浅谈燃煤发电厂输煤系统的水幕除尘

      摘要：对不同的煤种加入不同的水量，可以有效地消除运输中煤粉对环境
的污染。文章介绍了燃煤发电厂输煤系统利用水幕、水喷雾降尘的原理和具体方
法，并提出了煤的外在水分极限值可遏制粉尘产生的见解。

      关键词：输煤系统；水幕除尘；外在水分；环境保护

      1 问题的提出

      在燃煤发电厂，一般煤是由列车运到生产现场，经卸车、转运、破碎等环
节，最终将煤运至原煤仓供锅炉燃烧，其倒运路径如图1 所示。

      从图1 中可以看出，原煤从入厂到锅炉原煤仓供锅炉燃烧，要经过十多个
环节，若不采取有效措施，每个环节都会产生大量粉尘，不仅污染环境，而且危
害人身健康，特别是粉尘粒度在0.5 ～5 μm 时，容易穿透人的肺叶，对人体伤
害极大，对此，国家有关标准规定，在燃煤发电厂的输煤系统中，各工作间的空
气含尘浓度值≤10 mg/m3. 因此，如何根据原煤输送工艺流程，通过合理配置降、
除尘装置，达到遏制和消除粉尘是输煤系统中亟待解决的问题。多年实践证明，
水幕除尘是一个经济有效的方法。

      2 理论分析与试验

      煤是一种可燃的有机质岩石，煤中水分按存在状态可分为外在水分（表面
水分）、内在水分（固有水分）和化合水分（结晶水分）。外在水分存在于煤的
表面和煤粒缝隙间，它与外界条件（如温度、湿度等）变化有密切关系；内在水
分存在于煤粒的毛细孔中；化合水分是与煤中的矿物质相结合的水分。后两种水
分在室温条件下不会发生变化，要在较高温度下才能分解逸出。因此，在除尘问
题上，只针对外在水分进行研究就可以了。

      煤中外在水分的多少，对输煤系统和锅炉的燃烧都有一定的影响。当水
分少时，煤较为干燥，在运输及破碎过程中，将会产生大量粉尘，污染环境，对
人身造成危害，能源也受到损失。当水分多时，增加了煤的粘度，会出现以下问
题：在运输过程中落煤筒将产生粘着或堵塞现象；碎煤机破碎困难，负荷增大；
煤的实际计量值偏差大；磨煤机的出力减少；在向锅炉供煤过程中产生断流现象
；对燃烧情况造成一定影响。因此，如何控制煤的外在水分量是问题的关键。

      经过反复试验与分析，认为：煤在倒运过程中，外在水分的理想值是达到
极限值时，既能有效地遏制粉尘，又不会给后道工序带来不利影响。不同的煤种，
其外在水分是不同的，加水量要随之而变，具体煤种及相关的外在极限水分见表
1.

      3 加水部位与水量计算

      3.1 加水部位

      a.翻车前加水在运煤列车车箱未进入翻车机前，对停在轨道上的列车车箱
内的原煤进行加水，通过加水的时间，控制水分渗入煤层的情况，作为源头遏尘。


      b.翻车中加水翻车机作为卸煤的主要设备，也是原煤进厂的第一道环节，
在卸车时将产生大量的粉尘，尤其是外在水分含量较低的煤，粉尘更为严重，如
包头、山西的部分煤种就是如此。通过翻车机翻车向煤中加入适量水分，让水和
煤在翻卸过程中均匀结合，使煤的表面达到湿润，一方面遏制了现场的粉尘，另
一方面也为下道工序奠定了良好的基础。这是输煤系统中的头道工序，是整个系
统中降、除尘的关键。

      c.给煤设备及转运处加水尽管以上两道工序均进行了加水，由于煤体集中，
时间较短，又受水量所限，一方面煤和水的掺配是不均匀的，另一方面也达不到
煤的外在水分的极限值。因此，在整个原煤输送过程中，还要根据煤种、煤量及
其外在水分的多少，在容易产生粉尘的地方（给煤设备及煤的转运处）进一步加
水，使之达到其外在水分的极限值。

      3.2 加水方式及水量计算

      3.2.1 水幕加水

      水幕加水是利用特殊设计的专用喷头，在运煤系统的关键部位，形成水幕
帘或喷水旋涡，根据胶带输送机上煤的当前运量、煤种的外在水分及其极限值等
相关参数，计算出喷头的加水量。利用电气控制或自动控制，通过合理组合，确
定整个系统自开始至最终煤仓各区段的加水量。

      3.2.2 喷雾加水

      其形式与水幕加水基本相同，它主要是形成小面积的水雾，通过微小水滴
与空气中的粉尘颗粒结合，消除粉尘。

      3.2.3 加水量计算实例

      若测得某原煤的外在水分为4%，其外在水分的极限值为12% 时，胶带输送
机的当前运量为800 t/h ，喷嘴流量在0.5 MPa 时为20 t/h，加水量Q 、喷头数
量n 计算如下：

      Q=800 ×（12%-4%）=64 t/h 

      n=64÷20=3.2个

      通过以上计算可知，若不考虑水分损失，在运煤系统中设置3 ～4 个喷头
就可以了。考虑到翻车机瞬间翻车时，煤量和粉尘都较大，可将加水总量合理调
配，在翻车机处投入较多的水量和喷头数量是非常必要的。

      4 需注意的问题

      a.电动门的选取在整个系统中，最关键的部件为电动门及水幕喷头（旋转
子喷头），其中电动门为长期开关执行元件，是整个系统中能否正常投入运行的
决定因素，通过在陡河发电厂及华能北京热电厂输煤系统水幕除尘上的应用表明，
进口产品质量较好，虽然一次投资成本较高，但可以保证10万次无故障，运行可
靠，免于维护，是较为合理的选择。

      b.水幕喷头的选择水幕喷头有2 种，一种是水幕幕帘式喷头，主要应用在
给煤设备、煤场出入口设备等粉尘较大的地方；另一种为旋转子喷头，主要应用
在胶带机设备上。这2 种喷头都是经过特殊设计的专用喷头。

      c.水幕喷头与水雾喷头的合理搭配应用水幕喷头的主要目的是增加原煤中
外在水分的含量，一般加水量较大（＞20 t/h）。水雾喷头主要是降低悬浮在空
气中的粉尘颗粒，一般加水量较小（＜5 t/h ）。

      d.胶带机回程冲洗与水幕除尘的搭配胶带回程冲洗的主要目的是消除胶带
机停机后存留在胶带上的煤粉，避免在胶带机再次启动时，产生粉尘。

      e.水幕除尘与风机布袋除尘的搭配在落差比较大的设备上或者在碎煤机等
形成较大正压的设备上，应该采用风机布袋除尘方式。

      f.水幕除尘的自动联锁控制方式在已经具备输煤系统集控或者程控的系统
中，可以直接将电动门的控制引入PLC 系统，形成自动程序控制，通过选择程序，
完成不同煤种加水量不同的功能。在没有集控的情况下，可以将胶带的启动信号
直接与水幕除尘的电动门进行联锁，依靠电动门前的手动隔断门人工选择加水的
级数及加水量，同样可以实现自动启动加水的功能。

      5 应用效果

      水幕除尘系统已在陡河发电厂及华能北京热电厂输煤系统投入运行，效果
显著。陡河发电厂的燃煤主要是山西煤，煤的外在水分约为4%，通过水幕除尘系
统可以将原煤的外在水分增加至极限值（8%～12% ），有效地遏制了粉尘，在输
煤系统的任何部位均能达到国家规定的粉尘浓度标准。华能北京热电厂的燃煤主
要是神华煤，外在水分较低，粉尘较大，经过水幕降尘及风机除尘双套设备，同
样达到了国家规定的标准。两个电厂的输煤系统还达到了国家一流火力发电厂的
环境标准要求。