(chǎn)生大量的生產(chǎn)性粉塵，對環(huán)境造成較為嚴重的污染，而輸煤轉(zhuǎn)運站，特別是碎煤機樓轉(zhuǎn)運站的粉塵污染尤為突出，危害運行和檢修人員的身體健康，還會造成煤粉損失，對周邊設(shè)備也會帶來安全隱患。

某電廠輸煤系統(tǒng)粉塵處理原設(shè)計是使用布袋除塵器和水沖洗裝置，部分生產(chǎn)場所如原煤倉間、碼頭面則采用人工清掃。布袋除塵因工作環(huán)境濕度大導(dǎo)致故障率高、除塵效果不佳，且設(shè)備維護量大、維護成本高;水沖洗不能在線治理，且會加速設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)腐蝕和增加電氣設(shè)備故障;人工清掃勞動強度大，效率低。鑒于此，對輸煤系統(tǒng)粉塵治理采用無動力除塵裝置、氣霧抑塵裝置、落煤管防堵抑塵改造等綜合治理方案，有效抑制了輸煤系統(tǒng)粉塵污染。

1? ? 原因分析

該電廠輸煤系統(tǒng)皮帶機為DTⅡ型通用帶式輸送機，帶寬B=1 400 mm（卸煤線B=

1 600 mm），帶速為3.15 m/s，出力1 500 t/h（卸煤線2 500 t/h）;輸煤轉(zhuǎn)運站上皮帶機來煤經(jīng)過頭部漏斗、落煤管、滾軸篩、碎煤機、下膠帶輸送機;從上到下物料落差以20 m計，高速下落后至落料點處速度為20 m/s（設(shè)上卸料皮帶機帶速為3.15 m/s，理論計算值，不計轉(zhuǎn)角及鎖氣器阻力系數(shù)）;導(dǎo)料槽位置因多種原因造成強烈正壓，進而形成紊流，含有粉塵的氣流在被布袋除塵器吸出后，壓力降低;但因下料點未設(shè)置緩沖裝置及布袋除塵故障率高等原因，除塵效果不佳，尤其是TT4、TT5、TT6等轉(zhuǎn)運站有粉塵從導(dǎo)料槽兩側(cè)溢出，具體原因分析如下（以TT5為例，圖1為TT5轉(zhuǎn)運站粉塵原因分析示意圖）：

（1）落煤管垂直落差大，煤粉從前一條皮帶機下料口自由下落，速度較快，該位置會產(chǎn)生強烈的誘導(dǎo)風(fēng)，攜帶大量粉塵快速進入導(dǎo)料槽，致使導(dǎo)料槽內(nèi)產(chǎn)生較大的正壓，導(dǎo)料槽的密封存在不嚴密處，粉塵從導(dǎo)料槽的這些密封不嚴處噴擠出來，造成現(xiàn)場粉塵彌漫;

（2）原始設(shè)計的導(dǎo)料槽容積較小，整體長度不足，煤料快速下落后攜帶大量誘導(dǎo)風(fēng)，在除塵器位置造成猛烈正壓，致使除塵器在工作時未能將所有粉塵吸出，多種原因疊加造成在導(dǎo)料槽出口處風(fēng)量大、風(fēng)速高，噴粉嚴重;

（3）物料在無任何緩沖措施的情況下經(jīng)高速下降后直接撞擊輸煤皮帶，導(dǎo)致皮帶頻繁抖動，誘導(dǎo)風(fēng)在落料點位置前后的導(dǎo)料槽與皮帶存在間隙處將細煤粉噴擠出;

（4）落煤管原始設(shè)計僅考慮設(shè)備布置方便及輸煤功能性要求，未考慮其他因素，造成落煤管設(shè)計有多個連續(xù)轉(zhuǎn)角，煤流高速下落過程中會撞擊落煤管，質(zhì)地松散的煤粉在撞擊過程中會把煤粉空隙中的空氣劇烈擠壓出來，形成氣流高速噴出，這個過程會夾攜粉塵一起噴出;

（5）導(dǎo)料槽與落煤管的連接處沒有設(shè)置對中機構(gòu)，來煤下落后相對皮帶帶面不集中，兩側(cè)容易形成撒煤，且皮帶在運行時容易跑偏。

2? ? 技術(shù)改造設(shè)想重點

某電廠輸煤系統(tǒng)粉塵處理原設(shè)計是使用布袋除塵器和水沖洗裝置，部分生產(chǎn)場所如原煤倉間、碼頭面則采用人工清掃。原設(shè)計安裝的布袋除塵器，經(jīng)過連續(xù)多年的高強度運行，其內(nèi)部器件老化，因工作環(huán)境濕度大導(dǎo)致故障率高、除塵效果不佳，且設(shè)備的除塵效果已不能滿足現(xiàn)今的環(huán)保排放要求。人工清掃則造成較高位置和人工難以清掃的角落清掃效果較差。布袋除塵器和人工清掃會造成內(nèi)部積粉較為嚴重的部位易發(fā)生火災(zāi)。因此，必須對除塵系統(tǒng)進行綜合改造。

通過資料收集、測量數(shù)據(jù)整理、現(xiàn)場尺寸測量等方式，基于煤、水的特性，技術(shù)改造的重點要求如下：（1）尺寸能滿足現(xiàn)有的場地布置，或土建結(jié)構(gòu)改動小;（2）與設(shè)備兼容好，對設(shè)備改動小，節(jié)省設(shè)備改造費用;（3）改造后的除塵設(shè)備可靠性高，減少人力、備件成本;（4）改造后的除塵設(shè)備節(jié)電、節(jié)水、節(jié)能;（5）對收集的煤粉最好可以回收，以減少燃料損耗。

3? ? 技術(shù)改造方案

3.1? ? 輸煤皮帶機尾部無動力除塵裝置改造

3.1.1? ? 技術(shù)原理

無動力除塵裝置是一種新型的低能耗技術(shù)除塵裝置，主要包括倒“八”字形多功能導(dǎo)料槽、一級自動循環(huán)減壓裝置、二級循環(huán)減壓裝置、可調(diào)阻尼裝置、復(fù)合密封、緩沖床、對中機構(gòu)等。無動力除塵裝置結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

倒“八”字形多功能導(dǎo)料槽的功能，是防止煤流從上一級輸送機落入下一級輸送機時物料外撒。

無動力除塵裝置是根據(jù)空氣動力學(xué)的原理，采用物理泄壓方式，不外設(shè)任何動力，合理利用空氣壓力將容器內(nèi)壓力轉(zhuǎn)換成除塵動力，使含塵空氣通過一級循環(huán)裝置和二級循環(huán)裝置后進行慣性、重力沉降，形成微負壓循環(huán)，壓力得到平衡釋放，再經(jīng)過阻尼裝置逐級過濾，并利用阻尼簾對粉塵的吸附作用，使粉塵長時間附著結(jié)塊，完成一個循環(huán)。連續(xù)輸送原煤時，空氣流動不斷擾動擋簾，阻尼簾上的結(jié)塊即自動脫落，回落至膠帶上隨原煤被輸送至下一級輸送帶，達到抑制粉塵的最終目的。無動力除塵裝置工作原理如圖3所示。

3.1.2? ? 技術(shù)方案

（1）將輸煤皮帶機尾部導(dǎo)料槽改造為倒“八”字形多功能導(dǎo)料槽，防止煤流從上一級輸送機落入下一級輸送機時物料外撒。

（2）將輸煤皮帶機尾部布袋除塵器改造為無動力除塵裝置。

通過物料下落過程中的沖擊壓力逐次降低，粉塵在全封閉導(dǎo)料槽內(nèi)按設(shè)計方向運動，有效導(dǎo)入除塵器主體，經(jīng)過除塵器主體進行多級分離，可有效消除輸煤皮帶運轉(zhuǎn)過程中造成的沖擊性煤粉，從而達到內(nèi)外空氣壓力相對平衡、消除粉塵的效果。

3.2? ? 輸煤皮帶機尾部導(dǎo)料槽出入口、改向滾筒等位置加裝氣霧抑塵設(shè)備

氣霧抑塵技術(shù)原理可以總結(jié)概括為兩方面：重力降塵、水霧壓塵。加壓將液體（在此次改造中使用的是過濾后的自來水）、氣體（在此次改造中使用的是壓縮空氣）輸送至混合噴嘴，噴出噴嘴的是混合后形成的細小霧化液滴，從而產(chǎn)生極小的水霧顆粒，通過調(diào)整液體與氣體的壓力使水霧顆粒直徑控制在1～10 μm，其對懸浮在空氣中的煤粉進行快速有效地吸附，迅速凝聚成顆粒受重力作用而降落下來，從而達到抑制粉塵、優(yōu)化現(xiàn)場環(huán)境的效果。圖4為氣霧與粉塵碰撞過程示意圖，圖5為氣霧與粉塵粘附示意圖。

根據(jù)現(xiàn)場需要，在輸煤系統(tǒng)輸煤皮帶機尾部導(dǎo)料槽出入口、改向滾筒處等部位加裝氣霧抑塵裝置。

3.3? ? 防堵抑塵曲線落煤管技術(shù)方案

采集皮帶輸送機運行參數(shù)，結(jié)合煤流物理特性，使用離散學(xué)基本原理，采用三維動態(tài)模擬分析的技術(shù)手段，分析煤流滑落的運動過程，進而使用分析結(jié)果對煤流進行全程導(dǎo)流，從而使煤流從原來的無序墜落狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽氐幕溥\動過程，減少導(dǎo)流槽出口的噴粉程度。

（1）防堵。來料皮帶的速度賦予煤流動能，在曲線落煤管內(nèi)煤流的動能與勢能疊加，能量疊加后的濕煤流能夠克服傾角管壁的摩擦力，依靠自身的慣性能量沿曲線落煤管滑落至接料皮帶上，避免堵煤。

（2）抑塵。煤流在原始設(shè)計的落煤管內(nèi)的運動屬于無序墜落，而在曲線落煤管中的運行屬于“集束式”有序滑落，通過控制滑落煤流的出口速度，使其與接料皮帶速度一致，則煤流與接料皮帶可實現(xiàn)相對靜止，消除了煤流對皮帶的沖擊，抑制減少了90%粉塵的產(chǎn)生。防堵抑塵曲線落煤管組成如圖6所示。

3.4? ? 其他技術(shù)改造措施

各轉(zhuǎn)運站及原煤倉間安裝真空吸塵管網(wǎng)，配置真空吸塵車，定期對原煤倉間、碼頭面、各輸煤轉(zhuǎn)運站進行真空吸塵。

負壓吸塵車是一種可以移動的工業(yè)真空吸料設(shè)備。設(shè)備安裝在卡車底盤上，既可方便地吸取不在同一個工作范圍內(nèi)的各種物料，也可在同一個工作區(qū)域內(nèi)，與配套的負壓吸送管網(wǎng)配合，形成中央吸塵系統(tǒng)，達到高效、強力、機動靈活的工業(yè)吸塵效果。

將輸煤皮帶機配重間密閉，并在配重間附近設(shè)置沉淀池，對該處產(chǎn)生的粉塵進行沉淀回收處理。

4? ? 應(yīng)用情況、達到的經(jīng)濟和社會效益評價

4.1? ? 現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對比

（1）某電廠輸煤系統(tǒng)TT5轉(zhuǎn)運站實施改造前，系統(tǒng)運行中粉塵濃度檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可以看出，即使是粉塵濃度最低的帶式輸送機尾部，粉塵濃度值也超過了國家標準對工作場所粉塵濃度最大值必須≤4 mg/m3的要求。

（2）對上述系統(tǒng)實施綜合改造，改造完成投用一個月后，運行中粉塵濃度檢測如表2所示。

從表2可以看出，其粉塵濃度值均低于國家標準要求的工作場所粉塵濃度最大值必須≤4 mg/m3的要求。

4.2? ? 經(jīng)濟、社會效益

此綜合治理方案直指問題關(guān)鍵，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備特點、實際需求，較好地解決了輸煤系統(tǒng)粉塵問題。

（1）將輸煤皮帶機原設(shè)計的布袋除塵器改造為無動力除塵裝置，原設(shè)計的布袋除塵器拆除;無動力除塵裝置不消耗資源，且免維護，減少了能源消耗與布袋除塵的維修、維護和備件費用，每年可節(jié)約費用約100萬元。

（2）將輸煤皮帶機尾部導(dǎo)料槽改造為倒“八”字形多功能導(dǎo)料槽，由于采用了TRS密封，增加了緩沖和對中裝置，導(dǎo)料槽的密封性能提高，杜絕了撒料，減少了設(shè)備維護的人力、備件成本，每年可節(jié)約費用約80萬元。

（3）將部分落煤管改造為曲線落煤管，由于曲線落煤管在設(shè)計上采用了防堵、抑塵、降噪等新技術(shù)，延長了設(shè)備的使用壽命，節(jié)約了能源，減少了設(shè)備維護、維修及備件費用，每年可節(jié)約費用約20萬元。

（4）系統(tǒng)增設(shè)真空吸塵裝置，一方面減少了碼頭面、原煤倉間、各轉(zhuǎn)運站、棧橋等工作場所人工清掃的勞動強度，提高了勞動效率;另一方面減少了各轉(zhuǎn)運站、碼頭面及棧橋的水沖洗頻度，節(jié)約了水資源，延長了系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，每年可節(jié)約費用約30萬元。

（5）系統(tǒng)增設(shè)沉淀池及真空吸塵裝置后，可對吸收后的粉塵及沉淀煤渣再次回收利用，每年可節(jié)約費用約20萬元。

改造后，一年共產(chǎn)生經(jīng)濟效益250萬元;改造后，有效抑制了輸煤系統(tǒng)粉塵飛揚，改善了員工的工作環(huán)境，降低了職工因系統(tǒng)粉塵而罹患職業(yè)病的風(fēng)險。

5? ? 結(jié)語

中國現(xiàn)階段的發(fā)展對于加快生態(tài)文明體制改革做出了新部署，更對發(fā)電企業(yè)提出了新時代的要求。新型環(huán)保型燃煤火力發(fā)電廠秉承安全、以人為本的理念，要求在環(huán)保排放、工作環(huán)境上有較大提升;國家環(huán)保標準對工作環(huán)境的粉塵濃度提出了具體要求;而在煤粉超標的環(huán)境中，工作人員長期吸入煤粉可能會造成塵肺或其他職業(yè)病問題，因此對輸煤系統(tǒng)的粉塵治理非常有必要。

此粉塵綜合治理方案針對燃煤火力發(fā)電機組的輸煤系統(tǒng)，從粉塵產(chǎn)生的原因著手分析，從粉塵產(chǎn)生源頭、系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程、粉塵抑制、粉塵回收等多方面共同進行治理，達到了較好的效果，且改造后經(jīng)濟效益也十分明顯，其經(jīng)驗和數(shù)據(jù)可以推廣應(yīng)用于其他行業(yè)的類似場景，如煤炭生產(chǎn)行業(yè)的采煤、輸送環(huán)節(jié)，礦山的采礦、輸送環(huán)節(jié)或者物流行業(yè)的碼頭、貨場區(qū)域等，為解決類似問題提供科學(xué)依據(jù)和參考。

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收稿日期：2019-12-03

作者簡介：吳航（1974—），男，廣東東莞人，工程師，從事火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)管理工作。