發電廠輸煤系統的粉塵現狀分析及治理措施探討

摘要：分析了某火力發電廠輸煤系統粉塵污染產生的原因，從粉塵的產生源頭、系統運轉過程、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粉塵污染，并產生了比較好的經濟效益，為解決類似問題提供了科學依據和參考。

關鍵詞：輸煤系統;轉運站;粉塵;治理;無動力除塵;曲線落煤管

0? ? 引言

某火力發電廠裝機為3臺660 MW燃煤發電機組，鍋爐為ABB-CE公司設計制造，汽輪發電機組為GEC-ALSTHOM公司設計制造，輸煤系統共分為兩個部分，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）。

火力發電廠輸煤系統的作用主要是將原煤倉庫存的原煤經破碎、輸煤皮帶輸送、犁煤等環節處理，運送到鍋爐煤倉，在輸送過程中會產生大量的生產性粉塵，對環境造成較為嚴重的污染，而輸煤轉運站，特別是碎煤機樓轉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，對周邊設備也會帶來安全隱患。

某電廠輸煤系統粉塵處理原設計是使用布袋除塵器和水沖洗裝置，部分生產場所如原煤倉間、碼頭面則采用人工清掃。布袋除塵因工作環境濕度大導致故障率高、除塵效果不佳，且設備維護量大、維護成本高;水沖洗不能在線治理，且會加速設備鋼結構腐蝕和增加電氣設備故障;人工清掃勞動強度大，效率低。鑒于此，對輸煤系統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粉塵污染。

1? ? 原因分析

該電廠輸煤系統皮帶機為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）;輸煤轉運站上皮帶機來煤經過頭部漏斗、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（設上卸料皮帶機帶速為3.15 m/s，理論計算值，不計轉角及鎖氣器阻力系數）;導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等轉運站有粉塵從導料槽兩側溢出，具體原因分析如下（以TT5為例，圖1為TT5轉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，該位置會產生強烈的誘導風，攜帶大量粉塵快速進入導料槽，致使導料槽內產生較大的正壓，導料槽的密封存在不嚴密處，粉塵從導料槽的這些密封不嚴處噴擠出來，造成現場粉塵彌漫;

（2）原始設計的導料槽容積較小，整體長度不足，煤料快速下落后攜帶大量誘導風，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料槽出口處風量大、風速高，噴粉嚴重;

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

（4）落煤管原始設計僅考慮設備布置方便及輸煤功能性要求，未考慮其他因素，造成落煤管設計有多個連續轉角，煤流高速下落過程中會撞擊落煤管，質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）導料槽與落煤管的連接處沒有設置對中機構，來煤下落后相對皮帶帶面不集中，兩側容易形成撒煤，且皮帶在運行時容易跑偏。

2? ? 技術改造設想重點

某電廠輸煤系統粉塵處理原設計是使用布袋除塵器和水沖洗裝置，部分生產場所如原煤倉間、碼頭面則采用人工清掃。原設計安裝的布袋除塵器，經過連續多年的高強度運行，其內部器件老化，因工作環境濕度大導致故障率高、除塵效果不佳，且設備的除塵效果已不能滿足現今的環保排放要求。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部積粉較為嚴重的部位易發生火災。因此，必須對除塵系統進行綜合改造。

通過資料收集、測量數據整理、現場尺寸測量等方式，基于煤、水的特性，技術改造的重點要求如下：（1）尺寸能滿足現有的場地布置，或土建結構改動小;（2）與設備兼容好，對設備改動小，節省設備改造費用;（3）改造后的除塵設備可靠性高，減少人力、備件成本;（4）改造后的除塵設備節電、節水、節能;（5）對收集的煤粉最好可以回收，以減少燃料損耗。

3? ? 技術改造方案

3.1? ? 輸煤皮帶機尾部無動力除塵裝置改造

3.1.1? ? 技術原理

無動力除塵裝置是一種新型的低能耗技術除塵裝置，主要包括倒“八”字形多功能導料槽、一級自動循環減壓裝置、二級循環減壓裝置、可調阻尼裝置、復合密封、緩沖床、對中機構等。無動力除塵裝置結構組成如圖2所示。

倒“八”字形多功能導料槽的功能，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空氣動力學的原理，采用物理泄壓方式，不外設任何動力，合理利用空氣壓力將容器內壓力轉換成除塵動力，使含塵空氣通過一級循環裝置和二級循環裝置后進行慣性、重力沉降，形成微負壓循環，壓力得到平衡釋放，再經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塊，完成一個循環。連續輸送原煤時，空氣流動不斷擾動擋簾，阻尼簾上的結塊即自動脫落，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? ? 技術方案

（1）將輸煤皮帶機尾部導料槽改造為倒“八”字形多功能導料槽，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，粉塵在全封閉導料槽內按設計方向運動，有效導入除塵器主體，經過除塵器主體進行多級分離，可有效消除輸煤皮帶運轉過程中造成的沖擊性煤粉，從而達到內外空氣壓力相對平衡、消除粉塵的效果。

3.2? ? 輸煤皮帶機尾部導料槽出入口、改向滾筒等位置加裝氣霧抑塵設備

氣霧抑塵技術原理可以總結概括為兩方面：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，從而產生極小的水霧顆粒，通過調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、優化現場環境的效果。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。

根據現場需要，在輸煤系統輸煤皮帶機尾部導料槽出入口、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方案

采集皮帶輸送機運行參數，結合煤流物理特性，使用離散學基本原理，采用三維動態模擬分析的技術手段，分析煤流滑落的運動過程，進而使用分析結果對煤流進行全程導流，從而使煤流從原來的無序墜落狀態轉變為可控的滑落運動過程，減少導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。煤流在原始設計的落煤管內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%粉塵的產生。防堵抑塵曲線落煤管組成如圖6所示。

3.4? ? 其他技術改造措施

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

負壓吸塵車是一種可以移動的工業真空吸料設備。設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的各種物料，也可在同一個工作區域內，與配套的負壓吸送管網配合，形成中央吸塵系統，達到高效、強力、機動靈活的工業吸塵效果。

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

4? ? 應用情況、達到的經濟和社會效益評價

4.1? ? 現場實測數據對比

（1）某電廠輸煤系統TT5轉運站實施改造前，系統運行中粉塵濃度檢測數據如表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? ? 經濟、社會效益

此綜合治理方案直指問題關鍵，結合現場設備特點、實際需求，較好地解決了輸煤系統粉塵問題。

（1）將輸煤皮帶機原設計的布袋除塵器改造為無動力除塵裝置，原設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，每年可節約費用約100萬元。

（2）將輸煤皮帶機尾部導料槽改造為倒“八”字形多功能導料槽，由于采用了TRS密封，增加了緩沖和對中裝置，導料槽的密封性能提高，杜絕了撒料，減少了設備維護的人力、備件成本，每年可節約費用約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計上采用了防堵、抑塵、降噪等新技術，延長了設備的使用壽命，節約了能源，減少了設備維護、維修及備件費用，每年可節約費用約20萬元。

（4）系統增設真空吸塵裝置，一方面減少了碼頭面、原煤倉間、各轉運站、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運站、碼頭面及棧橋的水沖洗頻度，節約了水資源，延長了系統鋼結構的使用壽命，每年可節約費用約30萬元。

（5）系統增設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，每年可節約費用約20萬元。

改造后，一年共產生經濟效益250萬元;改造后，有效抑制了輸煤系統粉塵飛揚，改善了員工的工作環境，降低了職工因系統粉塵而罹患職業病的風險。

5? ? 結語

中國現階段的發展對于加快生態文明體制改革做出了新部署，更對發電企業提出了新時代的要求。新型環保型燃煤火力發電廠秉承安全、以人為本的理念，要求在環保排放、工作環境上有較大提升;國家環保標準對工作環境的粉塵濃度提出了具體要求;而在煤粉超標的環境中，工作人員長期吸入煤粉可能會造成塵肺或其他職業病問題，因此對輸煤系統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電機組的輸煤系統，從粉塵產生的原因著手分析，從粉塵產生源頭、系統運轉過程、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，且改造后經濟效益也十分明顯，其經驗和數據可以推廣應用于其他行業的類似場景，如煤炭生產行業的采煤、輸送環節，礦山的采礦、輸送環節或者物流行業的碼頭、貨場區域等，為解決類似問題提供科學依據和參考。

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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，從事火力發電廠輸煤系統生產技術管理工作。