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华能北京热电厂输煤系统灰水分离式除尘器技术改造

摘 要: 本文通过对原输煤皮带系统灰水分离式除尘器的测绘、测试与分析研究，找到了其难以正常运行的原因并开展了针对性的改造工作。通过改造，取得了较好的吸尘除尘效果，系统阻力较低，喷咀喷淋均匀，液滴捕集效果好，风机不带水，整个除尘系统运行稳定，各项指标均达到国家标准要求。
关键词： 输煤系统 除尘器 除尘

无论采用何种运煤方式，一般燃煤火电厂的卸煤点距离制粉系统都比较远，因此需要一套输煤系统将入厂煤输送到炉前。在输煤过程中，由于落煤点所必须的高度差以及碎煤机等设备的存在，容易扬起大量的煤尘。这种煤尘不仅会对现场人员的身心健康造成严重危害，而且当它积集到一定程度时，还容易引发火灾甚至爆炸，这种情况在来煤挥发份较高时尤为严重。为了解决输煤皮带系统的扬尘问题，目前燃煤火电厂的常规作法是在落煤点等粉尘大量扬起的地方设置除尘器，华能北京热电厂即沿着其输煤皮带系统依次布置了26台DWS-02A型灰水分离式除尘器。但由于原除尘器在设计及安装上均存在一定缺陷，致使其经常难以正常运行。杭州华新机电工程有限公司通过对原输煤皮带系统灰水分离式除尘器的测绘、测试与分析研究，找到了其难以正常运行的原因并开展了针对性的改造工作。通过改造，在沿输煤皮带其它投水抑尘点基本不投水的情况下，取得了26条皮带皮带廊粉尘浓度在3.06-8.16mg/m3的范围内，均小于国家标准10mg/m3、风机出口粉尘浓度在9.86-21.08mg/m3的范围内，远小于国家标准150 mg/m3的治理效果。
1 1 原除尘器存在的主要问题及原因分析
1.1 1.1 原除尘器简介

图1 DWS-02A型
灰水分离式除尘器示意图

1. 风箱 2. 除尘器本体 3. 下降水管 4. 电磁阀 5. 流量计 6. 进水管 7. 水箱 8. 清灰孔9. 支架 10. 排灰电机 11. 螺旋给料机 12. 星形给料器 13. 水泵电机 14. 水泵 15. 排水管 16. 水过滤器 17. 旁通阀 18. 中心排气管(内筒) 19. 除尘器入口 20. 卧式波纹板 21.风机电机22. 风机

华能北京热电厂原采用的DWS-02A型灰水分离式除尘器示意图如图1所示，它是一种将旋风除尘和喷淋除尘相结合的湿式旋风除尘器。从皮带上方抽来的含尘气流从除尘器入口切向进入除尘器的干式旋风除尘部分并在外筒与中心排气管(内筒)之间旋转下行，通过作用在粉尘上的惯性离心力，将较大的粉尘分离出去，较小的粉尘随气流掉头进入处于旋风筒中心的内筒形成内旋流上行，经内筒出口的风帽、两个180°弯转和一个270°弯转后进入水平流道变成水平流动，再经过一次90°弯转后进入风箱，经风机、出风管排入大气。为了提高除尘效率，在内筒中心位置布置了一个雾化喷嘴(一次喷淋)，对进入内筒的含尘气流进行喷淋洗涤并在内筒内壁上形成水膜除尘；同时还在水平流道的前端沿气流方向设计了大流量水平喷雾除尘(二次喷淋)，在水平流道的中部设计安装了卧式波纹板，由于波纹板与二次喷淋喷嘴之间距离较近，事实上二次喷淋还对波纹板进行了冲击清洗。
系统设计除尘效率97%。
旋风除尘分离下来的粉尘沿旋风筒壁下行至灰斗，和一次喷淋下来的灰水混合后经螺旋给料机、星形给料器排至下层皮带或灰沟。一次喷淋用水从电厂工业水管中直接拉来，未经过水泵增压；二次喷淋喷嘴与水箱、水泵、水管路组成闭路水循环系统，水箱中水经水泵增压后打到喷嘴进行水平喷淋，经波纹板收集后沿坡道汇集到下降水管中返回水箱。
1.2 1.2 原除尘器存在的主要问题及原因分析
在使用过程中，原除尘器主要暴露出了如下问题：
(1) 除尘器阻力很大，吸尘效果不明显
从前面的简介中可以看出，原除尘器在一次喷雾后、二次喷雾前有两个180°弯转和一个270°弯转，并且由于设计原因造成局部弯转通道狭窄，部分地方风速过高，形成类似于文丘里管喉口结构，导致含尘气流流动阻力很大，特别是当运行一段时间后、一些弯转点出现积灰现象时这一情况更加突出；另外在二次喷雾后，设置了波纹板作为惯性除湿板，原设计中可能是为了提高除湿效果考虑，所选波纹板表面存在很多褶皱，当流体流经波纹板及其表面褶皱时，易形成局部回流区，导致局部阻力损失很大；而且波纹板是卧式安装，侧面出口，风机装在除尘器的顶部，在除尘器出口和风机进口之间用一长方形风箱直接连接，气流经二个90°弯头后方能进入风机，也产生很大阻力。改造前的现场测试结果表明：当除尘器进口风管风速为7m/s时，仅此部分阻力即高达1500Pa（风机全开）。也正是由于系统阻力过大，导致风机运行参数严重偏离设计值，运行风量大幅度下降，远小于13.5m/s的设计风管风速。如仅更换风机来配合除尘器，由于系统阻力与系统运行风速的平方成正比，则为了达到设计风管风速，仅此部分需要的压降就达5579Pa。
在上述风机运行状况下，吸尘点基本建立不起负压，吸尘效果不明显也就是理所当然的了。在条件比较恶劣的碎煤机后皮带廊上，实测粉尘浓度高达137.7mg/m3，超过国家标准10mg/m3十二倍多，整个皮带廊内一片漆黑，巡检工人根本无法进入。
(2) 整体除尘效果不好
由于设在内筒中心的一次喷淋用的喷咀是单层布置，并且所选喷嘴雾化形状为空心锥形，雾化效果一般，它所喷出的液体，在半米多直径的内筒中液滴较粗且分布不是很均匀，导致有的位置喷不到液滴，气液接触面较小，难以对含尘气体进行有效清洗；一次喷淋供水采用电厂工业水，没经过现场水泵增压，由于众多原因使压头和水量经常难以保证，也导致雾化效果不好甚至没水，影响除尘效果；二次喷淋的喷嘴设在上方侧位，由于设计安装等原因喷淋面并不能将气体流通截面完全覆盖，导致含尘气体与液滴也未能充分接触，影响整体除尘效果。
(3) 除尘器出口气体带水，风机叶片带灰震动
如图1所示，在除尘器上方设置的卧式波纹板是一种惯性分离器，用以代替普通中心喷雾旋风除尘器的捕滴器（气水分离器、除雾器）。但在设计中卧式波纹板的位置距离二次喷淋喷嘴很近，导致二次喷淋的液滴直接冲击波纹板，事实上使二次喷淋喷嘴担负了两项功能，一方面它是除尘喷嘴，另一方面它又是清洗喷嘴，担负了对捕滴器进行清洗的任务。一般地说，对于上煤皮带系统这一类间断运行的湿式除尘器，为了保证捕滴器的除湿效果，防止风机带水、积灰、振动等现象的发生，选择捕滴器的清洗喷嘴在风机运行间隙对捕滴器进行清洗是一种比较好的方案，原设计中将二次喷淋喷嘴的运行过程与风机同步，并将其对波纹板进行直接冲击式清洗的设计导致除湿效果难以保证，致使风机带水、风机叶片积灰，破坏叶轮动平衡，引起风机强烈振动，噪声加大，影响运行安全。另外风机机壳内也粘有湿粉尘，使机壳的形线被破坏，气流不能按阿基米德螺线流出，致使风机效率下降；在寒冷的冬天还会造成结露乃至结冰，增加了设备维修量。
(4) 除尘器控制逻辑不合理
系统启动时，风机、水泵、排灰装置同时启动，停止时先停水泵、排灰装置，再停风机，容易导致风机吸入的粉尘被再次排入空气中，形成二次污染，同时也易造成喷嘴堵塞及下部排灰装置卡死。
除尘器风机、水泵、排灰装置全部启动后系统方取入启动信号，取入启动信号后方能执行停止信号。若风机、水泵、排灰装置中任一装置未能成功启动就会导致无启动信号返回，不能发出停止信号，已经运行的设备也不能通过远程控制停止。
(5) 除尘污水循环使用，喷嘴容易被堵塞；螺旋给料机与星形给料器间采用活络三角带传动，皮带易打滑造成螺旋给料机等堵塞。
综上所述，原湿式除尘器由于喷咀喷淋不均、系统阻力大、液滴捕集器除湿效果不佳，致使吸尘、除尘效果不明显，液沫夹带严重，风机振动大，另外在电气控制设计方面也存在一些设计缺陷，导致系统难以正常运行。
2 2       改造方案
针对上述问题，经现场测试、分析研究后，提出了原灰水分离式除尘器系统的改造方案(改造后的灰水分离式除尘器示意图如图2所示)，主要有：

图2 改造后的灰水分离式除尘器示意图

 1.防护罩2.风机电机3.风机机架4.风帽5.出风管6.风门(1) 7.抱箍8.清洗喷嘴9.电磁阀10.除尘塔 11.过滤网 12.风门(2) 13.观察孔 14.水管系统 15.水过滤器 16.水箱17.排灰电机 18.螺旋给料机 19.链轮20.链条21.水泵22.星形给料器

    (1) 改造除尘器结构及风机布置
 在原内筒的基础上，把湿式除尘部分上段改为塔器状，除尘塔内部设置除湿效率可达99%的专用除湿板及其清洗喷嘴，清洗喷嘴按照程控设计在每次除尘系统运行结束后对除湿板进行清洗，这样既保证了良好的除湿效果、风机不带水，又防止了除湿板长期运行积灰造成的阻力增大。除尘塔下部通过锥体与内筒连接，为降低流动阻力，锥体内设置了导流板。这样设计消除了除尘器内的多次气流弯转，使气流流动顺畅，流动阻力大幅度降低。
将风机移至屋顶消除了风箱连接造成的压损，通过一钢底座用抱箍固定在土建大梁上。除尘器出口经过弯头和一定的直管后与风机入口连接，保证进风机气流的均匀稳定。风机出口改为方圆节加风帽，电动机加防雨罩，同时对风机采取减振措施，减小风机运行产生的噪音及振动。
(2) 改善喷淋系统
将除尘器内筒的喷淋喷咀从一层增加为两层，喷淋喷嘴的供水方式由工业水直接供水改为水泵供水以保证水压和流量，重新布置内筒喷嘴使其易于更换；喷淋和清洗喷嘴均选用雾化效果良好的实心锥形雾化喷嘴（喷嘴性能参数见表1），保证了喷淋清洗效果。

表1 喷嘴性能参数
喷嘴雾化类型
压力
流量
雾化角
雾化液滴直径
实心锥形
3巴
330公斤/小时
>90°
约1.1毫米

为防止水箱中水位过低损坏水泵，在水箱中加装了水位计，在水位过低时自动进水补充，保证了水泵的正常稳定运行。
(3) 全面更换除尘器控制系统
除尘器控制逻辑改造为：在系统启动时先启动水泵、排灰装置，10秒再启动风机；系统停止时先停风机，再停水泵、排灰装置，避免造成二次污染，保证运行安全。
除尘器控制逻辑还满足若风机、水泵、排灰装置中任一装置未能启动或无启动信号返回，则控制室收到系统未正常启动信号，同时控制室也能发出停止信号，停止各装置运行，保证设备安全。
(4) 排料螺旋给料机和星形给料器之间的传动方式改为链传动，同时排料管改为垂直向下，防止煤粉堵塞。
3 3       改造结果
改造后的除尘系统现场运行和测试结果表明：整个除尘系统运转稳定可靠，风机不带水、不振动，吸尘、除尘效果良好，首先改造的碎煤机后B路皮带除尘器的实测皮带廊粉尘浓度为4.2mg/m3，小于国家标准10mg/m3，风机出口粉尘浓度为16.82mg/m3，远小于国家标准150mg/m3。在第一台改造成功后，又进行了其余25台除尘器的改造工作，改造后的测试结果见表2。

表2 灰水分离式除尘器测试结果
序号
除尘器
名称
位置
皮带廊
粉尘浓度
(mg/m3)
皮带廊粉尘浓度
国家标准
(mg/m3)
风机出口
粉尘浓度
(mg/m3)
风机出口粉尘浓度国家标准
(mg/m3)
1
FCC1
皮带给煤机
6.12
10
17.68
150
2
FCC2
6.46
20.40
3
1ZCC1
#1转运站
5.78
13.94
4
1ZCC2
6.12
16.66
5
2ZCC3
#2转运站(2P头部)
3.06
13.26
6
2ZCC1
#2转运站(3P东侧)
4.08
14.96
7
2ZCC2
8.16
21.08
8
3ZCC1
#3转运站
5.44
17.34
9
3ZCC2
6.46
15.98
10
4ZCC1
#4转运站
4.42
18.02
11
4ZCC2
4.08
20.74
12
CSCC1
#5转运站
4.08
10.54
13
CSCC2
3.74
9.86
14
CXCC1
7P中部除尘器小间
5.10
12.92
15
CXCC2
5.44
11.90
16
CXCC3
6.46
14.62
17
6ZCC1
#6转运站
7.14
13.26
18
6ZCC2
8.16
12.24
19
SCC1
碎煤机平台
5.78
17.68
20
SCC2
4.76
15.64
21
7ZCC1
#7转运站
7.14
16.32
22
7ZCC2
6.46
20.06
23
HFCC1
10Q挡板间
3.74
15.30
24
HFCC2
4.08
17.34
25
HFCC3
主机房顶
4.42
15.98
26
HFCC4
5.10
18.36

测试状态：沿皮带其它抑尘设备基本不投水。
4 4       结束语
通过对灰水分离式除尘器等输煤皮带沿线除尘设备的改造工作，使华能北京热电厂输煤系统的粉尘治理状况得到根本性的转变，尘肺病等职业病的防治工作也得到强有力的技术保障，也为华能北京热电厂于2001年顺利实现创一流电厂的目标奠定了坚实的基础。

的状态点及其性质参数；熟练应用物料衡段？它们有什么特征？
15、什么叫临界含水量和平衡含水三、例题N；f)如将含500kg/h干空气的湿空气预热至117oC，求所需热量Ｑ。m2在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg，经干燥后物料的含水量由40%减至5%（均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度H1为0.00kg水•kg-1绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039kg水•kg-1绝干气，假定干燥过程中无物料损失，试求：
（1） 水分蒸发是qm,W （kg水•h-1）；
（2） 空气消耗qm,L（kg绝干气•h-1）；
原湿空气消耗量qm,L’（kg原空气•h-1）；
（3）干燥产品量qm,G2（kg•h-1）。

解：
qmG1=1000kg/h, w1=40℃, w2=5%
H1=0.009, H2=0.039
qmGC=qmG1(1-w1)=1000(1-0.4)=600kg/h
x1=0.4/0.6=0.67, x2=5/95=0.053
①qmw=qmGC(x1-x2)=600(0.67-0.053)=368.6kg/h
②qmL(H2-H1)=qmw

qmL’=qmL(1+H1)=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/h
③qmGC=qmG2(1-w2)
∴