某電廠(chǎng)輸煤水噴霧除塵自動(dòng)化控制系統(tǒng)

張俊彥，肖亞莉

（甘肅電投張掖發(fā)電有限責(zé)任公司，甘肅張掖 734000）

1 前言

火電廠(chǎng)燃煤在進(jìn)入鍋爐燃燒前,要經(jīng)過(guò)裝卸、輸送、轉(zhuǎn)運(yùn)、篩分和破碎等加工過(guò)程,其間會(huì)產(chǎn)生大量煤粉塵,造成電廠(chǎng)大氣環(huán)境的嚴(yán)重污染。因而如何進(jìn)行粉塵治理,減少粉塵排放量,成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的問(wèn)題。輸煤系統(tǒng)是火力發(fā)電廠(chǎng)粉塵污染最最嚴(yán)重的場(chǎng)所之一，特別是在鍋爐原煤倉(cāng)上煤階段，飄逸在空氣中的游離粉塵顆粒會(huì)嚴(yán)重影響運(yùn)行，損壞維護(hù)人員的健康，給現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生狀況維護(hù)帶來(lái)諸多困難，存在安全隱患。因此，新建的火電工程輸煤系統(tǒng)均設(shè)計(jì)有多種降塵設(shè)施，皮帶噴淋技術(shù)作為一種簡(jiǎn)單而有效的抑制輸煤粉塵的方法被廣泛采用。但對(duì)于火電廠(chǎng)來(lái)講，皮帶噴淋系統(tǒng)等降塵設(shè)施屬于附屬設(shè)備，不易引起相關(guān)人員的重視，經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)組已正式投產(chǎn)但是輸煤降塵系統(tǒng)卻長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法正常投入的現(xiàn)象，個(gè)別電廠(chǎng)在投產(chǎn)后還要進(jìn)行設(shè)備改造，方可滿(mǎn)足粉塵治理的需要。

2 燃煤電廠(chǎng)生產(chǎn)性粉塵的特點(diǎn)和危害

按照粉塵空氣動(dòng)力學(xué)直徑可分類(lèi)為：①可吸入性粉塵：<15μm，存留在上呼吸道；②呼吸性粉塵：<5μm，深入到肺泡區(qū)。

研究表明：動(dòng)力學(xué)尺度d>10μm的塵粒可被人鼻毛阻止于鼻腔；2d10的塵粒約90%可進(jìn)入并沉積在呼吸道內(nèi)，部分可隨痰液排出，約10%的到達(dá)肺部深處并沉積；d2的塵粒吸入后可直達(dá)肺部，其中0.2~2的塵粒幾乎全部沉積在肺部，d<0.2的塵粒只有部分可能隨氣流呼出。

煤在輸送、加工過(guò)程中揚(yáng)起的粉塵粒徑小于5的占73%，均屬于呼吸塵，極易吸入人體呼吸道及肺部，而且輸煤系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵一般含有10%以下游離SiO2，這種粉塵塵粒分散度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，在空氣中懸浮時(shí)間很長(zhǎng)，人體吸入后，粉塵會(huì)沉積在人體的支氣管壁和肺泡壁上，長(zhǎng)期下來(lái)會(huì)引起塵肺病，即以肺阻止纖維化為主的全身性疾病。

3 煤塵產(chǎn)生原因分析

發(fā)電廠(chǎng)的輸煤系統(tǒng)是輸送煤料的核心系統(tǒng)，輸煤系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠，直接影響著發(fā)電廠(chǎng)的產(chǎn)能，但同時(shí)也是產(chǎn)生粉塵的主要來(lái)源之一。燃料進(jìn)廠(chǎng)后，先后經(jīng)過(guò)翻卸，給煤機(jī)械，皮帶多段轉(zhuǎn)運(yùn)、破碎、篩分、犁煤等各種備煤設(shè)備進(jìn)入原煤倉(cāng)。在整個(gè)輸送工藝過(guò)程中，伴隨產(chǎn)生一次塵化氣流。轉(zhuǎn)段落差、破碎設(shè)備鼓風(fēng)量，落煤管與水平夾角、皮帶速度等參數(shù)值越高，塵化強(qiáng)度就越大。一次塵化氣流會(huì)將＜200μm煤塵揚(yáng)起，使局部空氣塵化而形成塵源。塵源周邊的空氣被誘導(dǎo)、擾動(dòng)而形成二次氣流。二次氣流將一次塵化氣流向四周空氣擴(kuò)散、蔓延充斥在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。由于微塵中粒徑＜75μm的占有相當(dāng)比例，它們會(huì)長(zhǎng)時(shí)間懸浮在空氣中而不能沉降，甚至造成二次揚(yáng)塵。根據(jù)煤塵的特點(diǎn)，它對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人體的危害是不言而喻的。皮帶粉塵產(chǎn)生部位示意圖如圖1所示。

圖1 皮帶粉塵產(chǎn)生部位示意圖

4 粉塵治理現(xiàn)狀

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)燃煤火電廠(chǎng)的調(diào)查研究，目前燃煤火電廠(chǎng)輸煤系統(tǒng)的除塵設(shè)備多采用噴水抑塵，旋風(fēng)除塵器、濕式水浴除塵器、電除塵器、布袋除塵器等幾種除塵設(shè)備。在實(shí)際運(yùn)行中維護(hù)工作量大，除塵器的實(shí)際投入率非常低，對(duì)輸煤系統(tǒng)的粉塵治理效果較差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)電廠(chǎng)輸煤系統(tǒng)中應(yīng)用布袋電除塵器和濕式水浴除塵器的比例達(dá)到80%，但運(yùn)行投入率尚不足50%。

5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本文著重闡述基于某火電廠(chǎng)輸煤皮帶水噴淋系統(tǒng)。該電廠(chǎng)有13條皮帶，設(shè)7個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站，在導(dǎo)煤槽出口設(shè)置噴淋系統(tǒng)設(shè)備：1#轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)1#AB皮帶頭部落煤口和2#AB皮帶尾部導(dǎo)煤槽及其出口；2#轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)2#AB皮帶頭部落煤口和4#AB皮帶尾部導(dǎo)煤槽及其出口；3#轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)4#AB皮帶頭部落煤口和5#AB皮帶尾部導(dǎo)煤槽及其出口；碎煤機(jī)室5#AB皮帶頭部落煤口；碎煤滾篩和6#AB皮帶尾部導(dǎo)煤槽及其出口；煤倉(cāng)層轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)6#AB皮帶頭部落煤口；7#AB皮帶尾部導(dǎo)煤槽及其出口。

目前該廠(chǎng)噴淋系統(tǒng)幾乎全部采用手動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟，水噴淋啟動(dòng)不及時(shí)，車(chē)間粉塵濃度大，另外由于噴淋量難于控制，噴淋量小則不能抑制皮帶揚(yáng)塵，噴淋量太大又造成煤表面水分含量增大，引起鍋爐熱效率下降和制粉系統(tǒng)堵塞，而且車(chē)間粉塵濃度監(jiān)測(cè)目前多采用手工監(jiān)測(cè)，無(wú)法根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度變化情況進(jìn)行除塵器起停和水噴淋的運(yùn)行調(diào)整。通過(guò)查閱有關(guān)資料，國(guó)外大多采用輸煤皮帶全封閉作為粉塵治理措施，輸煤系統(tǒng)除塵裝置未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

綜合考慮生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工作環(huán)境以及現(xiàn)有的除塵措施，可從噴淋的自動(dòng)控制入手對(duì)現(xiàn)有的除塵措施和設(shè)備加以改進(jìn)。在現(xiàn)有輸煤PLC自控系統(tǒng)內(nèi)植入一套自動(dòng)除塵控制系統(tǒng)，與輸煤系統(tǒng)相結(jié)合，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)及檢修四種工作方式，采用輸煤自控系統(tǒng)的PLC作為控制核心，除塵設(shè)備采用高壓噴霧設(shè)備與煤流檢測(cè)設(shè)備相結(jié)合，根據(jù)煤流檢測(cè)設(shè)備的信號(hào)與輸煤皮帶信號(hào)自動(dòng)控制噴霧設(shè)備的運(yùn)行與否，消除由于皮帶振動(dòng)產(chǎn)生的粉塵，從而實(shí)現(xiàn)提高除塵效率，改善除塵效果和節(jié)能的最終目標(biāo)。

5.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

（1）噴淋系統(tǒng)組成

皮帶自動(dòng)噴水裝置設(shè)計(jì)采用電磁閥控制裝置，主要包括皮帶供水電磁閥、手動(dòng)調(diào)節(jié)閥、過(guò)濾器、霧化噴頭和供水管路；電磁閥接受控制柜傳送的啟停信號(hào)對(duì)皮帶進(jìn)行噴水抑塵，霧化噴頭霧化水滴直徑小于0.5mm，形成錐形噴霧，噴霧角度為120°，從而可以消除轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)和碎煤設(shè)備除塵后由于皮帶運(yùn)行振動(dòng)產(chǎn)生的細(xì)微粉塵，最大程度地降低輸煤線(xiàn)路上產(chǎn)生的粉塵污染。

（2）控制方式

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)及檢修四種工作方式，通過(guò)手動(dòng)方式可分別對(duì)噴淋裝置進(jìn)行起停操作；檢修方式可在解除設(shè)備間連鎖的前提下對(duì)設(shè)備各部分進(jìn)行起停操作，以便于對(duì)設(shè)備的維護(hù)檢修；半自動(dòng)工作方式即自動(dòng)水噴淋系統(tǒng)和除塵設(shè)備的單獨(dú)自動(dòng)運(yùn)行；全自動(dòng)方式可實(shí)現(xiàn)噴淋系統(tǒng)根據(jù)輸煤皮帶煤流裝置檢測(cè)自動(dòng)控制皮帶水噴淋。

工作流程如下：當(dāng)接到皮帶電機(jī)運(yùn)行信號(hào)，安裝于落煤管附近的煤流儀檢測(cè)到皮帶來(lái)煤后，皮帶供水電磁閥自動(dòng)起動(dòng)噴水，來(lái)煤信號(hào)消失后，延時(shí)5s（可調(diào)）自動(dòng)停止噴淋系統(tǒng)。當(dāng)來(lái)煤信號(hào)又出現(xiàn)時(shí)，噴淋系統(tǒng)再次起動(dòng)噴水，直至皮帶停止。

皮帶自動(dòng)噴淋系統(tǒng)與除塵設(shè)備相結(jié)合，與之前除塵設(shè)備除塵為主相比較，不僅除塵效果和投入率高，并且運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便，整套系統(tǒng)操作上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，除塵器起停皮帶水噴淋完全自動(dòng)，系統(tǒng)由PLC根據(jù)煤流等條件連鎖自動(dòng)起停，有效地提高了水噴霧系統(tǒng)的功效，極大地節(jié)約了清洗成本，減輕運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度。膠帶頭部煤管口噴頭布置示意圖如圖2所示，三工位噴頭布置示意圖如圖3所示，1#帶中下部噴頭布置示意圖如圖4所示。

5.2 皮帶噴淋控制原理

在皮帶水噴霧系統(tǒng)就地控制箱上將控制方式開(kāi)關(guān)切換為遠(yuǎn)方控制,在操作員站點(diǎn)擊皮帶水噴霧系統(tǒng)遠(yuǎn)方自動(dòng)按鈕后,若此時(shí)皮帶運(yùn)行且輸煤程控系統(tǒng)已檢測(cè)到煤流信號(hào)且噴淋水水壓正常,則皮帶噴淋電磁閥帶電動(dòng)作,皮帶水噴霧噴嘴開(kāi)始噴水抑塵。為防止“斷煤”假象并保證皮帶停止后可繼續(xù)維持一定時(shí)間的噴水,控制回路增加“延時(shí)斷”定時(shí)器,定時(shí)5s（可調(diào)）。皮帶水噴霧控制邏輯原理如圖5所示。

圖2 膠帶頭部落煤管口噴頭布置示意圖

圖3 三工位噴頭布置示意圖

圖4 #1帶中下部噴頭布置示意圖

圖5 皮帶水噴霧控制邏輯原理圖

犁煤器緩沖煤箱水噴霧噴嘴控制邏輯,其控制邏輯原理如圖6所示。其實(shí)現(xiàn)原理與上述基本相同,但增加了“犁煤器落下”信號(hào),即犁煤器緩沖煤箱水噴霧噴嘴電磁閥除了能滿(mǎn)足“皮帶運(yùn)行”等條件之外,還要在犁煤器落下后方可帶電動(dòng)作。

皮帶噴淋裝置的控制分為聯(lián)鎖和解鎖兩種模式，運(yùn)行人員可對(duì)各個(gè)分布點(diǎn)的噴淋裝置進(jìn)行聯(lián)鎖或解鎖設(shè)置。

當(dāng)在聯(lián)鎖模式時(shí)，解鎖起停按鈕失效，運(yùn)行人員不能對(duì)處于聯(lián)鎖的噴淋裝置進(jìn)行單獨(dú)操作。皮帶噴淋裝置會(huì)根據(jù)皮帶的煤流信號(hào)自動(dòng)延時(shí)起動(dòng)或延時(shí)停止，設(shè)備的起停完全由PLC自動(dòng)控制。

圖6 犁煤器緩沖煤箱水噴霧控制邏輯原理圖

當(dāng)在解鎖模式下時(shí)，運(yùn)行人員可對(duì)單個(gè)噴淋設(shè)備進(jìn)行起停操作。

5.3 達(dá)到的效果

（1）皮帶水噴霧水裝置的操作在輸煤程控室的計(jì)算機(jī)畫(huà)面上實(shí)現(xiàn)，只有當(dāng)故障或檢修時(shí)才在就地箱上操作，非常直觀(guān)方便。

（2）皮帶水噴霧水裝置的運(yùn)行狀態(tài)可在計(jì)算機(jī)畫(huà)面上直觀(guān)顯示，操作人員一目了然。避免了無(wú)煤噴水或噴水過(guò)量。

（3）通過(guò)對(duì)PLC的編程使皮帶水噴霧水的運(yùn)行和皮帶的運(yùn)行聯(lián)鎖控制，使上煤更加安全高效。

如表1所示，實(shí)際使用中選定13個(gè)粉塵檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)在使用和不使用自動(dòng)噴淋系統(tǒng)兩種工礦條件下進(jìn)行，連續(xù)10個(gè)班次采樣。檢測(cè)點(diǎn)選定和操作按《作業(yè)場(chǎng)所空氣粉塵測(cè)定方法》（GB5478-85）要求進(jìn)行，每班次皮帶運(yùn)行前30min清掃地面及噴灑水，清除二次揚(yáng)塵，皮帶正常運(yùn)行20min后開(kāi)始采樣。

表1 自動(dòng)噴淋停用和使用時(shí)粉塵檢測(cè)結(jié)果表m g/m3

檢測(cè)結(jié)果表明，停止使用工礦下，13個(gè)檢點(diǎn)中超標(biāo)點(diǎn)10個(gè)，超標(biāo)率77%；而在使用工礦下，超標(biāo)率為31%，超標(biāo)率降低到了46%。

6 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)噴淋系統(tǒng)與通風(fēng)除塵設(shè)施的結(jié)合使用，極大地改善了輸煤線(xiàn)上粉塵的擴(kuò)散，使整個(gè)水噴霧系統(tǒng)更有效地抑制煤粉塵的產(chǎn)生、擴(kuò)散，極大降低了輸煤系統(tǒng)粉塵污染情況，還具有除塵滅火、安全可靠、維護(hù)方便、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。是輸煤粉塵綜合治理的重要組成部分。檢測(cè)結(jié)果表明防塵效果較好，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的除塵設(shè)備。上述方案是在目前輸煤線(xiàn)路除塵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出的改進(jìn)方案。輸煤粉塵的治理是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，最大限度地降低粉塵污染，保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工作人員的身心健康才是最終的目標(biāo)。

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