发电厂输煤系统的粉尘现状分析及治理措施探讨

摘要：分析了某火力发电厂输煤系统粉尘污染产生的原因，从粉尘的产生源头、系统运转过程、粉尘抑制、粉尘回收等多方面共同治理，采用无动力除尘装置、气雾抑尘设备、曲线落煤管等一系列综合治理措施，有效抑制了输煤系统粉尘污染，并产生了比较好的经济效益，为解决类似问题提供了科学依据和参考。

关键词：输煤系统;转运站;粉尘;治理;无动力除尘;曲线落煤管

0    引言

某火力发电厂装机为3台660 MW燃煤发电机组，锅炉为ABB-CE公司设计制造，汽轮发电机组为GEC-ALSTHOM公司设计制造，输煤系统共分为两个部分，即卸煤线（码头卸船机至露天煤场）和上煤线（煤场至锅炉煤仓）。

火力发电厂输煤系统的作用主要是将原煤仓库存的原煤经破碎、输煤皮带输送、犁煤等环节处理，运送到锅炉煤仓，在输送过程中会产生大量的生产性粉尘，对环境造成较为严重的污染，而输煤转运站，特别是碎煤机楼转运站的粉尘污染尤为突出，危害运行和检修人员的身体健康，还会造成煤粉损失，對周边设备也会带来安全隐患。

某电厂输煤系统粉尘处理原设计是使用布袋除尘器和水冲洗装置，部分生产场所如原煤仓间、码头面则采用人工清扫。布袋除尘因工作环境湿度大导致故障率高、除尘效果不佳，且设备维护量大、维护成本高;水冲洗不能在线治理，且会加速设备钢结构腐蚀和增加电气设备故障;人工清扫劳动强度大，效率低。鉴于此，对输煤系统粉尘治理采用无动力除尘装置、气雾抑尘装置、落煤管防堵抑尘改造等综合治理方案，有效抑制了输煤系统粉尘污染。

1    原因分析

该电厂输煤系统皮带机为DTⅡ型通用带式输送机，带宽B=1 400 mm（卸煤线B=

1 600 mm），带速为3.15 m/s，出力1 500 t/h（卸煤线2 500 t/h）;输煤转运站上皮带机来煤经过头部漏斗、落煤管、滚轴筛、碎煤机、下胶带输送机;从上到下物料落差以20 m计，高速下落后至落料点处速度为20 m/s（设上卸料皮带机带速为3.15 m/s，理论计算值，不计转角及锁气器阻力系数）;导料槽位置因多种原因造成强烈正压，进而形成紊流，含有粉尘的气流在被布袋除尘器吸出后，压力降低;但因下料点未设置缓冲装置及布袋除尘故障率高等原因，除尘效果不佳，尤其是TT4、TT5、TT6等转运站有粉尘从导料槽两侧溢出，具体原因分析如下（以TT5为例，图1为TT5转运站粉尘原因分析示意图）：

（1）落煤管垂直落差大，煤粉从前一条皮带机下料口自由下落，速度较快，该位置会产生强烈的诱导风，携带大量粉尘快速进入导料槽，致使导料槽内产生较大的正压，导料槽的密封存在不严密处，粉尘从导料槽的这些密封不严处喷挤出来，造成现场粉尘弥漫;

（2）原始设计的导料槽容积较小，整体长度不足，煤料快速下落后携带大量诱导风，在除尘器位置造成猛烈正压，致使除尘器在工作时未能将所有粉尘吸出，多种原因叠加造成在导料槽出口处风量大、风速高，喷粉严重;

（3）物料在无任何缓冲措施的情况下经高速下降后直接撞击输煤皮带，导致皮带频繁抖动，诱导风在落料点位置前后的导料槽与皮带存在间隙处将细煤粉喷挤出;

（4）落煤管原始设计仅考虑设备布置方便及输煤功能性要求，未考虑其他因素，造成落煤管设计有多个连续转角，煤流高速下落过程中会撞击落煤管，质地松散的煤粉在撞击过程中会把煤粉空隙中的空气剧烈挤压出来，形成气流高速喷出，这个过程会夹携粉尘一起喷出;

（5）导料槽与落煤管的连接处没有设置对中机构，来煤下落后相对皮带带面不集中，两侧容易形成撒煤，且皮带在运行时容易跑偏。

2    技术改造设想重点

某电厂输煤系统粉尘处理原设计是使用布袋除尘器和水冲洗装置，部分生产场所如原煤仓间、码头面则采用人工清扫。原设计安装的布袋除尘器，经过连续多年的高强度运行，其内部器件老化，因工作环境湿度大导致故障率高、除尘效果不佳，且设备的除尘效果已不能满足现今的环保排放要求。人工清扫则造成较高位置和人工难以清扫的角落清扫效果较差。布袋除尘器和人工清扫会造成内部积粉较为严重的部位易发生火灾。因此，必须对除尘系统进行综合改造。

通过资料收集、测量数据整理、现场尺寸测量等方式，基于煤、水的特性，技术改造的重点要求如下：（1）尺寸能满足现有的场地布置，或土建结构改动小;（2）与设备兼容好，对设备改动小，节省设备改造费用;（3）改造后的除尘设备可靠性高，减少人力、备件成本;（4）改造后的除尘设备节电、节水、节能;（5）对收集的煤粉最好可以回收，以减少燃料损耗。

3    技术改造方案

3.1    输煤皮带机尾部无动力除尘装置改造

3.1.1    技术原理

无动力除尘装置是一种新型的低能耗技术除尘装置，主要包括倒“八”字形多功能导料槽、一级自动循环减压装置、二级循环减压装置、可调阻尼装置、复合密封、缓冲床、对中机构等。无动力除尘装置结构组成如图2所示。

倒“八”字形多功能导料槽的功能，是防止煤流从上一级输送机落入下一级输送机时物料外撒。

无动力除尘装置是根据空气动力学的原理，采用物理泄压方式，不外设任何动力，合理利用空气压力将容器内压力转换成除尘动力，使含尘空气通过一级循环装置和二级循环装置后进行惯性、重力沉降，形成微负压循环，压力得到平衡释放，再经过阻尼装置逐级过滤，并利用阻尼帘对粉尘的吸附作用，使粉尘长时间附着结块，完成一个循环。连续输送原煤时，空气流动不断扰动挡帘，阻尼帘上的结块即自动脱落，回落至胶带上随原煤被输送至下一级输送带，达到抑制粉尘的最终目的。无动力除尘装置工作原理如图3所示。

3.1.2    技术方案

（1）将输煤皮带机尾部导料槽改造为倒“八”字形多功能導料槽，防止煤流从上一级输送机落入下一级输送机时物料外撒。

（2）将输煤皮带机尾部布袋除尘器改造为无动力除尘装置。

通过物料下落过程中的冲击压力逐次降低，粉尘在全封闭导料槽内按设计方向运动，有效导入除尘器主体，经过除尘器主体进行多级分离，可有效消除输煤皮带运转过程中造成的冲击性煤粉，从而达到内外空气压力相对平衡、消除粉尘的效果。

3.2    输煤皮带机尾部导料槽出入口、改向滚筒等位置加装气雾抑尘设备

气雾抑尘技术原理可以总结概括为两方面：重力降尘、水雾压尘。加压将液体（在此次改造中使用的是过滤后的自来水）、气体（在此次改造中使用的是压缩空气）输送至混合喷嘴，喷出喷嘴的是混合后形成的细小雾化液滴，从而产生极小的水雾颗粒，通过调整液体与气体的压力使水雾颗粒直径控制在1～10 μm，其对悬浮在空气中的煤粉进行快速有效地吸附，迅速凝聚成颗粒受重力作用而降落下来，从而达到抑制粉尘、优化现场环境的效果。图4为气雾与粉尘碰撞过程示意图，图5为气雾与粉尘粘附示意图。

根据现场需要，在输煤系统输煤皮带机尾部导料槽出入口、改向滚筒处等部位加装气雾抑尘装置。

3.3    防堵抑尘曲线落煤管技术方案

采集皮带输送机运行参数，结合煤流物理特性，使用离散学基本原理，采用三维动态模拟分析的技术手段，分析煤流滑落的运动过程，进而使用分析结果对煤流进行全程导流，从而使煤流从原来的无序坠落状态转变为可控的滑落运动过程，减少导流槽出口的喷粉程度。

（1）防堵。来料皮带的速度赋予煤流动能，在曲线落煤管内煤流的动能与势能叠加，能量叠加后的湿煤流能够克服倾角管壁的摩擦力，依靠自身的惯性能量沿曲线落煤管滑落至接料皮带上，避免堵煤。

（2）抑尘。煤流在原始设计的落煤管内的运动属于无序坠落，而在曲线落煤管中的运行属于“集束式”有序滑落，通过控制滑落煤流的出口速度，使其与接料皮带速度一致，则煤流与接料皮带可实现相对静止，消除了煤流对皮带的冲击，抑制减少了90%粉尘的产生。防堵抑尘曲线落煤管组成如图6所示。

3.4    其他技术改造措施

各转运站及原煤仓间安装真空吸尘管网，配置真空吸尘车，定期对原煤仓间、码头面、各输煤转运站进行真空吸尘。

负压吸尘车是一种可以移动的工业真空吸料设备。设备安装在卡车底盘上，既可方便地吸取不在同一个工作范围内的各种物料，也可在同一个工作区域内，与配套的负压吸送管网配合，形成中央吸尘系统，达到高效、强力、机动灵活的工业吸尘效果。

将输煤皮带机配重间密闭，并在配重间附近设置沉淀池，对该处产生的粉尘进行沉淀回收处理。

4    应用情况、达到的经济和社会效益评价

4.1    现场实测数据对比

（1）某电厂输煤系统TT5转运站实施改造前，系统运行中粉尘浓度检测数据如表1所示。

从表1可以看出，即使是粉尘浓度最低的带式输送机尾部，粉尘浓度值也超过了国家标准对工作场所粉尘浓度最大值必须≤4 mg/m3的要求。

（2）对上述系统实施综合改造，改造完成投用一个月后，运行中粉尘浓度检测如表2所示。

从表2可以看出，其粉尘浓度值均低于国家标准要求的工作场所粉尘浓度最大值必须≤4 mg/m3的要求。

4.2    经济、社会效益

此综合治理方案直指问题关键，结合现场设备特点、实际需求，较好地解决了输煤系统粉尘问题。

（1）将输煤皮带机原设计的布袋除尘器改造为无动力除尘装置，原设计的布袋除尘器拆除;无动力除尘装置不消耗资源，且免维护，减少了能源消耗与布袋除尘的维修、维护和备件费用，每年可节约费用约100万元。

（2）将输煤皮带机尾部导料槽改造为倒“八”字形多功能导料槽，由于采用了TRS密封，增加了缓冲和对中装置，导料槽的密封性能提高，杜绝了撒料，减少了设备维护的人力、备件成本，每年可节约费用约80万元。

（3）将部分落煤管改造为曲线落煤管，由于曲线落煤管在设计上采用了防堵、抑尘、降噪等新技术，延长了设备的使用寿命，节约了能源，减少了设备维护、维修及备件费用，每年可节约费用约20万元。

（4）系统增设真空吸尘装置，一方面减少了码头面、原煤仓间、各转运站、栈桥等工作场所人工清扫的劳动强度，提高了劳动效率;另一方面减少了各转运站、码头面及栈桥的水冲洗频度，节约了水资源，延长了系统钢结构的使用寿命，每年可节约费用约30万元。

（5）系统增设沉淀池及真空吸尘装置后，可对吸收后的粉尘及沉淀煤渣再次回收利用，每年可节约费用约20万元。

改造后，一年共产生经济效益250万元;改造后，有效抑制了输煤系统粉尘飞扬，改善了员工的工作环境，降低了职工因系统粉尘而罹患职业病的风险。

5    结语

中国现阶段的发展对于加快生态文明体制改革做出了新部署，更对发电企业提出了新时代的要求。新型环保型燃煤火力发电厂秉承安全、以人为本的理念，要求在环保排放、工作环境上有较大提升;国家环保标准对工作环境的粉尘浓度提出了具体要求;而在煤粉超标的环境中，工作人员长期吸入煤粉可能会造成尘肺或其他职业病问题，因此对输煤系统的粉尘治理非常有必要。

此粉尘综合治理方案针对燃煤火力发电机组的输煤系统，从粉尘产生的原因着手分析，从粉尘产生源头、系统运转过程、粉尘抑制、粉尘回收等多方面共同进行治理，达到了较好的效果，且改造后经济效益也十分明显，其经验和数据可以推广应用于其他行业的类似场景，如煤炭生产行业的采煤、输送环节，矿山的采矿、输送环节或者物流行业的码头、货场区域等，为解决类似问题提供科学依据和参考。

[参考文献]

[1] 易中，吴萱，周丽珍.低速空气动力学[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[2] 柳劲松，王丽华，宋秀娟.环境生态学基础[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3] 带式输送机：GB/T 10595—2017[S].

[4] 电力行业劳动环境监测技术规范 第2部分：生产性粉尘监测：DL/T 799.2—2010[S].

收稿日期：2019-12-03

作者简介：吴航（1974—），男，广东东莞人，工程师，从事火力发电厂输煤系统生产技术管理工作。