發電廠鍋爐爐渣濕放揚塵的分析和改進

王 飛 宮衛平 宋傳忠

勝利石油管理局有限公司勝利發電廠 山東東營 257000

1 現場情況

2018年11月至2019年5月間,某發電廠完成1號至4號爐干除渣改造工程。改造后,四臺干除渣系統在進行爐渣濕放過程中頻繁發生揚塵問題,造成環境污染,同時也影響操作人員的身體健康,以及企業的發展。在國家對安全環保政策制度嚴苛的情況下,該發電廠放渣過程中揚塵的治理已經刻不容緩。

GBZ 2.1—2007《工作場所有害因素職業接觸限值 化學有害因素》規定,15 min內空氣中矽塵濃度短時暴露閾值為1 mg/m3,8 h時間加權濃度平均值閾值為0.7 mg/m3,對于粉塵,以超限倍數判定是否超標,煤塵、煤矽塵最大超限倍數不大于2。簡言之,短時間空氣中矽塵濃度在2 mg/m3以下達標。筆者對該發電廠鍋爐爐渣濕放揚塵問題進行分析和改進。

2 系統情況

該發電廠一期2×220 MW、二期2×300 MW機組除渣系統改造項目將一期、二期鍋爐原有的水力除渣裝置拆除,并于每臺鍋爐底部增設一套全新的干式除渣系統,進行風冷干式排渣機+碎渣機+渣倉+汽車外運系統+其它必需系統的改造。根據現場實際空間布置情況,1號爐經兩級鋼帶除渣機直接輸送至渣倉內,2號至4號爐經一級鋼帶直接輸送至渣倉內。

爐底渣經渣井落在干式排渣裝置的輸送鋼帶上,在輸送過程中,通過自然冷風將含有大量熱量的高溫熱渣冷卻為可以直接儲存和運輸的冷渣。冷卻用空氣利用鍋爐爐膛負壓作用,從風冷干式排渣機外部吸入干式排渣機內部。被渣加熱后的熱空氣直接進入爐膛,將熱渣從鍋爐中帶走的熱量再帶回爐膛內,從而減少鍋爐的熱量損失。

爐底渣在干式排渣機中冷卻到一定溫度,再經過碎渣機破碎后,進入渣倉貯存。渣倉內的干渣通過攪拌機或散裝機,定期裝車運送至綜合利用場所或貯灰場。

鍋爐底部高溫爐渣經風冷后由鋼帶輸送機輸送至渣倉,改造后的鍋爐尾部省煤器干輸灰系統收集到的大顆粒飛灰也經正壓氣力輸灰系統送入渣倉。由此,改造后1號至4號爐渣倉不僅儲存爐渣,同時還儲存爐灰,成為灰渣倉。放渣系統有濕放渣和干放渣兩種方式。在濕放渣方式下,原設計的容積式旋轉給料閥可能發生卡堵,落渣管頻繁堵塞,部分電廠已將容積式旋轉給料閥拆除。進行充分調研后,為避免容積式旋轉給料閥卡堵和落渣管堵塞,在干除渣改造過程中不選裝給料閥。由此,在爐渣濕放方式下,渣倉底部灰渣通過插板門直接作用于雙軸攪拌機前端箱體上。爐渣干放方式下,也沒有設計給料閥,采用直通方式由插板門控制。兩者不同在于爐渣干放應用于罐車,爐渣濕放應用于槽車。

雙軸攪拌機通過兩個旋轉軸帶動一定角度的葉輪做圓周運動,推動攪拌機箱體下部物料運動。設計安裝的雙軸攪拌機始端箱體上部安裝有噴淋霧化裝置,共三排12個噴頭,實現伴濕功能。

3 揚塵問題根源

灰渣倉中的物料由爐渣和爐灰兩部分組成,物料組分不同,爐灰的比表面積大于爐渣的比表面積。在沒有給料閥的情況下,影響雙軸攪拌機出力的因素包括攪拌機轉速、葉輪尺寸、葉輪磨損程度、葉輪數量、葉輪角度、渣倉料位、插板門開度、物料粒徑等,影響伴濕混合程度的因素包括噴嘴出力、噴嘴數量、噴嘴形式、噴水壓力、混合時間、混合角度、撲集面積等。

反映濕放渣時渣水混合程度的指標為渣水比,即渣水混合物中渣量與水量的質量比值。經過試驗測算,當渣水比小于7.6時,不易產生揚塵現象。為了調查揚塵產生的原因,進行多組試驗。

因雙軸攪拌機內的工作環境較差,導致噴嘴不同程度堵塞。試驗一將雙軸攪拌機內噴嘴按中軸線分為兩組,分別采用不同最大通流直徑的噴嘴,觀察噴嘴的堵塞情況。試驗一結果如表1和圖1所示。

圖1 試驗一結果

通過試驗一可以看出,隨著噴嘴最大通流直徑的增大,噴嘴開始堵塞的時間明顯延后,小噴嘴更容易堵塞,導致水量不足。

分析試驗一兩組試驗,結果顯示最大通流直徑大的噴嘴水量大,不易堵塞,可以維持較長時間的合適渣水比。

噴嘴的形式多種多樣,霧化擴散角度大小不同,霧化的面積也有區別。試驗二更換不同霧化擴散角度的噴嘴,采用計算渣水比,并觀察現象。試驗二結果如表2和圖2所示。

通過試驗二可以看出,90°噴嘴擴散角度會導致部分渣水比大于7.6,渣水混合不均。120°及以上噴嘴擴散角度可以保證渣水比不超7.6,渣水混合均勻。

表1 試驗一結果

表2 試驗二結果

圖2 試驗二結果

由試驗一結果可知,當前使用2.8 mm最大通流直徑噴嘴較小,容易堵塞,對此采用人為控制的方式來確定噴嘴堵塞情況與渣水比或揚塵的關系。雙軸攪拌機現為三級噴水,每級有4個噴嘴,共計12個噴嘴。試驗三將噴嘴逐一封堵,模擬堵塞情況進行試驗,每封堵一個噴嘴進行三次試驗,測量渣水比。試驗三結果見表3。

表3 試驗三結果

通過試驗三可以看出,12個噴嘴中封堵1個,就有可能導致渣水比過大,進而引起揚塵。噴嘴富余量不足,使渣水混合效果差,導致揚塵。

試驗四保持噴嘴暢通,放渣過程中進行增壓水泵單雙泵運行,測量渣水比。試驗四結果如表4和圖3所示。

表4 試驗四結果

通過試驗四可以看出,不啟動或運行一臺增壓水泵,不能滿足所有放渣工況的噴水量,伴濕水量不足,可能導致渣水比大于7.6,進而引起渣水混合不均。兩臺增壓水泵同時運行,才能滿足所有工況的供水,使渣水混合均勻。

圖3 試驗四結果

綜合試驗結果,確認伴濕水量不足、混合不均、混合效果差是造成爐渣濕放過程中揚塵的根源。

4 改進思路

針對發現的問題根源,結合實際放渣流程,提出相應的改進思路。

(1) 對雙軸攪拌機噴淋裝置進行改造,通過增加雙軸攪拌機伴濕捕集水量,延長混合時間,擴大混合區域,增強混合效果,解決渣水比不匹配、混合效果差的問題。

(2) 完善噴嘴布置,針對伴濕區和捕集區、箱體內料位差異化,對各噴淋支管噴嘴數量、噴嘴角度進行差異化設計,在一定水量的前提下實現伴濕,使捕集效果最大化。

(3) 采用柔性連接延長排渣口,改變排渣口與槽車的垂直高度,消除落渣過程中的二次揚塵,同時減小落渣口漏風量。

(4) 擴展干放渣中吸塵風機的工作范圍。吸塵風機可以選擇性應用于干放渣或濕放渣工藝,在攪拌機箱體內建立負壓,抽吸沒有捕集到的揚塵,以及爐渣冷卻后產生的水蒸汽。

(5) 優化系統布置,完善重要監視表計,提高運行方式的靈活性和可操作性,降低人員勞動強度。

改進思路總的技術路線是伴濕+捕集+帆布兜底+干放渣吸塵風機在濕放渣工藝中的應用。

5 優化改進

5.1 噴嘴選型

選用不同最大通流直徑的噴嘴和不同的噴嘴數量進行對比試驗,結果見表5。

由試驗結果可以明顯看出,選用最大通流直徑為4 mm的噴嘴,連續工作14 d未發生堵塞現象,渣水比符合要求,并且14 d已長于檢修人員檢查清理一次噴嘴的時間周期。由此決定選用50W型廣角噴嘴,最大通流直徑為4 mm,噴嘴擴散角度為120°,可以有效減少噴嘴堵塞次數,提高渣水混合均勻程度。

表5 噴嘴對比試驗結果

5.2 噴嘴數量計算

雙軸攪拌機有效長度為2 100 mm,有效寬度為1 200 mm,噴嘴距離攪拌機內葉片高度為110 mm,噴嘴擴散角度為120°,由此得有效水霧直徑為380 mm。根據噴嘴數量與噴嘴布置有效距離、有效水霧直徑的關系,保留一定裕度,使水霧覆蓋率達到100%,計算并向上取整得到長度方向上需布置噴嘴數量為6個,寬度方向上需布置噴嘴數量為4個,則共需布置噴嘴數量為24個。

5.3 實施措施

(1) 增加噴淋支管數量,由三級增加至六級,增加混合層級。

(2) 增大第一級至最后一級噴淋支管的間距,延長混合時間。

(3) 增加噴淋噴嘴數量,由之前的12個增加至24個,增大伴濕噴淋水量。

(4) 改變噴嘴型號,由原來的16M型優化為50W型,合理增大噴嘴出力,結合伴濕區與捕集區特點優化噴嘴布置方式。

(5) 結合伴濕區與捕集區的不同,選擇不同擴散角度的廣角噴嘴,擴大捕集面積及捕集區。

(6) 通過控制噴嘴出力,優化噴淋母管壓力,在渣水比一定的情況下最大限度發揮噴嘴效果。

(7) 對不同噴淋支管噴嘴的安裝角度進行差異化安裝,對攪拌機噴嘴上部空間揚塵進行有效捕集,消滅逃逸的揚塵。

(8) 攪拌機下排渣口用帆布包裹,帆布上下高度大于1.5 m,抑制灰渣下落過程中的二次揚塵,同時減小排渣時落渣口漏風量。

(9) 將干放渣的吸塵風機應用于濕放渣工藝,吸塵風機入口與攪拌機排渣口上部箱體連接,通過吸塵風機在攪拌機箱體內建立負壓區,抽吸箱體內水蒸汽和逃逸的揚塵,用于冷卻鋼帶上的高溫爐渣。灰渣冷卻作用和灰渣下落增速降壓作用,使柔性排渣口收縮,減小排渣口風量的漏入。在吸塵風機的作用下,柔性排渣口再度收縮。由此,可以根據灰渣量自動控制流通截面,只允許無塵灰渣通過,少量逃逸的揚塵和產生的水蒸汽被包裹在帆布兜內。

(10) 在噴淋水濾網前、增壓泵后安裝就地壓力表,在實現對參數有效監控的同時,判斷、檢查、清理濾網堵塞情況。

(11) 在并列運行的兩臺管道增壓泵出口設置逆止閥,優化運行方式,可隨時保證水量需求,消除一臺泵運行另一臺泵倒轉的問題,避免兩臺泵同時運行所增加的電耗。

(12) 每根噴淋支管的兩端與兩個噴淋母管聯箱連接,一個聯箱接開式水,另一個聯箱接脫硫廢水,這樣通過對空的噴淋支管消壓作用,避免不同水源互相串流和閥門不嚴密造成串流的問題。

(13) 噴淋母管采用316不銹鋼,噴嘴直接采用304不銹鋼,可以有效預防脫硫廢水對噴淋裝置的腐蝕。噴淋母管端部用法蘭盤封堵,有利于脫硫廢水中沉積物的清理。

6 改進效果

優化改進后,對濕渣排放現場矽塵濃度進行測量記錄,7月匯總見表6,8月匯總見表7。

表6 優化改進后7月現場矽塵濃度

表7 優化改進后8月現場矽塵濃度

由匯總可以看出,優化該機后放渣過程中矽塵濃度均小于2 mg/m3,符合規定標準,即未發生濕放渣揚塵事件。

7 結束語

通過對發電廠鍋爐爐渣濕放揚塵的分析和改進,解決了爐渣濕放過程中揚塵的問題,避免了污染環境事件,改善了操作人員的工作環境。同時消除了脫硫廢水與工業水在串聯系統中的安全隱患,避免了不同介質、不同壓力下的串流,以及閥門內漏造成的串流,消除了裝置性違章,實現了裝置安全本質化。

通過優化運行方式,降低人員勞動強度,縮短兩臺增壓水泵同時運行的時間,降低電耗。解決了伴濕捕集混合效果差的問題,避免了因柔性連接被高溫爐渣燒損的問題。在渣水比一定的條件下,大幅減小用水量。

通過分析和改進,利用現有資源和條件,基于技術創新和系統優化,用少量投入獲得較好效果,實現了經濟效益最大化。