火电厂输煤系统粉尘治理技术措施

火电厂输煤系统粉尘治理技术措施
余斌
(国能神华九江发电有限责任公司 江西九江 332500)
摘要：该文以火电厂输煤系统粉尘治理技术为重点展开研究，首先简述火电厂输煤系统粉尘成因与危害，在此基础上论述其治理技术思路，并给出可行的治理技术方法，就改善设备设计、更换老旧部件、应用智能洒水除尘技术、无动力除尘技术等举措进行分析，最后结合模拟实验结果对上述理论进行论证，服务相关技术的具体应用，以求改善火电厂输煤系统粉尘治理效果。

关键词：火电厂 输煤系统 粉尘治理 洒水除尘
中图分类号：TM621文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)17-0179-04 Technical Measures for Dust Control of Coal Handling System in
Thermal Power Plant
YU Bin
(CNNE Shenhua Jiujiang Power Generation Co., Ltd., Jiujiang, Jiangxi Province, 332500 China) Abstract:This paper focuses on the dust control technology of the coal handling system in thermal power plants. First, it briefly describes the causes and hazards of the dust in the coal handling system of thermal power plants, dis‐cusses its control technology ideas on this basis, and gives feasible control technology methods, and analyzes mea‐sures such as improving equipment design, replacing old and old parts, applying intelligent sprinkling dust removal technology, and unpowered dust removal technology, At last, the above theory is demonstrated with the simulation experiment results, serving the specific application of relevant technologies, in order to improve the dust control ef‐fect of the coal handling system in thermal power plants.
Key Words: Thermal power plant; Coal handling system; Dust control; Water spraying and dust removal
火电厂输煤系统是其工作设备之一，一般包括燃料运输、卸煤机械、受煤装置、煤场设施、输煤设备、煤量计量装置、筛分破碎装置、集中控制和自动化装置、辅助设备等。

在火电厂生产作业过程中，输煤系统作用突出，工作内容的特殊性也使其作业过程存在一定的安全隐患，输煤系统产生的粉尘有可能引发火灾、爆炸，危及生产者健康。

近年来，虽然得到一定控制，但仍有必要进一步降低粉尘的影响，提升生产效益[1]。

我国以《电力安全生产监督管理办法》（2015年2月17日国家发展改革委令第21号）等文件指导火电厂的管理活动，并要求从技术层面控制生产过程，提升安全性和工作效益。

在此背景下，为进一步发挥技术优势，保证火电厂工作质量，就火电厂输煤系统粉尘治理技术思路和方法进行分析，具有一定的现实意义。

1 火电厂输煤系统粉尘成因与危害
1.1 火电厂输煤系统粉尘成因
火电厂输煤系统粉尘直接成因在于，燃煤输送过程中的磕碰、撞击以及主动加工，导致煤块破碎，较小的煤渣可形成粉尘，在输送过程中进一步受到风力和负压因素影响，进入空气和设备外的作业空间内。

其间接原因则比较复杂，与设备老化、设计因素、管理因素均存在关联。

例如：老化的设备可能存在连接松动、封闭效果下降等问题，输送燃煤的过程中，粉尘产生数量较大，进入空气中的总量也较大[2]。

设计不佳的输送系统，可能出现较多的燃煤磕碰问题，产生粉尘。

管理不当则主要牵涉到抑尘、除尘技术选用工作，可能因
DOI：10.16661/ki.1672-3791.2302-5042-5274
作者简介： 余斌（1986—），男，本科，工程师，研究方向为火电厂输煤系统相关技术及管理。

技术选用不合理，难以实现粉尘抑除。

1.2 火电厂输煤系统粉尘危害
火电厂输煤系统粉尘危害包括两大类：一是可能导致人员身体健康问题；二是可能引发爆炸等严重事故。

按现有研究，粉尘有可能导致呼吸系统疾病，粒径较小的粉尘可进入呼吸系统，尤其是粒径5 μm以下的粉尘，引发呼吸系统病变的可能性较高，包括尘肺、结节等。

我国尘肺患者数目每年均有所增加，年增幅超过1.6万例。

此外，粉尘环境也可能诱发皮肤病变。

我国对作业环境内粉尘浓度有明确要求，人员工作环境内其浓度应在3.5 mg/m³以下，非人员工作环境也不能高于10 mg/m³[3]。

由于燃煤粉尘具有可燃性，其积累到一定程度时可能诱发爆炸事故，在密闭空间内，如果粉尘浓度达到20 g/m³以上，遇明火极有可能发生爆炸，即便非完全密闭的空间，粉尘浓度达到60 g/m³以上时也有爆炸风险。

2 火电厂输煤系统粉尘治理技术思路
2.1 多技术联用
思路上看，火电厂输煤系统粉尘治理重视多技术并用，包括一些得到应用且被证明有效的抑尘、除尘技术，也包括仍处于研究阶段的新技术。

前者如洒水降尘、通风除尘等，后者如智能技术、设计技术等。

原则上可通过应用多种技术的方式提升治理粉尘的效果，改善作业安全性。

2.2 技术应因地制宜
目前，可用于火电厂输煤系统粉尘治理的技术较多，但适用性各有不同，并非所有技术均可普适于所有作业环境。

具体工作中主张根据各厂需要、各输煤系统特点，选取合适的技术方法，以最大限度地保证粉尘控制效果。

例如：智能技术下的除尘手段，不能用于强电磁干扰环境，尤其是发电机组附近，洒水除尘模式则应远离机电一体化设备、电源区域[4]。

2.3 技术的易用性
在组织火电厂输煤系统粉尘治理时，应尽量少采用或不采用复杂技术，一方面，此类技术应用成本高、难度大，增加了火电厂管理成本；另一方面，复杂技术的运维也需要投入更多精力，难以大范围推广。

未来工作中主张根据技术特点，在条件允许的情况下以易用技术服务火电厂输煤系统粉尘治理活动。

以物理降尘抑尘工作技术等[5]。

2.4 技术的可优化性
火电厂输煤系统粉尘治理工作具有长期性，在借助技术手段组织治理时，还应考虑技术发展带来的积极影响，适当提升技术的可优化性。

尤其是各类借助计算机技术开展降尘、除尘作业的系统，应关注其在技术上的可优化、可拓展价值，也满足长期治理火电厂输煤系统粉尘的需求。

3 火电厂输煤系统粉尘治理技术方法
3.1 改善设备设计
火电厂输煤系统粉尘成因复杂，设备设计不当是直接原因之一，未来可从设备设计角度出发尝试控制，主要包括两个方面技术措施：一是皮带机设计；二是落煤管缓冲设计。

皮带机设计方面，可在现有设备基础上对皮带机漏斗进行改善，其栅格式导流板可予以撤出，以集流导流装置作为替代，此模式下煤块的运输过程更具可控性，使其对皮带机头部漏斗部位的冲击力度得到控制，能够在集流导流装置作用下汇集后缓落，进而减少冲击产生的粉尘量，也能控制诱导风对设备内外风压影响，避免粉尘大量涌入设备外空间[6]。

落煤管缓冲设计方面，可根据力学原则，采用流线型设计思路，实现煤块、煤流下落过程中的流畅化，减少落煤管各处直角或角度偏大的弯曲道设计。

在此基础上，对落煤管内部进行设计调整，使用具有一定形变自恢复能力的合金材料作为内衬，如图1所示，在煤块、煤流下落时落煤管的内衬出现形变后可恢复，减少刚性冲击导致的煤块破碎、冲击问题，进而减少产生的粉尘量。

设备设计技术的应用条件低，适用性广，是火电厂输煤系统粉尘治理的首选技术之一。

3.2 更换老旧部件
输煤系统需要持续向工作机组（即火电厂的发电机组）提供燃煤，持续工作时间较长、设备老旧的情况下，粉尘的产生量也会增加。

从技术角度出发，可采用定位分析的方式，了解设备各结构的工作负荷差异，在此基础上通过模拟或数据分析的方式，
了解不同结构的老化速度区别，在各结构严重老化、导致粉尘量大量增加前，对其进行预处理，更换设备，从而减少粉尘量。

以模拟研究为例，可对输煤系统可能产生粉尘的各部分进行独立分析，输入计算机中建立二维或三维图1 落煤管缓冲设计（含内衬）
模型。

之后采用参数变更（加速模拟）的方式，不断调整模拟参数，模拟长时间工作状态下输煤系统各部位的老化情况。

通常筛分破碎装置等装置老化速度较快，也更容易产生粉尘，通过模拟记录其老化的速率，以及严重老化、不能继续使用的时间，并以该参数为管理依据。

当实际工作中输煤系统的筛分破碎装置达到、接近该参数指定时间后，可提前着手更换，使设备老化导致的粉尘量增加问题得到解决。

更换老旧部件以模拟技术、数据分析技术为依据，具有科学性高、客观性强的优势，在火电厂输煤系统粉尘治理中适用性较为广泛，技术的应用要求也相对不高。

3.3 智能洒水除尘技术
洒水除尘技术在火电厂输煤系统粉尘治理活动中比较常见，但现有技术对人工操作的依赖性依然较高，不能充分实现粉尘控制，未来工作中可借助智能技术进一步提升洒水除尘工作质量。

智能技术主要采用感应模式，借助传感器对空气中的粉尘信息进行收集，其后对智能模块进行评估，决定是否进行洒水降尘。

该技术下的工作系统设计如图2所示。

根据图2所示模式，传感器对工作区域内的信息进行收集，传输至智能分析模块，后者分析当前作业区域内的粉尘浓度，当粉尘浓度过高时，由智能模块下达指令，启动洒水装置进行降尘；反之，当工作区域内的粉尘浓度无异常（如休息时间），系统不投入作业，继续进行空气信息的收集、分析。

原则上工作日内传感器的工作是实时、持续进行的。

具体工作中，为保证系统工作的灵敏性，可对工作区域内粉尘浓度的变化情况进行收集，由于火电厂工作负荷、燃煤运输的速率、设备老化情况各有不同，实际工作中工作区域粉尘浓度也是不同的，默认其平均浓度为Q
X
，则实际粉尘浓度
的变化总是围绕Q
X
上下波动的，带有模糊的线性变化特征，以Q表达工作区域粉尘浓度值，获取一个非等差数列如下：
Q=[Q
mix
;A8;WF8;Q
X
;0H7;G9;G3S;Q
max
]数列中，Q mix代表工作区域粉尘浓度的最低值，其
极限值为0，通常不会达到此水平，Q
max
代表工作区域粉尘浓度的最大值，可根据工作管理需要设定该数值标准，为保证工作人员安全，可设定为3.5 mg/m³。

在智能洒水工作系统启动后，传感器实时收集工作区域内的粉尘浓度，当其浓度达到3.5 mg/m³时默认浓度过高，系统启动洒水装置进行降尘，全过程以智能设备予以控制，效率和效果均比较理想。

此外，考虑到洒水除尘活动中，雾化的水珠吸附力比较有限，可采用捕捉剂进行洒水系统性能的优化。

该技术下，主要强调进一步提升水雾对粉尘的吸附能力，应对燃煤粉尘疏水性特征。

工作人员可将扬尘捕捉剂融入洒水系统的蓄水池中，以改善水雾（实际上为雾化的小水珠）表面理化性能，提升张力，增加其对粉尘的吸附效果。

已有研究表明：单纯利用水雾进行降尘，除尘率在30%~35%之间，加入扬尘捕捉剂后，除尘效果可改善为50%~55%，火电厂输煤系统粉尘治理的效果更突出。

3.4 干雾除尘技术
干雾除尘技术，主要强调在火电厂输煤系统工作区域设置干雾抑尘设备，利用该设备控制工作区域的粉尘量。

目前，该设备的应用已经比较普遍，但与洒水除尘技术相似，存在应用智能水平不高、依赖人员的情况，不能最大化发挥粉尘控制作用。

未来可采用智能技术加以优化，技术原理与上文所述的智能洒水除尘模式相同，但管控的单元为干雾抑尘设备的作业阀门。

火电厂输煤系统常规作业过程中，干雾抑尘设备也持续投入工作，并以固定角度控制阀门的作业参数，投放的干雾除尘剂总量、单次用量不做调整。

以智能技术为依托，可借助传感器了解本阶段火电厂输煤系统工作区域的粉尘量，根据该数值进行干雾抑尘设备工作阀门角度调整，当工作区域内的粉尘量较大时，阀门的开启角度也对应增加，投入较多的抑尘剂，降低工作区域内粉尘浓度，当工作区域内的粉尘浓度较小时，阀门的开启角度对应缩小，以较少的干雾抑尘剂控制输煤系统作业区域内的粉尘浓度。

值得注意的是，由于干雾抑尘设备的最大作用半径有限，如果区域内输煤系统较大、工作区域较宽阔，
应适当增加干雾抑尘设
备的数目，并均衡配置在输煤系统周边区域，实现针对
性抑尘。

3.5 无动力除尘技术
无动力除尘技术，是一种基于发电厂输煤系统设
计改造的工作方式，以多技术联用为理念，在不增加工
作能耗的基础上，仅以物理方法减少输煤系统产生的图2 智能洒水除尘技术的工作模式
粉尘，其特点在于应用难度低，易于维护管理，缺点在于除尘效果不能达到最佳水平，因此大多作为辅助技术加以运用。

具体工作中，可先对输煤系统的工作结构进行拆分，对可能产生粉尘的各部分结构进行外围改造，增加可拆卸薄壳，如薄铁皮金属外壳等，使设备作业过程中产生的粉尘不会在内部动力作用下涌入工作区。

薄壳内可设置小功率电扇，并在设备尾端放置除尘袋，电扇随设备工作启动，由于粉尘的重量较轻、粒径较小，电扇持续作业过程中改变了输煤系统内的空气流动方
向，使粉尘在风力作用下能够进入设备尾端的除尘袋中，工作人员以固定间隔进行除尘袋的清理、更换，以此降低粉尘进入生产区域、设备缝隙中的可能，改善治理效果。

4 计算机模拟分析
4.1 实验条件
为了解不同技术的除尘效果，通过计算机建立模拟实验组织分析。

实验主要采用参数调整、加速模拟的方式，对常规工作模式、设备设计改善模式、智能洒水工作技术、干雾除尘技术、无动力除尘技术的除尘能力进行分析。

采用开放实验形式，加速参数为1∶1 000（即以1 min模拟设备工作1 000 min）。

观察指标包括工作区域粉尘浓度、恶性事故发生率，其中恶性事故为粉尘浓度过高引发的爆炸事故，默认爆炸浓度标准为20 g/m³。

4.2 过程与结果
实验采用分组进行的模式，共设定6个小组，即常规工作模式组、设备设计改善模式组、智能洒水工作技术组、干雾除尘技术组、无动力除尘技术组以及综合技术组，其中，综合技术组包括设备设计改善、智能洒水工作技术、干雾除尘技术和无动力除尘技术，以评估其联用效果。

每组实验均进行10 min模拟，在10 min内随机选取10个时间点，统计空气中的粉尘浓度、求取平均值，记录出现恶性事故的可能，出现恶性事故后终止实验，记录时间使用情况，剩余时间重新启动实验，观察是否出现恶性事故，反复进行记录。

6个小组的实验结果如表1所示。

结合实验结果可知，常规工作模式下，火电厂输煤系统粉尘控制效果相对较差，粉尘浓度平均为2.95 mg/m³，共发生1次恶性事故。

对设备进行设计优化的情况下，技术优化得到发挥，粉尘浓度均值降低为2.36 mg/m³，未发生恶性事故。

智能洒水工作技术支持下，粉尘浓度均值降低为1.06 mg/m³，该组也未发生恶性事故。

利用干雾除尘技术控制火电厂输煤系统粉尘浓度，10个样本的均值水平为1.33 mg/m³，未发生恶性事故。

无动力除尘技术模式下，工作区域粉尘浓度均值为1.27 mg/m³，未发生恶性事故。

联用多种技术，粉尘浓度控制效果最佳，均值水平为0.59 mg/m³，未发生恶性事故。

上述结果表明：各类除尘技术均可以降低火电厂输煤系统粉尘浓度，具有积极的治理价值，其中多技术联用的效果最理想，但该模式的实现难度较大，成本偏高，且实验室环境忽略了一些客观限制性因素，不能完全有效代表技术价值，其真实应用优势仍有待进一步探索。

5 结语
综上所述，火电厂输煤系统粉尘治理是必要的，也具有可行性。

从成因上看，设备因素、管理因素均可能导致输煤系统出现较多粉尘，有可能危及人员身体健康，也有可能形成火灾甚至爆炸等事故，需要加强处理。

从技术思路上看，应强调多技术联用，保证技术易用、可优化，且做到因地制宜地选用有关技术。

从方法上看，可先对设备的设计进行调整优化，更换老旧部件，在此基础上，重视新技术的运用，包括智能洒水除尘、干雾除尘以及无动力除尘技术等，并结合计算机模拟实验，可知上述技术均可有效降低火电厂输煤系统产生的粉尘量，也能控制事故发生率，提升生产活动的总体效益。

参考文献
[1]高满达,李庚达,王昕,等.火电厂智能燃料典型建设
方向与应用研究进展[J].热力发电,2021,50(5):10-17.
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[3]王占贵,霍明明.基于西门子PLC的带式输送机输
煤自动控制系统设计[J].煤矿机械,2020,41(3):15-16.
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[6]王栋.谏壁发电厂输煤系统粉尘综合治理研究与应
用[D].南京:南京理工大学,2019.
表 1 实验结果汇总
组别
第一组
第二组
第三组
第四组
第五组
第六组
粉尘浓度均值/
（mg/m³）
2.95
2.36
1.06
1.33
1.27
0.59
恶性事故发生
次数/次
1。