發(fā)電廠鍋爐爐渣濕放揚塵的分析和改進(jìn)

王 飛 宮衛(wèi)平 宋傳忠

勝利石油管理局有限公司勝利發(fā)電廠 山東東營 257000

1 現(xiàn)場情況

2018年11月至2019年5月間,某發(fā)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(tǒng)在進(jìn)行爐渣濕放過程中頻繁發(fā)生揚塵問題,造成環(huán)境污染,同時也影響操作人員的身體健康,以及企業(yè)的發(fā)展。在國家對安全環(huán)保政策制度嚴(yán)苛的情況下,該發(fā)電廠放渣過程中揚塵的治理已經(jīng)刻不容緩。

GBZ 2.1—2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 化學(xué)有害因素》規(guī)定,15 min內(nèi)空氣中矽塵濃度短時暴露閾值為1 mg/m3,8 h時間加權(quán)濃度平均值閾值為0.7 mg/m3,對于粉塵,以超限倍數(shù)判定是否超標(biāo),煤塵、煤矽塵最大超限倍數(shù)不大于2。簡言之,短時間空氣中矽塵濃度在2 mg/m3以下達(dá)標(biāo)。筆者對該發(fā)電廠鍋爐爐渣濕放揚塵問題進(jìn)行分析和改進(jìn)。

2 系統(tǒng)情況

該發(fā)電廠一期2×220 MW、二期2×300 MW機組除渣系統(tǒng)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(shè)一套全新的干式除渣系統(tǒng),進(jìn)行風(fēng)冷干式排渣機+碎渣機+渣倉+汽車外運系統(tǒng)+其它必需系統(tǒng)的改造。根據(jù)現(xiàn)場實際空間布置情況,1號爐經(jīng)兩級鋼帶除渣機直接輸送至渣倉內(nèi),2號至4號爐經(jīng)一級鋼帶直接輸送至渣倉內(nèi)。

爐底渣經(jīng)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(fēng)將含有大量熱量的高溫?zé)嵩鋮s為可以直接儲存和運輸?shù)睦湓?。冷卻用空氣利用鍋爐爐膛負(fù)壓作用,從風(fēng)冷干式排渣機外部吸入干式排渣機內(nèi)部。被渣加熱后的熱空氣直接進(jìn)入爐膛,將熱渣從鍋爐中帶走的熱量再帶回爐膛內(nèi),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(jīng)過碎渣機破碎后,進(jìn)入渣倉貯存。渣倉內(nèi)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(jīng)風(fēng)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(tǒng)收集到的大顆粒飛灰也經(jīng)正壓氣力輸灰系統(tǒng)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(tǒng)有濕放渣和干放渣兩種方式。在濕放渣方式下,原設(shè)計的容積式旋轉(zhuǎn)給料閥可能發(fā)生卡堵,落渣管頻繁堵塞,部分電廠已將容積式旋轉(zhuǎn)給料閥拆除。進(jìn)行充分調(diào)研后,為避免容積式旋轉(zhuǎn)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(shè)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(yīng)用于罐車,爐渣濕放應(yīng)用于槽車。

雙軸攪拌機通過兩個旋轉(zhuǎn)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(shè)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(xiàn)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(zhuǎn)速、葉輪尺寸、葉輪磨損程度、葉輪數(shù)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(shù)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(biāo)為渣水比,即渣水混合物中渣量與水量的質(zhì)量比值。經(jīng)過試驗測算,當(dāng)渣水比小于7.6時,不易產(chǎn)生揚塵現(xiàn)象。為了調(diào)查揚塵產(chǎn)生的原因,進(jìn)行多組試驗。

因雙軸攪拌機內(nèi)的工作環(huán)境較差,導(dǎo)致噴嘴不同程度堵塞。試驗一將雙軸攪拌機內(nèi)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(jié)果如表1和圖1所示。

圖1 試驗一結(jié)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(dǎo)致水量不足。

分析試驗一兩組試驗,結(jié)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(qū)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(xiàn)象。試驗二結(jié)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(dǎo)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(jié)果

表2 試驗二結(jié)果

圖2 試驗二結(jié)果

由試驗一結(jié)果可知,當(dāng)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(guān)系。雙軸攪拌機現(xiàn)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(jìn)行試驗,每封堵一個噴嘴進(jìn)行三次試驗,測量渣水比。試驗三結(jié)果見表3。

表3 試驗三結(jié)果

通過試驗三可以看出,12個噴嘴中封堵1個,就有可能導(dǎo)致渣水比過大,進(jìn)而引起揚塵。噴嘴富余量不足,使渣水混合效果差,導(dǎo)致?lián)P塵。

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

表4 試驗四結(jié)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(dǎo)致渣水比大于7.6,進(jìn)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(jié)果

綜合試驗結(jié)果,確認(rèn)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(jìn)思路

針對發(fā)現(xiàn)的問題根源,結(jié)合實際放渣流程,提出相應(yīng)的改進(jìn)思路。

(1) 對雙軸攪拌機噴淋裝置進(jìn)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(qū)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(qū)和捕集區(qū)、箱體內(nèi)料位差異化,對各噴淋支管噴嘴數(shù)量、噴嘴角度進(jìn)行差異化設(shè)計,在一定水量的前提下實現(xiàn)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(fēng)量。

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

(5) 優(yōu)化系統(tǒng)布置,完善重要監(jiān)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(jìn)思路總的技術(shù)路線是伴濕+捕集+帆布兜底+干放渣吸塵風(fēng)機在濕放渣工藝中的應(yīng)用。

5 優(yōu)化改進(jìn)

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(shù)量進(jìn)行對比試驗,結(jié)果見表5。

由試驗結(jié)果可以明顯看出,選用最大通流直徑為4 mm的噴嘴,連續(xù)工作14 d未發(fā)生堵塞現(xiàn)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(shù),提高渣水混合均勻程度。

表5 噴嘴對比試驗結(jié)果

5.2 噴嘴數(shù)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(nèi)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(jù)噴嘴數(shù)量與噴嘴布置有效距離、有效水霧直徑的關(guān)系,保留一定裕度,使水霧覆蓋率達(dá)到100%,計算并向上取整得到長度方向上需布置噴嘴數(shù)量為6個,寬度方向上需布置噴嘴數(shù)量為4個,則共需布置噴嘴數(shù)量為24個。

5.3 實施措施

(1) 增加噴淋支管數(shù)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(shù)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(yōu)化為50W型,合理增大噴嘴出力,結(jié)合伴濕區(qū)與捕集區(qū)特點優(yōu)化噴嘴布置方式。

(5) 結(jié)合伴濕區(qū)與捕集區(qū)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(qū)。

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

(7) 對不同噴淋支管噴嘴的安裝角度進(jìn)行差異化安裝,對攪拌機噴嘴上部空間揚塵進(jìn)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(fēng)量。

(9) 將干放渣的吸塵風(fēng)機應(yīng)用于濕放渣工藝,吸塵風(fēng)機入口與攪拌機排渣口上部箱體連接,通過吸塵風(fēng)機在攪拌機箱體內(nèi)建立負(fù)壓區(qū),抽吸箱體內(nèi)水蒸汽和逃逸的揚塵,用于冷卻鋼帶上的高溫爐渣?；以鋮s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(fēng)量的漏入。在吸塵風(fēng)機的作用下,柔性排渣口再度收縮。由此,可以根據(jù)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(chǎn)生的水蒸汽被包裹在帆布兜內(nèi)。

(10) 在噴淋水濾網(wǎng)前、增壓泵后安裝就地壓力表,在實現(xiàn)對參數(shù)有效監(jiān)控的同時,判斷、檢查、清理濾網(wǎng)堵塞情況。

(11) 在并列運行的兩臺管道增壓泵出口設(shè)置逆止閥,優(yōu)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(zhuǎn)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(lián)箱連接,一個聯(lián)箱接開式水,另一個聯(lián)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(yán)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(yù)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(jìn)效果

優(yōu)化改進(jìn)后,對濕渣排放現(xiàn)場矽塵濃度進(jìn)行測量記錄,7月匯總見表6,8月匯總見表7。

表6 優(yōu)化改進(jìn)后7月現(xiàn)場矽塵濃度

表7 優(yōu)化改進(jìn)后8月現(xiàn)場矽塵濃度

由匯總可以看出,優(yōu)化該機后放渣過程中矽塵濃度均小于2 mg/m3,符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn),即未發(fā)生濕放渣揚塵事件。

7 結(jié)束語

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

通過優(yōu)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(jìn),利用現(xiàn)有資源和條件,基于技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)優(yōu)化,用少量投入獲得較好效果,實現(xiàn)了經(jīng)濟效益最大化。