圓形料場堆取料機新風系統的研究與應用

國家能源集團諫壁發電廠 鎮江 212006

0 引言

圓形料場作為封閉型儲煤場，與開放式條形煤場相比，無論是在節能環保方面還是在自動化生產和提高土地利用率方面都具有較大優勢，且運行時對外揚塵污染極小，使用時不受外界天氣影響，當前在火電行業得到了比較廣泛的應用[1]。圓形料場主要由圓形料場堆取料機、半球狀鋼結構網架、圓形料場擋墻、進出料皮帶機系統及其他輔助設施組成，如圖1所示。

圖1 圓形料場主要結構示意圖

圓形料場作為封閉型煤場，其對外環保優點明顯，但其內部仍然存在比較嚴重的空氣污染。主要原因有：1）堆煤作業時落差大，圓形料場內產生大量煤粉塵且長期飄浮在空氣中；2）煤炭自燃散發大量煙氣，其中也包含CO、H2S、烷烴、烯烴等有毒有害氣體[2]；3）基于圓形料場的特殊結構特點，粉塵和煙氣長期彌漫在圓形料場內部，圓形料場堆取料機的司機室處于圓形料場中心部位，室內空氣中煙氣、粉塵污染嚴重，含氧量低，既不能開啟門窗向室外自然通風，也無強制與煤場外部通風設備，目前只有采取增加門窗氣密性和室內空氣凈化器等措施來緩解，但空氣質量改善效果不明顯。長期工作在如此惡劣環境的運行人員身體健康面臨嚴重的職業病危害。

1 司機室空氣凈化系統方案設計

為改善圓形料場堆取料機司機室作業環境，進行了深入研究、設計了一套新風系統，為圓形料場堆取料機司機室源源不斷提供新鮮空氣，為作業人員提供充足的氧氣，排出室內污濁的空氣，保證司機室內空氣潔凈和新鮮，保障了運行操作人員身體健康。

參照DL / T5035—2016《火力發電廠采暖通風與空氣調節設計技術規程》，圓形料場堆取料機新風系統需滿足以下要求：新風進風口設在煤場外通風處，引入較潔凈空氣，新風應過濾凈化處理；由于司機室周圍環境空氣較為惡劣，司機室內部需采用微正壓通風，并將室內污濁、有害空氣及時排出；風量大小可以方便調節，增加能量回收再利用。新風系統的新風量需滿足兩點要求：滿足衛生要求的每人30 m3/h的新鮮空氣量和保持室內微正壓所需的風量；室內空氣能全部排換[3]。

2 新風系統工作原理及結構組成

圓形料場堆取料機司機室新風系統主要由空氣過濾送風裝置（風機）、旋轉送風裝置、管路、全熱交換新風機、進排風口、電氣控制設備等組成。其工作原理為：圓形料場外空氣過濾送風裝置（風機）經送風管道、旋轉接風裝置與全熱交換新風機、排風口等連接，室外新鮮空氣經過過濾，通過管道進入全熱交換器，然后通過風管送向送風口，室內污濁空氣經室內排風口引入全熱交換器，然后集中排放到司機室外；室外新鮮空氣與室內渾濁空氣在全熱交換器內完成溫濕度交換，從而實現環保、節能的換氣目的[4]。

圖2 新風系統布置圖

2.1 過濾送風裝置及管路

在圓形料場外部通風處設置空氣過濾送風裝置機房，新風系統從圓形料場外通風處引入新鮮空氣。如圖3所示，風機布置在送風裝置機房內，將新鮮潔凈的空氣通過管道送入圓形料場堆取料機司機室，進入風機的外部空氣經三層濾網和一層板式活性炭過濾網凈化處理，確保了源頭空氣潔凈、新鮮。

圖3 空氣過濾送風裝置機房

不同于常規通風管路設計，圓形堆取料機的新風管路只能選用小口徑的管路，由此帶來的是管路壓力損失加大。為了盡可能減少管路損失，選用直徑DN65不銹鋼管作為送風管道，采用冷壓接工藝，根據需要配以大功率送風機，保證終端風量和壓力要求。不銹鋼管道相對同類型普通管道風阻小、壓力損失小、耐腐蝕、免維護。

送風管起于過濾送風裝置機房，沿圓形料場出料皮帶機廊道布置，經堆取料機中心柱內部與司機室回轉平臺層的旋轉接風裝置連接，從旋轉接風裝置出口經全熱交換新風機后接入司機室內。

2.2 旋轉接風裝置

圓形料場堆取料機司機室所在平臺是圍繞中心柱360°任意旋轉的，為解決360°旋轉供氣難題，制作了一套旋轉接風裝置用來連接動靜不同的送風管路，將圓形料場堆取料機外部凈化的新風送入司機室。

旋轉接風裝置整體呈環狀，是運動體與非運動體相互嵌入組成的環狀裝置，它起到連接回轉平臺上風管與中心柱進風管的作用，其縱截面如圖4所示。主體結構包括上下兩部分，下部分是安裝在回轉平臺上的環形槽，底部接管與司機室的通風管相連，環形槽兩側為不同半徑的環行水槽。上部固定在中心柱上，上部蓋板接管與中心柱出風管連接，上部密封板深入下部環形水槽內。密封槽內采用水作為密封介質，可將凈氣槽與外界大氣完全隔開，保證送入司機室空氣新鮮潔凈。

圖4 旋轉接風裝置截面示意圖

取料機構旋轉運行時，旋轉接風裝置的上部密封板固定在中心柱上不動，下部與環形槽回轉平臺一起圍繞中心柱旋轉，它將通過中心柱送來的新鮮空氣送入旋轉平臺上的司機室。

由于回轉軌道與堆取料機回轉中心不同心、軌道沉降等原因，回轉平臺內側到中心柱并不同心，因此接風裝置的回轉部分與靜止部分預留的間隙必須大于回轉偏差，防止旋轉取料運行時通風槽與密封板、中心柱剮蹭或卡阻。

由于工作環境惡劣，為防止腐蝕及減少維護，旋轉接風裝置全部采用不銹鋼材質制作。裝置進風端設置進風隔離閥門，水槽設低水位自動補水閥和排污閥，上部蓋板安裝檢查門，便于定期檢查、清潔和維護。

2.3 全熱交換新風機

為了減少司機室內的熱量散失、進一步提升空氣質量和減少能耗，司機室設置全熱交換新風機。全熱交換新風機是一種具有空氣過濾凈化和熱回收功能的送排風設備，它的送風和排風由一臺主機完成，主機內部還具有過濾和熱交換模塊。主機運行時，新鮮空氣從室外引入，通過過濾后送風至室內；污濁空氣再通過排風管道從排風主機排出室外。排風經過主機時與新風進行熱交換，回收大部分能量再通過新風送回室內，減少了直接進風造成的室內空調熱量或冷量損失，熱交換可回收70%的能量，減少了能耗[5]。同時新風機還具備了PM2.5過濾功能。

圖5 全熱交換新風機

全熱交換新風機安裝在司機室相鄰的電氣控制室內，參照國標與電力行業標準，工業通風新風量每人不小于30 m3/h[6]；司機室室內容積約為14 m3，選擇通風量為150～250 m3/h的體型較小的全熱交換新風機。室內空氣每小時能全部置換大于10次，新風機同時可以進行風量大小調節，能在污染嚴重時加大新風量快速空氣置換，完全滿足了司機室新風交換要求。全熱交換新風機同時具有PM2.5過濾、除濕和管道加熱等功能，進一步提升環境舒適性[7]。

2.4 新風系統的電氣控制系統

新風系統的電氣控制系統主要分為兩個部分，新風主機控制和送風裝置遠程無線控制系統。

新風主機控制采用智能新風控制器面板控制，在控制面板上可方便地選擇手動或自動控制，實現定時控制、溫度檢測、風量調節和濾網定期更換提醒等功能。

送風裝置控制系統采無線數字量傳輸模塊實現風機遠程控制，包括機房內的風機控制箱、機房和司機室內設置一對無線收發模塊。運行操作人員只需在堆取料機司機室內就可以便捷地通過無線裝置，遠程控制圓形料場外的風機啟、停操作和運行狀態監測。無線傳輸模塊網絡如圖6所示，減少了新增設備對堆取料機的影響，提升了設備可靠性，備用通道還可作為堆取料機與輸煤程控系統聯鎖信號擴展備用。

圖 6 無線傳輸模塊網絡圖

3 結語

通過對現場實測數據對比和人員的直觀感受，新風系統在圓形料場堆取料機司機室的創新性應用，有效地降低了司機室內粉塵和有害氣體的濃度，現場作業環境得到明顯有效的改善。新風系統采用的全熱交換器未削弱原有空調系統功能，且改善了室內的溫濕度，提高了人員舒適度，充分體現了企業人文關懷，具有較高的社會效益。