大型火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)除塵設(shè)計(jì)
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劉彥輝 龍仕軍
中南電力設(shè)計(jì)院
摘要：本文分析電廠煤塵產(chǎn)生機(jī)理，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，為輸煤系統(tǒng)煤塵治理選用合適的除塵器組合。并結(jié)合湖北某大型火力發(fā)電廠實(shí)例，闡述大型火力發(fā)電廠輸煤除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：電廠；煤塵；除塵；抑塵
1 電廠煤塵產(chǎn)生機(jī)理
在轉(zhuǎn)運(yùn)站，皮帶輸送的煤流從高處下落到下級皮帶時(shí)，由于煤流與空氣的剪切作用產(chǎn)生高速氣流，被煤流擠壓出來的煤塵會隨著高速氣流向四周飛濺。煤流在下落過程中，在剪切和誘導(dǎo)空氣的作用下，導(dǎo)致皮帶導(dǎo)料槽內(nèi)產(chǎn)生20～40 Pa的正壓，使部分煤塵從導(dǎo)料槽的縫隙處冒出。原煤倉，犁煤器在向煤斗撒煤時(shí)，煤向煤斗下落過程中會使部分煤塵在煤斗內(nèi)飛揚(yáng)。下落的煤擠壓煤斗內(nèi)原有的空氣，使煤斗內(nèi)產(chǎn)生正壓，揚(yáng)起的煤塵會從煤斗的落料口等處冒出。在碎煤機(jī)室，除了煤從碎煤機(jī)下落到下級皮帶的過程中會帶著煤塵向四周飛濺外，碎煤機(jī)轉(zhuǎn)子在空氣動力方面類似風(fēng)機(jī)的葉輪，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動使導(dǎo)料槽的正壓高達(dá)60 Pa～80 Pa，使得部分煤塵從導(dǎo)料槽的縫隙處冒出。鍋爐房及輔機(jī)、煙煤風(fēng)道等，在運(yùn)行過程中因泄漏粉塵、灰塵及其他物料，并逐漸擴(kuò)散，飛落在各層樓板、平臺、設(shè)備、風(fēng)道、管道、墻壁上。
在煤場堆放情況下，煤堆表面在風(fēng)吹作用下產(chǎn)生揚(yáng)塵，在堆取料機(jī)機(jī)械動力擾動作用下容易產(chǎn)生揚(yáng)塵，在汽車卸煤、翻車機(jī)卸煤時(shí)，細(xì)小煤灰在下落過程中由于浮力和風(fēng)的作用下造成揚(yáng)塵。
2 輸煤系統(tǒng)粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)
煤塵中含有10%及以上游離二氧化硅時(shí)，工作地點(diǎn)空氣中含塵濃度不應(yīng)大于2 mg/m3，呼吸性矽塵濃度不應(yīng)大于1 mg/m3。當(dāng)空氣中呼吸性矽塵濃度大于1 mg/m3時(shí)，應(yīng)采取個(gè)人防護(hù)措施。除塵系統(tǒng)向室外排放濃度不應(yīng)大于60 mg/m3。
煤塵中含有10%以下游離二氧化硅時(shí)，工作地點(diǎn)空氣中總含塵濃度為：時(shí)間加權(quán)平均容許濃度不應(yīng)大于4 mg/m3，短時(shí)間接觸容許濃度不應(yīng)大于6 mg/m3，呼吸性煤塵時(shí)間加權(quán)平均容許濃度不應(yīng)大于2.5mg/m3，短時(shí)間接觸容許濃度不應(yīng)大于3.5mg/m3。當(dāng)空氣中呼吸性煤塵濃度大于2.5～3.5 mg/m3時(shí)，應(yīng)采取個(gè)人防護(hù)措施。除塵系統(tǒng)向室外排放濃度不應(yīng)大于
120mg/m3。
3 除塵器技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較
除塵器類型的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果見表1。表中均以一臺10000 m3/h除塵風(fēng)量的除塵器進(jìn)行比較，三種除塵器均是近期大型火力發(fā)電廠使用較多的代表類型，袋式除塵器為脈沖除塵器，濕式除塵器為多管沖激除塵器，靜電除塵器為板式除塵器。除塵器年運(yùn)行小時(shí)數(shù)取3200 h，電價(jià)按上網(wǎng)電價(jià)0.36元／kW．h計(jì)算，水價(jià)按1136元／噸，年費(fèi)用率為14.5%。
由表1分析可知，在電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)采取水沖激濕式除塵器和靜電除塵器相結(jié)合的除塵器選擇方案。濕式除塵器的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)，只要有泥漿排放處理方便的場所，均優(yōu)先推薦使用濕式除塵器。在泥漿處理困難、場地較寬松的場所，推薦使用靜電除塵器。
4 工程設(shè)計(jì)實(shí)例
湖北某電廠三期擴(kuò)建工程地處漢江平原，東南至武漢市區(qū)45 km，西至漢川市10 km。經(jīng)過1991年和1998年兩期建設(shè)，裝機(jī)容量為4x300 MW。三期擴(kuò)建工程為2x1000 MW超超臨界燃煤機(jī)組，于2013年1 1月投產(chǎn)，建成后電廠總?cè)萘繛?200 MW。
4.1輸煤系統(tǒng)除塵設(shè)計(jì)
為保證給輸煤系統(tǒng)的運(yùn)行人員創(chuàng)造一個(gè)符合衛(wèi)生規(guī)定的工作環(huán)境，在工藝專業(yè)對輸煤設(shè)備和導(dǎo)料槽采取密封措施的基礎(chǔ)上，對煤倉間原煤斗和轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)站、碎煤機(jī)室、翻車機(jī)室落料點(diǎn)等主要揚(yáng)塵點(diǎn)設(shè)機(jī)械通風(fēng)除塵和（或）噴水抑塵。
針對電廠所處的環(huán)境特點(diǎn)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后得出了以下最為經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案：各轉(zhuǎn)運(yùn)站、翻車機(jī)室落料點(diǎn)及碎煤機(jī)室采用多管沖擊式除塵器除塵；在各個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站每條膠帶機(jī)設(shè)置一臺除塵器，除塵器與膠帶機(jī)聯(lián)鎖；在煤倉間轉(zhuǎn)運(yùn)站及原煤斗、筒倉設(shè)置采用高壓靜電除塵器，各個(gè)吸塵口之間的控制采用電動通風(fēng)蝶閥實(shí)現(xiàn)。輸煤系統(tǒng)除塵原理見圖1所示。
4.2煤倉層、筒倉通風(fēng)除塵
煤倉間每臺爐有6個(gè)原煤斗，共設(shè)12個(gè)原煤斗。原煤斗上有兩路膠帶經(jīng)過，膠帶寬度為1.4 m，帶速為2.5 m/s。煤倉間采用集中除塵方式，每臺爐的6個(gè)原煤斗設(shè)計(jì)一臺風(fēng)量為30000 m3/h的靜電除塵器，分別從每個(gè)原煤斗的4個(gè)落煤管和原煤斗內(nèi)吸塵，每個(gè)落煤管設(shè)一個(gè)吸塵罩從原煤斗和落煤管上部抽風(fēng)，配1個(gè)除塵電動風(fēng)閥，電動風(fēng)閥分別與對應(yīng)犁煤器起／落信號聯(lián)鎖開／關(guān)。除塵系統(tǒng)經(jīng)吸塵罩產(chǎn)生負(fù)壓以防煤塵外逸和甲烷氣體的積聚，帶有煤塵的空氣經(jīng)除塵器處理達(dá)到排放要求后，由除塵系統(tǒng)通風(fēng)機(jī)排至室外。當(dāng)5#、6#爐任何一個(gè)原煤斗落煤時(shí)，對應(yīng)靜電除塵器與其聯(lián)鎖運(yùn)行。除塵器收集的煤塵經(jīng)螺旋加濕輸灰機(jī)回收送入原煤斗內(nèi)。煤倉間除塵剖面圖見圖2。
煤倉間頭部轉(zhuǎn)運(yùn)站配一臺風(fēng)量為10000 m3/h的靜電除塵器，每條膠帶機(jī)的落料點(diǎn)設(shè)一個(gè)吸塵罩。除塵系統(tǒng)經(jīng)吸塵罩從對應(yīng)的膠帶機(jī)導(dǎo)料槽內(nèi)抽風(fēng)，使之產(chǎn)生負(fù)壓以防煤塵外逸。除塵器與對應(yīng)膠帶機(jī)聯(lián)鎖啟停，除塵器收集的煤塵經(jīng)螺旋加濕輸灰機(jī)分別回落至對應(yīng)的膠帶機(jī)上。
筒倉采用集中除塵方式。2個(gè)筒倉設(shè)計(jì)一臺風(fēng)量為20000 m3/h的靜電除塵器，分別從每個(gè)筒倉的4個(gè)落煤管和筒倉內(nèi)吸塵，每個(gè)落煤管設(shè)一個(gè)吸塵罩，配1個(gè)除塵電動風(fēng)閥，電動風(fēng)閥分別與對應(yīng)犁煤器起／落信號聯(lián)鎖開／關(guān)。當(dāng)任何一個(gè)筒倉落煤時(shí)，對應(yīng)靜電除塵器與其聯(lián)鎖運(yùn)行。除塵器收集的煤塵經(jīng)螺旋加濕輸灰機(jī)回收送入筒倉內(nèi)，機(jī)組大修期間或筒倉長期不上煤時(shí)，應(yīng)定期開啟除塵風(fēng)機(jī)（除塵器不運(yùn)行）以排除原煤斗內(nèi)可燃?xì)怏w。
煤倉間及筒倉除塵器均布置在相應(yīng)房間屋頂。每個(gè)集中除塵系統(tǒng)配2臺防爆風(fēng)機(jī)，一臺運(yùn)行，一臺備用。除塵器與對應(yīng)信號聯(lián)鎖同時(shí)啟動，滯后5分鐘停機(jī)。螺旋加濕輸灰機(jī)加濕水源采用工業(yè)水。各除塵器均設(shè)有PLC控制器，可以實(shí)現(xiàn)與輸煤集控系統(tǒng)的雙向通訊及聯(lián)鎖控制，運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警可在輸煤控制室顯示。
4,3轉(zhuǎn)運(yùn)站、碎煤機(jī)室及翻車機(jī)室落料點(diǎn)通風(fēng)除塵
本期工程共有3個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站、1個(gè)碎煤機(jī)室、1個(gè)翻車機(jī)室、2個(gè)混煤筒倉。每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)落料點(diǎn)均設(shè)有一套除塵系統(tǒng)，除塵設(shè)備選用多管沖激式除塵器。落料點(diǎn)的數(shù)量、皮帶寬度、帶速及落料點(diǎn)高差確定的除塵設(shè)備數(shù)量及其抽風(fēng)量見表2。
轉(zhuǎn)運(yùn)站、筒倉下部轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、翻車機(jī)室、碎煤機(jī)室落料點(diǎn)各除塵系統(tǒng)均從對應(yīng)的膠帶機(jī)導(dǎo)料槽內(nèi)抽風(fēng)，碎煤機(jī)室還從碎煤機(jī)振動篩處抽風(fēng)、使之產(chǎn)生負(fù)壓以防煤塵外逸，帶有煤塵的空氣經(jīng)除塵器除塵后，由除塵系統(tǒng)通風(fēng)機(jī)排至室外。碎煤機(jī)室除塵剖面圖見圖3。多管沖激式除塵器補(bǔ)水采用復(fù)用水，除塵器的含塵污水排至煤水坑內(nèi)，再由輸煤專業(yè)設(shè)計(jì)的污水泵排至煤水沉清池進(jìn)行處理，循環(huán)使用。除塵器的運(yùn)行與對應(yīng)的膠帶機(jī)聯(lián)鎖同時(shí)啟動，滯后5分鐘停機(jī)。每臺除塵器設(shè)有1個(gè)PLC控制器，其運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警可在輸煤控制室顯示。
4.4輸煤系統(tǒng)噴水霧抑塵
在轉(zhuǎn)運(yùn)站、碎煤機(jī)室所有卸料及落料點(diǎn)處設(shè)計(jì)有皮帶自動噴水霧裝置。當(dāng)皮帶上有較干的煤(水分<6%)且皮帶運(yùn)行時(shí)，噴水裝置自動噴水；當(dāng)無煤、來煤較濕（水分>6%）或皮帶停止時(shí)，噴水裝置自動停噴。自動噴霧抑塵裝置利用噴嘴將壓力水轉(zhuǎn)換成水幕，將有效地抑制煤塵飛揚(yáng)。噴水裝置水源采用工業(yè)復(fù)用清水。皮帶自動噴水霧系統(tǒng)見圖4。
為控制翻車機(jī)運(yùn)行時(shí)的煤塵飛揚(yáng)，對應(yīng)每臺翻車機(jī)分別設(shè)計(jì)了一套水噴霧抑塵系統(tǒng)。水噴霧抑塵系統(tǒng)由供水機(jī)組、水箱、噴嘴、管道閥門系統(tǒng)及控制系統(tǒng)所組成。噴霧抑塵系統(tǒng)的運(yùn)行與翻車機(jī)聯(lián)鎖。當(dāng)翻車機(jī)翻至270時(shí)，翻車機(jī)前、后、左、右交錯(cuò)排列的噴嘴開始噴水，噴水過程延續(xù)到翻車機(jī)翻至1650再翻回至450為止。
為抑止原煤場煤堆在干燥季節(jié)煤塵的飛揚(yáng)，設(shè)有噴水抑塵系統(tǒng)。系統(tǒng)由供水機(jī)組、水箱、噴槍、管道、閥門及控制系統(tǒng)所組成。煤場噴水主管沿每條煤場長度方向兩側(cè)布置，每隔30m左右設(shè)一個(gè)自動旋轉(zhuǎn)噴槍。每個(gè)噴槍噴水量為25.9 m3/h，射高16 m，水平射程37 m，每次由煤場二側(cè)相對的2個(gè)噴槍同時(shí)交叉噴水，每天噴水2～3次，噴灑強(qiáng)度每次2 L／m2，分區(qū)依次進(jìn)行，直至覆蓋整個(gè)煤場。
4.5鍋爐房及煤倉間負(fù)壓清掃
在鍋爐房安裝真空吸塵系統(tǒng)清掃煤灰，并兼管煤倉間的定期清掃。真空吸塵系統(tǒng)由一臺移動式工業(yè)真空吸塵車及附件、固定管網(wǎng)、快速接頭、壓緊接頭、軟管、各種吸嘴及配件組成。每個(gè)吸塵口配有快速接頭及防塵旋塞，當(dāng)不用時(shí)，可嚴(yán)密密封。鍋爐房負(fù)壓吸塵見圖5。
移動式工業(yè)真空吸塵車功率125馬力，滿載吸風(fēng)量為4503 m3/h，最大真空度為0.508 bar，最大輸送量453 kg/min，最大輸送距離180 m。每臺鍋爐各設(shè)置一套固定的管路系統(tǒng)，在鍋爐各層平臺及樓頂布置真空清掃口，另外煤倉間也分機(jī)組各設(shè)置了一套固定的管路系統(tǒng)。
5 結(jié)論
大型火力發(fā)電廠所用燃煤具有含水率低的特點(diǎn)，這種煤易產(chǎn)生揚(yáng)塵，且粉塵處理難度大。造成揚(yáng)塵的原因主要有剪切力、局部正壓、機(jī)械攪動及風(fēng)力作用。要想有效抑制煤塵飛揚(yáng)，必須從工藝上減少煤塵的發(fā)生率，并且消除揚(yáng)塵點(diǎn)的局部正壓，在轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、卸煤處及煤場采取噴水霧抑塵措施，在鍋爐房安裝真空吸塵系統(tǒng)清掃煤灰等多項(xiàng)綜合治理措施來保證煤塵治理的效果。
