热电厂输煤系统粉尘污染

热电厂输煤系统粉尘污染与治理措施研究李彦林李宽张海鹏中国石油克拉玛依石化公司热电厂热电厂输煤系统粉尘污染与治理措施研究李彦林，李宽，张海鹏中国石油克拉玛依石化公司热电厂834003摘要：本文根据热电厂输煤系统煤尘污染的现状，从煤尘产生的机理入手，按照防尘、除尘两种思路对煤尘进行治理，防除结合，降低了经济本钱，改善了工作环境。关键词：防尘工程；输煤系统；防尘；除尘一、前言克拉玛依石化公司热电厂以燃煤为主，煤场的煤被输送到原煤仓供应锅炉燃烧，煤料在皮带传送、筛分、破碎以及卸入原煤仓作业中，由于落差和机器转动，经常形成煤尘飞扬的状况。煤尘散布在工作间的大气中，即污染工作场所，又恶化工作条件，对工作人员的身心造成伤害。克市环保监测部门采用日产MODEL-LD-1激光粉尘检测仪对热电厂输煤系统粉尘进行检测，检测结果如表1：表1热电厂输煤廊粉尘检测结果测定地点接触时间(min/d)实测均值(mg/m3)15分钟短时间接触浓度(mg/m3)8小时加权平均浓度(mg/m3)总尘呼尘总尘呼尘总尘呼尘输煤廊1#带120输煤廊2#带120输煤廊3#带120GBZ1—2002?工业企业设计卫生标准?、GBZ2—2002?工作场所有害因素职业接触限值?规定：煤尘总尘浓度：15分钟短时间接触浓度6mg/m3；8小时加权平均浓度4mg/m3。煤尘呼吸性粉尘浓度：15mg/m3；8小时加权平均浓度mg/m3。依据以上标准，比拟表1，可以看出，热电厂煤尘总尘浓度和煤尘呼吸性粉尘浓度均严重超标。以3＃输煤廊粉尘污染最为严重，15分钟短时间接触浓度超过标准139倍，污染最轻的2＃输煤廊，15分钟短时间接触浓度超过标准7倍。二、粉尘的危害〔一〕粉尘对设备的危害性：煤尘散落到机器转动局部，会引起机器早期损坏，使其工作性能受到严重影响，导致使用寿命降低。煤尘落在电气元件上，会引起电气元件产生错误动作，操作、控制失灵，严重的会引发事故。〔二〕粉尘的爆炸性：输煤系统空气中的粉尘大局部为煤尘，当浓度到达一定范围时，在外界高温火源等作用下，会引起爆炸。一般煤尘的爆炸下限为114g/m3,挥发份大于25％的煤尘，爆炸下限可达35g/m3。2005年元月份，大庆油田自备热电厂〔4台20万机组〕输煤#4栈桥由于积粉自燃，栈桥内的设备全部烧毁，无法正常供煤，工业用汽被停，给企业带来了很大的损失。〔三〕对人体的危害性：粒度大于10μm的粉尘，几乎全部被鼻腔内的鼻毛、黏液截留；5～10μm的粉尘，绝大局部也会被鼻腔、喉头、支气管等呼吸道的纤毛截留；0.5～5μm的粉尘，极易穿透肺叶，深入肺泡中，黏附在肺叶上，经常在这种环境中工作的人员易患肺部职业病，硅肺〔矽肺〕就是其中之一。三、粉尘产生的机理及位置热电厂输煤系统煤尘产生的位置以及其机理如表2所示：表2热电厂输煤系统煤尘产生的位置以及其机理粉尘产生位置产生过程产生机理筛煤机煤料筛分剪切压缩尘化碎煤机煤料破碎剪切压缩尘化落煤管煤料下落综合性尘化输煤槽输煤槽剪切压缩、空气扰动皮带输送机煤料输送诱导空气尘化煤场煤料存储剪切压尘化四、治理措施〔一〕防尘防尘是煤尘污染的治理之本。通过分析找出尘源，在工艺技术上进行改造，减少煤料在输送过程中的碰撞、摩擦,以到达降尘目的。1.落煤点吸尘装置的改良煤料在下落到落煤点后，因落煤管的存在，粉尘外逸严重。热电厂输煤系统[1][2]主要有两个落煤管：1＃和2＃输煤带之间，2＃和3＃输煤带之间。图1a为诱导风流形成原理的示意图，诱导风流从入料口1—1截面流至出料口2—2，能量方程为：(1)式中、、、——气流压力、流速、密度和高度，下标1、2分别表示入料口、出料口。根据实际情况，将式(1)简化得：(2)式(2)说明，下落煤料流对诱导风流作的功全部用来增加诱导风流的动能。诱导风流从入料口2—2至出料口3—3，按伯诺里方程得：即为落煤管内的诱导风流造成的压差，使得落煤管的下部压力高于环境压力而上部压力低于环境压力,以致落煤管上部吸入环境气体而下部大量含尘气体逸出，成为输煤系统中一个重要的尘源点。a诱导风流形成原理b循环风管示意图图12＃、3＃输煤带间落煤管2，结构如图1b所示。2.输煤槽的改良输煤系统运行时，落煤管内产生的正压气流夹杂煤尘从输煤槽出口溢出，输煤槽密封不严会造成大量煤尘外溢。挡煤皮为输煤槽的主要密封装置，目前热电厂使用的挡煤皮为普通挡煤皮，结构如图2所示，其运行阻力大，易磨损皮带，更换不方便，与皮带机工作面贴合不紧，运行中易出现漏煤、漏粉现象。迷宫式密封挡煤皮如图3所示[3]，由固定段、弯曲段、粉尘段、迷宫段等几段组成。其自封性能强，煤流不磨损挡煤皮，对胶带的使用寿命也根本没有影响。输煤槽受物料冲击时，大块物料被封尘段拦住，少量粉尘被多道迷宫槽拦住，均不会撒落到输煤槽之外。对输煤槽进行如下的结构改良：(1)将输煤槽上传统的挡煤皮及密封结构改为新型迷宫式挡煤皮及密封结构；图2传统挡煤皮及密封结构图3新型迷宫式挡煤皮及密封结构(2)输煤槽顶部改为圆弓形。可增大容积，降低风压，且防止积煤积水，利于冲洗；(3)落煤点处加装可调导流挡板，可防止落煤点不正导致胶带跑偏。(4)输煤槽适当加长、加高，增加粉尘的滞留时间，降低诱导压力。(5)为防止含尘空气通过导煤槽出口排出,在导煤槽末端装双层挡帘。3.输煤带跑偏治理输煤皮带跑偏会使皮带侧边与机架、托辊架发生摩擦，增加阻力，降低皮带机的输送能力，严重时可导致事故，同时会使煤料洒落产生大量粉尘。具体治理措施如下：(1)设置调节板煤料重心偏向皮带的一侧，会引起皮带跑偏。为使物料均匀加在皮带中心，应设置调节板，调节加料方向。实际运行过程中如物料不能均匀落在皮带中心，那么要首先判断物料偏向哪一边，然后移动调节杆，使调节板处在适当位置固定。(2)采用锥形双向自动调心托辊，消除输送带跑偏可以装设锥形双向自动调心托辊来消除皮带跑偏，结构如图4所示。锥形双向自动调心托辊组两边倾斜托辊的平面向皮带运行方向倾料。当皮带跑偏时，跑偏方向一侧的倾斜托辊对皮带中心方向的作用力增大，另外一侧的作用力减少。在两边作用力差值下，皮带被推向中间。但两边托辊的转动中心与皮带运行方向不平行，存在摩擦，皮带的摩损较大；(3)采用新型橡胶弹簧清扫器装置皮带运输机运行时，煤粒黏结在胶带上，随后传给下托辊和改向滚筒，在滚筒上形成一层牢固的煤层，使得滚筒外表上下不平，导致胶带跑偏和损坏。橡胶弹簧清扫器是利用弹簧压紧刮煤板，把胶带上的煤刮下的一种装置。如图5所示，可将刮下来的粘煤直接排到头部煤斗内。(4)根据我厂现场实际情况，按输送机的安装标准，对跑偏的各条输送带支架和托辊支图4锥形双向自动调心托辊图5橡胶弹簧清扫器架进行调整，保证机架横向水平、输煤槽两边宽度相等、滚筒的轴线水平、托辊组轴线同胶带中心线垂直、滚筒中心线同胶带中心线垂直。4.原煤仓的密封每个原煤仓有四台犁煤器〔共八个落煤口〕，如图6。一台犁上煤，煤粉会从其它料口逸出现场原来装有缓冲锁气器，但由于这种缓冲锁气器贴近地面安装，地面粉尘清扫易使锁气斗的轴承卡死，维护工作量较大，现已撤除停用。将落煤斗的结构重新设计如图7所示。将落煤斗的外侧板下半局部向内倾斜，在斗内侧板的拐点部位挂一吊皮挡尘帘封住料口。吊皮挡尘帘与犁煤器配合使用，使煤仓落煤口无煤时自动封闭，防止其它犁煤器上煤时煤粉外溢；工作时犁煤器连续卸下的煤在重力的作用下克服挡尘帘弹力卸到煤斗里。图6犁煤器结构图7改良后的落煤斗5.其它设备的密封筛煤机、碎煤机也是重要的尘源点，对其进行结构上的密封是防止粉尘产生的重要途径。可在筛煤机和碎煤机的入口和出口分别加设锁气器和挡尘帘，具体实施可参考原煤仓的密封。〔二〕除尘根据我厂实际情况，应对防尘和除尘进行综合考虑。由于＃3带可利用空间小，粉仓在＃3带下面，不允许使用喷水除尘，因此除尘重点应放在＃1、2输煤带，只要在＃1、2带使煤和水充分混合，煤到达＃3带后，进入煤仓粉尘根本上不会被扬起。1.喷水除尘热电厂输煤系统1＃、2＃带现使用喷水除尘，存在喷洒不均匀的现象使得输送过程中因皮带跳动引起的粉尘不能得到很好的抑制。造成这种现象的根本原因是喷头的设计与安装不合理。(1)喷水装置的设计喷嘴布置的计算：对于局部产尘地点胶带输煤皮带，喷嘴的布置可按下式确定：〔3〕式中：n——每排喷嘴数量，个；b——喷嘴与料面的距离，m；——喷嘴的喷射角，°；热电厂输煤系统中：b＝0.40m；h＝0.20m；°，代入改良后的喷水系统如图8所示，可大大改善了喷水效果，使其更加均匀。图8改造后的喷水系统(2)喷头布置位置及要求a.在＃1、2带导煤槽内装喷头，每组2个；喷淋间距为1.5米左右，喷淋方向要与输送带运行方向成一定的反向夹角。b.在＃1、2输送带的头部卸料口加装2个互为90º喷头。c.在筛、碎煤机的落煤管内各加装喷头。d.皮带加装清洗装置，保证皮带空载运行粉尘不被扬起。e.为保证运行中喷淋运行正常，水压应为6公斤，因此水线母线上加装两台增压泵。2.布袋除尘器与锅炉制粉联合除尘〔简称“联合除尘系统〞〕对于3＃输煤廊，由于现行布袋除尘器再吸风口设置等方面存在问题，且在潮湿环境下不能正常工作，造成除尘效果不理想，粉尘浓度严重超标。根据实际情况，作者提出一种新的除尘方法——布袋除尘器与锅炉制粉联合除尘。(1)工作原理：联合除尘系统是在利用现行布袋除尘的根底上提出的，它将布袋除尘器的入口通过管线接到制粉系统排粉机冷风门入口，使输煤系统的粉尘吸入到制粉系统，最终送入锅炉。参考图9。图9联合除尘系统(2)实现的可能性：排粉机冷风门的改动：热电厂排粉机冷风门位于锅炉厂房6米处，3＃输煤廊位于锅炉厂房22米处，从细粉别离器出来的乏气从22米直通排粉机的入口。可将排粉机冷风门和乏气门移至3＃输煤廊乏气风管，两者相对位置不变，乏气门仍在排粉机冷风门上方，这样就不会对制粉系统流程造成影响，也不影响其操作。热电厂共有3台锅炉，3＃锅炉在球磨机停运时，通过排粉机冷风门进入的风量40000m3/h，相当于10台布袋除尘器的额定风量。3＃输煤廊只有6台布袋除尘器，加上2＃输煤廊的一台，共7台除尘器，额定风量为23000m3/h，因此通过锅炉制粉系统的除尘优于布袋除尘；球磨机工作时，通过排粉机冷风门进入的风量和煤的干湿程度、循环风量等因素有关，吸风量不稳定，应采用布袋除尘。采用联合除尘不仅可以改善工作环境，还能带来一定的经济效益。如果制粉系统吸尘每天运行5个小时，一年可以节约用电5万度。(3)运行方案根据以上分析，联合系统制定运行方案如下：夏季锅炉耗煤量较小，球磨机一般运行时间为12h/d，输煤系统一般运行10h/d，这时可以将两者运行时间错开；冬季负荷较高，球磨机和输煤系统上煤时间较长，这时在两者同时运行时启动布袋除尘器除尘。3.喷雾降尘热电厂煤场东西两侧墙壁五米上方装有喷雾装置，但使用效果并不理想。(1)喷雾降尘机理喷雾降尘的实质是液态雾滴与固态粉尘碰撞凝结形成容量较大的微团沉降下来,包括惰性凝结和静电凝结。惰性凝结是指雾粒与悬浮粉尘碰撞湿润、凝结增重，后不断沉降的过程。静电凝结是利用水雾电荷效应，使雾粒与粉尘相互凝结直至沉降。可见，雾粒径、雾粒与粉尘的碰撞次数、带电雾粒的相对含量均会影响喷雾降尘的效果。(2)解决方案热点厂煤场喷雾降尘效果差的根本原因是喷雾压力低〔目前使用压力为0.1～0.3MPa〕，以致喷雾雾粒大，雾粒运动速度低，带电荷的雾粒量相对较少，雾粒与粉尘的碰撞拦截机率小。雾粒与粉尘在粒度上相差太大，导致粉尘沿雾粒周围绕过滑行，难以完成惰性凝结；带电荷的雾粒量相对少，雾粒与粉尘发生的静电凝结量也变少。[6]。另外，须结合雾化角、有效作用距离等因素对喷嘴的结构尺寸进行设计修正。4.二次尘源治理输煤系统中，总有少量粉尘从缝隙等处逸散到空气中，沉积于地面、墙壁、建筑构件和设备上，形成二次尘源，必须定期去除。热电厂1＃、2＃皮带设计采用水力清扫法，既简单又经济有效。热电厂有沉煤池和污水排放池[5]；沉煤池间装有电动单轨抓斗起重机，定期将沉煤池中沉煤抓出运回煤场再用；污水排放池的污水排入石化公司污水系统。3＃输煤皮带为水平设计，下方设有煤粉仓，不便于水力清扫法的实施。现采用定期人工清扫，此方法会大大加剧二次粉尘的污染，且人工清扫一般只对地面粉尘进行去除，输煤皮带及其设备上撒落的粉尘不能得到有效控制。针对3＃输煤皮带的特点，作者建议在3＃输煤皮带加装一个移动式真空清扫洗尘装置。五、总结本文主要研究了热电厂输煤系统的粉尘治理，对防尘及除尘提出了有效的治理措施，这些改良措施经济合理、实施性强，具体结论如下：2，结构见图1；2.对输煤