曲線落煤管及無動力除塵導料槽使用展望

季登輝

華能上海石洞口第二電廠

1 輸煤系統(tǒng)轉(zhuǎn)運站現(xiàn)狀

燃煤電廠的輸煤系統(tǒng)由多個部分組成，其中，轉(zhuǎn)運站作為皮帶間的轉(zhuǎn)載點，直接關系到系統(tǒng)輸送效率、皮帶機壽命、系統(tǒng)運行安全和站內(nèi)作業(yè)環(huán)境等多方面。在目前普遍使用的轉(zhuǎn)運站設計中，由于現(xiàn)有落煤管及導料槽的設計形式，經(jīng)常發(fā)生落煤管堵煤、導料槽粉塵外泄、轉(zhuǎn)運站內(nèi)粉塵超標等諸多問題。隨著配煤摻燒工作已成為各電廠的常態(tài)化，不同特性的煤種也越來越多，輸煤系統(tǒng)特別是轉(zhuǎn)運站內(nèi)的堵煤、粉塵問題已經(jīng)成為迫在眉睫需要解決的問題。

典型的燃煤電廠轉(zhuǎn)運站布置如圖1所示。轉(zhuǎn)運站主要由頭罩、落煤管、分向門、緩沖鎖氣器、導料槽、除塵器等組成。其工作流程為：上級皮帶將物料傳輸至頭部落煤管頭罩處，在重力的作用下從落煤管下落至下級皮帶，由下級皮帶運走完成整個轉(zhuǎn)運過程。

圖1

從目前使用情況看，現(xiàn)有落煤管及導料槽形式會產(chǎn)生粉塵外溢大、落煤管易堵煤、下級皮帶易跑偏、對下級皮帶沖擊大等問題。其主要原因分析如下：

1）物料在落煤管頭罩處以上級皮帶的帶速做平拋運行，煤流會與頭罩發(fā)生撞擊并產(chǎn)生大量粉塵，一部分粉塵從頭罩中溢出，而大部分粉塵會隨著煤流進入落煤管內(nèi)。

2）現(xiàn)有落煤管形式煤流與頭罩沖擊角較大，經(jīng)過碰撞后原有動能消失殆盡，在煤質(zhì)較差、濕度較高時極易發(fā)生堵煤、積煤現(xiàn)象。

3）煤流進入落煤管下落過程中產(chǎn)生大量的誘導風，且空氣與煤流充分混合形成高壓含塵氣流。此時由于導料槽與皮帶機之間密封不嚴，造成大量粉塵外溢。

4）進入導料槽內(nèi)的誘導風量較大，一般風速可達7m/s～15m/s，導料槽內(nèi)形成正壓，現(xiàn)有除塵器無法在高風速下完全吸出粉塵（負壓除塵要求理想風速為3m/s）。同時由于除塵器的設計和布置等原因造成除塵效率低。加之導料槽容積較小，導料槽出口一般為單層擋簾設計，緩沖容積小，出口風量大、風速高，未被除塵器吸收的粉塵極易從導料槽入口、后端及兩側(cè)溢出。

5）由于現(xiàn)有落煤管設計無法對下落煤流的運行軌跡進行控制，無法控制落點位置，使下級皮帶受力不均，易造成皮帶跑偏。且由于現(xiàn)有落煤管高度差較大，下落煤流對皮帶的沖擊較大。

隨著目前輸煤轉(zhuǎn)運系統(tǒng)落煤管高度差和輸送量的日益增大，同時配煤摻燒工作的深入開展，越來越多的高粉塵和濕度高的煤種被使用，相應的問題也日趨凸顯。

2 曲線落煤管

曲線落煤管的設計研究是基于離散學（DEM），對散狀物料輸送過程中顆粒體系的形成特性進行模擬分析，分析煤流的滑落過程和運行軌跡。

曲線落煤管頭部設有弧形集流導流裝置，使物料以較小的沖擊角度與頭罩接觸，減少對頭罩的沖擊（理論沖擊角度不應超過20°）。落煤管整體設計為曲線型式，以達到有效控制煤流流速，避免因流速過快使粉塵從煤流中脫離。此外，還可減少緩沖設備的使用。落煤管的末端與下級皮帶呈一定角度，確保煤流速度與承載皮帶帶速在合理范圍內(nèi)。煤流以較小的沖擊角落入皮帶，實現(xiàn)物料的匯集，減少對下級皮帶的沖擊，同時減少粉塵的產(chǎn)生和皮帶跑偏現(xiàn)象的發(fā)生。

2.1 落煤管頭罩型式

傳統(tǒng)落煤管頭罩型式如圖2所示，頭部護罩主要承受煤流的沖擊，煤流與頭罩護板發(fā)生沖擊后，運動方向發(fā)生變化，由原來的水平運動轉(zhuǎn)換為垂直運動。頭部集料漏斗將分散下落的物料通過漏斗匯集。傳統(tǒng)落煤管頭罩物料經(jīng)皮帶平拋后，與頭罩護板的沖擊角度較大，對護板的磨損也較大，此外強烈的沖擊會引起粉塵的外溢，一部分粉塵直接從頭罩中溢出，另一部分粉塵在煤流誘導風的作用下隨煤流進入落煤管，形成大量的含塵氣流。

圖2 傳統(tǒng)落煤管頭罩

新型曲線落煤管頭罩形式如圖3所示，它的集流設計能在最大程度上減少頭罩處誘導氣流，減輕頭罩處的粉塵外溢現(xiàn)象。同時可降低煤流對頭罩的沖擊，減少襯板的磨損，可進一步減少因沖擊造成的護板積煤和堵煤現(xiàn)象，延長頭罩的使用壽命，降低維護和檢修成本。此外，將頭罩和漏斗一體化使其具有更好的集流效果，且能形成理想的物料流截面。

圖3

2.2 落煤管溜槽形式

傳統(tǒng)落煤管雖然結(jié)構(gòu)設計較為簡單，加工難度校低，生產(chǎn)成本也較低。但由于其結(jié)構(gòu)形式，從目前使用情況來看，存在以下缺陷：

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1)煤流與落煤管管壁沖擊較為嚴重。由于傳統(tǒng)落煤管的結(jié)構(gòu)形式使煤流在落煤管中的運行軌跡無法得到有效控制，加之下降的煤流沒有減速，下降速度較大，造成對落煤管管壁沖擊非常大，管壁磨損嚴重。

2)誘導氣流速度大，氣流粉塵含量高。煤流在進入落煤管的過程中會形成誘導風，且誘導風量隨著煤流量、煤流下落速度、下落高度的增大而增大。誘導風與煤流在落煤管中撞擊產(chǎn)生的粉塵形成含塵氣流。

3)垂直形式落煤管對下級皮帶沖擊較大，造成皮帶損傷較大?，F(xiàn)有傳統(tǒng)形式落煤管，煤流近似垂直下落，對皮帶沖擊很大。雖然目前很多落煤管下方加裝緩沖托管或緩沖床，但仍未能有效減少對皮帶的損傷，且緩沖托輥損壞也較頻繁。

4)不能有效控制煤流在落煤管中的軌跡，煤流落點不正造成下級皮帶跑偏現(xiàn)象發(fā)生。皮帶跑偏除了對皮帶本身造成損失外，還會降低輸送效率、增加能耗。

新型曲線落煤管的設計是通過建立彎曲平滑的煤流下降軌跡，使煤流以可控的下落速度沿落煤管溜槽向下滑動。由此可以減少煤流對溜槽的沖擊，并減少沖擊所產(chǎn)生的粉塵。因其本身具有緩沖減速的效果，可以減少緩沖設備的使用。確保匯聚的煤流以理想的軌跡和速度從溜槽出口進入下級皮帶，以較小的沖擊力卸載煤流，減少下級皮帶沖擊和跑偏。曲線落煤管形式見圖4（a）和圖4（b）。

圖4（a）

圖4（b）

曲線落煤管溜槽形式的特點：

1)通過空間結(jié)構(gòu)的合理設計，保證煤流和落煤管的沖擊夾角小于20°。

3)落煤管出口通過設計合理的弧度，保證煤流從落煤管轉(zhuǎn)移至皮帶時，煤流沿皮帶運行方向的分速度和皮帶的帶速在合理的范圍內(nèi)，減少其在垂直方向上的分速度，以減小煤流對皮帶的沖擊損傷。且保證煤流轉(zhuǎn)移的平穩(wěn)、順利，避免下級皮帶跑偏的問題發(fā)生。

3 無動力除塵導料槽

3.1 傳統(tǒng)導料槽形式粉塵產(chǎn)生原因

輸煤系統(tǒng)中粉塵污染有多方面的原因，其主要成因是上級皮帶與下級皮帶間存在高度差，當物料從上級皮帶落入下級皮帶時，由于物料與下級皮帶的沖擊，以及下落時產(chǎn)生的誘導風對物料的剪切作用，從而產(chǎn)生粉塵。具體形成原因如下：

1)煤流在落煤管下落過程中，由于煤流撞擊落料管，加之重力勢能逐漸減少，煤流在此過程中積聚較大的動能。煤流落至皮帶時，其中體積較小的煤?；蛎悍郾銜虼水a(chǎn)生較大的動力，從煤流中脫離，產(chǎn)生粉塵。

2)煤流通過落煤管落到下級皮帶的過程中會帶入大量的誘導空氣，誘導風量的大小受到多方面因素的影響，其中主要影響因素為落煤量、皮帶落差和落煤管的傾斜角度等。當誘導風進入導料槽內(nèi)部后，由于大量空氣聚集于此，便會產(chǎn)生一個局部的正壓區(qū)，含塵氣體由于正壓的作用會從導料槽頭、尾及兩側(cè)溢出。

3)含塵氣流會在誘導風以及皮帶上煤流的作用下，從導料槽出口以很高的速度噴出，大量粉塵會從導料槽的前端及兩側(cè)外溢，只有少量的細顆粒粉塵被除塵器收集。

傳統(tǒng)導料槽由于結(jié)構(gòu)形式及布置不合理，且密封性能較差。加之煤流下落過程中形成的含塵氣流壓力大、速度高，除塵器無法將粉塵完全除盡，工作效率低，從而造成大量粉塵外溢，污染嚴重。

3.2 無動力除塵導料槽的工作原理

無動力除塵導料槽則是根據(jù)空氣動力學的原理，首先通過配合曲線落煤管的使用，使煤流下落軌跡、下落速度和方向得到控制，減少煤流與落煤管和下級皮帶的沖擊，并最大限度的降低誘導風量及風速，從源頭上減少粉塵的產(chǎn)生。此外，通過在導料槽中加裝平衡回流管進行壓力平衡，使粉塵在落煤管和回流管中形成閉環(huán)回路，設備在運行過程中壓力實現(xiàn)平衡。無動力除塵導料槽在內(nèi)部設置多個濾塵室和擋塵簾，形成緩沖區(qū)，使含塵氣流的流速進一步降低，以吸附、過濾從導料槽內(nèi)溢出的含塵氣體。相關流程見圖5。系統(tǒng)還可根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇性加裝干霧除塵、煤塵分離等裝置，進一步優(yōu)化系統(tǒng)除塵效果。

圖5

3.3 無動力除塵導料槽的特點

1)無動力抑塵導料槽采用壓力平衡和閉環(huán)流通方式，降低導料槽內(nèi)粉塵空氣的壓力及粉塵濃度，使導料槽內(nèi)誘導風的壓力與外部空間壓力基本平衡，實現(xiàn)空氣粉塵的閉路良性循環(huán)，杜絕粉塵外溢。

2)設備設計有抑塵單元：該抑塵單元通過截面為多棱角形，具有較大的表面積，對一定粒徑的粉塵有較強的吸附能力，將粉塵吸附于表面上，被吸附的粉塵由于長時間的積集成塊、板結(jié)，當達到一定重量后自動脫落在傳送皮帶上，隨物料一起被運走。密集的抑塵單元不僅有吸附粉塵的功能，而且還具有衰減誘導風的功能。

3)設備設計有阻風擋簾：在各個抑塵單元之間安裝一組阻風簾，其主要功能是阻止誘導風在導料槽內(nèi)直線運動，不斷降低誘導風的風速，使誘導風出導料槽時風速降到理想的范疇。抑塵單元及阻風擋簾形式見圖6。

圖6 抑塵單元及阻風擋簾

無動力除塵技術無動力消耗，而布袋除塵、旋風除塵等系統(tǒng)均需要安裝風機，因此對于后續(xù)運行時沒有電量的消耗。同時系統(tǒng)自動運行，無需人工操作。其次，無動力除塵系統(tǒng)除前期投資外，后期維護成本較低，一般僅需對設備密封進行更換即可。且該系統(tǒng)的除塵效果更優(yōu)。無動力除塵與其他除塵形式性能對比見表1。

4 結(jié)論與展望

曲線落煤管與無動力除塵導料槽的綜合使用與目前傳統(tǒng)形式相比具有對落煤管沖擊、磨損小，不易造成堵煤、跑偏、皮帶磨損，能進一步有效減少作業(yè)場所粉塵的產(chǎn)生和外溢。同時該系統(tǒng)在使用過程中具有維護量小、成本低、使用時無其他能源消耗等諸多優(yōu)勢，值得推廣借鑒。在實際使用中，為了發(fā)揮該系統(tǒng)的特點，還需結(jié)合現(xiàn)場實際，針對皮帶間不同的落差高度模擬物料的下落曲線，合理布置落煤管位置和形式，并加強導料槽的密封能力，結(jié)合現(xiàn)場實際情況綜合考慮，以發(fā)揮該系統(tǒng)的最佳使用效果。

表1 無動力除塵與其他除塵形式性能對比