燃煤電廠輸煤系統粉塵治理的研究與探索

王雪軍

(中國石化上海石油化工股份有限公司先進材料創新研究院，上海 200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)熱電部燃運車間主要負責熱電部燃料的接卸、儲存和供應，分為碼頭和燃料兩大作業區域。碼頭作業區域于1991年12月建成投用，目前共有3臺卸船機，負責2 Mt/a標煤的接卸任務。燃料區域一、二期輸煤系統分別于1991年和2002年投用，總長約為1.6 km，雙路運行。燃料區域一期、二期輸煤系統在2009年左右通過粉塵治理項目更新改造了部分布袋除塵器、環保型導煤槽，增設噴淋等設備，達到一定的效果，但經過幾年的運行，布袋除塵器電耗越來越高，除塵效率下降，維護成本逐年遞增，已不能滿足現有的環保要求。碼頭區域2臺卸船機分別于2001年和2006年投入生產，原設計料斗處噴淋設備標準較低，只有簡單的灑水功能，無法起到降塵的效果。

經過幾年的調研與研究，運用了無動力除塵導煤槽、流線型落煤筒、霧化除塵等新技術，輸煤系統粉塵治理成效明顯，各測試點粉塵濃度均滿足《工業場所有害因素職業接觸限值》(GBZ 2—2019)中總塵不大于4 mg/L的限值，現場環境得到了較大改善，“以人為本”的安全生產理念得到體現。

1 輸煤系統粉塵污染現狀及原因分析

根據國內大多數燃煤電廠輸煤系統的現狀，結合上海石化熱電部燃運車間輸煤系統粉塵污染的實際情況，對薄弱環節進行有針對性的實驗與探索，對粉塵污染現狀及原因進行分析。

1.1 輸煤系統粉塵污染的現狀

(1)燃料區域一期、二期輸煤系統落煤筒、導煤槽口粉塵較大，現有的布袋除塵器、導煤槽已不滿足要求，2017—2018年粉塵測試數據顯示有多處超過標準。

(2)燃料區域東煤場三分之二露天、西煤場露天、焦場二分之一露天，自然風引起揚塵。

(3)碼頭區域卸船機裝卸過程中產生揚塵，原有的噴淋未啟到降塵作用。

1.2 輸煤系統粉塵污染的原因分析

(1)煤炭順流輸送時，由于上級皮帶機頭部和下級皮帶機尾部存在較大落差，煤炭下落時形成正壓，使得下級皮帶機尾部導煤槽內產生了大量的粉塵；普通導煤槽沒有任何抑制誘導風的結構，使得粉塵隨著正壓往導煤槽出口以及落煤筒、導煤槽設備縫隙向四周飛揚，使皮帶尾部粉塵超標。

傳統的布袋除塵器主要是在上游皮帶的落煤筒口、下游皮帶的導煤槽上方增加吸風口，被動地把產生的粉塵吸出。粉塵的處理主要依靠上百個布袋進行過濾，布袋上的煤粉又通過壓縮空氣吹落至卸料口，再通過卸料設備回到皮帶。但因南方空氣濕度全年居高不下、煤炭含水率高等因素，煤粉很容易粘住布袋，除塵效率越來越差。通過實踐發現，一旦對除塵器布袋進行清灰，除塵器效果明顯好轉，但過幾天，現場粉塵明顯增多，除塵器工作電流同樣有明顯上升趨勢。

要保證布袋除塵器的除塵效果，只能進行高頻次的布袋清灰，并每年都要更換布袋，其運營成本非常高，而且高頻次的布袋清灰在實際運行中是無法做到的，因此粉塵治理還是得從源頭上抑制。

(2)燃煤電廠為保證連續生產，一般都會配備一定儲量的煤堆場。國內的一些老電廠多以露天為主或者設置了簡單的煤棚，但煤炭露天堆放或僅有未密封煤棚，自然風(煤棚的穿堂風)引起的煤粉塵飛揚還是比較嚴重的，不僅滿足不了現在環保的要求，更對堆場作業職工的身體健康帶來一定的傷害。

(3)卸船機卸煤時，抓斗拋煤至料斗處，因慣性和重力的影響，大塊煤炭往料斗落下，同時自然風作用與煤炭落下沖擊力都會帶來瞬間的粉塵飛揚。雖然料斗3個方向都設有圍欄，但是碼頭常年的自然風、卸料的沖力都會使每一次拋料有大量的煤粉往外溢出。因工況所限，料斗無法封閉，在既不能影響工況，又要達到效果的情況下，發現只有用“水”降塵才能達到預期的效果，而原有的噴淋設備標準較低，只有灑水的作用，且水量較大，遠遠達不到除塵的作用。

2 輸煤系統粉塵治理新技術的應用

根據兄弟電廠輸煤系統粉塵治理情況，著重研究與探索一些新手段、新技術，同時結合自身的情況進行以下設備改造，達到了預期的效果。

2.1 流線型落煤筒+無動力除塵導煤槽

流線型落煤筒+無動力除塵導煤槽技術是通過控制物料的流動，將物料流動由傳統落煤筒中的“爆炸式”或者說是“沖擊式”無序墜料改變為流線型落煤筒中的“集束式”流行線的滑落，使煤流的出口速度與接料皮帶速度一致，最大程度地減少因沖擊產生的粉塵和減少空氣流動的速度。無動力除塵導料槽主要利用物料下落剪切空氣產生的正壓誘導風，通過在導料槽主體設置的多級循環泄壓裝置、抑塵單元及可調式升降阻塵簾等來改變其行進路徑，讓其相互對沖抵消，逐級消耗風能，同時對氣體中的粉塵進行有效的攔截和過濾，進而達到利用慣性降塵原理有效抑制風速和粉塵的目的，是一種從源頭上抑制粉塵產生的技術。

國外威爾普(Wello)、馬丁工程(Martin Engineering)公司等在這方面有一套成熟的解決方案，但價格昂貴，國內企業很難承受。隨著近幾年燃煤電廠對輸煤粉塵治理投入加大，國內的一些企業也紛紛尋找解決方案，流線型落煤筒+無動力導煤槽的技術開始展現成效。

上海石化熱電部輸煤系統粉塵治理改造方案主要是把原有的落煤筒和環保導煤槽改為流線型導煤筒+無動力除塵導煤槽，根據現場受限情況更換了6套流線型導煤筒，同時更換了14套無動力除塵導煤槽。

流線型導煤槽設計需要根據材料模型校準過程為：通過材料模型(包括物料參數和幾何設備參數)離散元素法建模軟件(EDEM)進行仿真模擬，以達到最佳滑落方式和速度，同時也要兼顧含水率等眾多因素防止堵料等異常情況。根據現場的情況，無動力導煤槽設計尺寸最長達24 m，最短只有12 m，配置一到三級回流循環泄壓裝置(見圖1)。

圖1 循環泄壓裝置

通過改造,輸煤系統各處粉塵均有明顯的改善，經測試各項指標均合格，運營成本大大降低，現場環境得到了有效的改善。

2.2 密閉式堆場+自動噴淋設施

由于20世紀90年代建設的國內電力系統儲煤堆場大多為露天堆場，少數煤棚的也是基于防止雨水影響煤炭質量而進行建設的，未考慮環保因素，其露天煤場粉塵飛揚非常嚴重，遭遇大風時甚至會影響周邊環境。隨著國家對環保的要求越來越高，密閉式的儲煤堆場已成為電廠的標準配置。占地面積小、儲煤場地利用率高、土方工程少、自動化程度高、環保性能優越的球形儲煤堆場是很多新建電廠的首選。而對于老電廠而言，因場地、設備等多種原因，只能在原有的基礎上進行改建，以達到環保要求，減少內部粉塵飛揚。

上海石化熱電部燃煤堆場主要分三塊區域，原來東煤場區域已建有2/3的煤棚，西煤場露天，焦場已建有1/2的煤棚，堆場區域均設有高12 m的抑塵墻阻隔，堆場周圍只設計了噴淋出水口，無噴淋降塵功能。堆場內自然風引起粉塵飛揚情況較為明顯。

此次改建主要是在原有的堆場上面進行改建：一是地面硬化，二是清污分流，三是密閉式煤棚，四是堆場噴淋。通過一年的建設，完成后的儲煤堆場內粉塵明顯減少，遇到干燥季節，噴淋設施效果顯著，清污分流效果顯著，含煤廢水處理量大大減少。

2.3 卸船機料斗處的噴淋改造為霧化除塵

上海石化熱電部碼頭兩臺卸船機分別于2001年和2006年投入使用，原有的噴淋設備已遠遠達不到降塵要求，而且水量偏大，對煤炭含水率影響很大。此次改造主要使用兩套WCZ系列霧化除塵系統，不僅用水量很小幾乎不影響煤炭含水率，同時也起到了卸煤時降塵的作用。

WCZ系列霧化除塵系統與卸船機一起聯動控制，一旦抓斗進入預定區域拋料，噴霧自行啟動進行降塵。飛揚在空氣中的粉塵粒度直徑一般為5～15 μm，而本裝置所產生的氣霧80%以上為5～20 μm，由于粒度相近，因此水霧顆粒極易與粉塵吸附。加之汽霧濃度大，噴頭分部合理，占領了料斗所有空間，第一時間內抑制了粉塵揚起，效果較好。

3 輸煤系統粉塵治理的效果

根據2017年檢測數據顯示，輸煤系統共計有8個定點煤塵(總塵)濃度超標，通過設備改造升級，到了2020年，輸煤系統各定點數據均已達標。2017年與2020年定點煤塵(總塵)數據對比見表1所示。

表1 2017年與2020年定點煤塵(總塵)數據對比 mg/m3

4 結語

綜上所述，將新技術、新手段的運用在輸煤系統粉塵治理中起到了很好的作用，流線型落煤筒、無動力除塵導煤槽、噴霧系統等環保設備的改造不僅運行成本低，檢修風險小，安全可靠，更重要的是滿足新環保的要求。當然煤電廠粉塵治理是一項任重而道遠的長期規劃工作，僅僅靠部分改造根本上不能完全解決粉塵污染，要真正改善污染環境，必須繼續投入一批資金和加強綜合管理，從粉塵治理基礎工作開始逐步過渡到全面綜合治理。