火电厂煤尘污染防治主要措施研究

摘要：文章通过对火电项目煤尘产生源的分析，根据北方地区社会、经济、环境现状，提出电厂储煤场及输煤系统煤尘的主要防治措施，从而为北方经济欠发达地区火电厂的煤尘污染防治提供一些参考依据，促进环境质量的改善。

关键词：火电厂；煤尘污染；防治；措施

中图分类号：X701.2　文献标识码：A　文章编号：1007-0370(2011)05-0090-03

引言

我国是一个以煤炭为主要能源的大国，约80％的电力来自于煤炭的燃烧，火电行业是我国燃煤最多的行业。电厂燃煤造成的煤烟型污染使我国许多城市的大气环境质量难以满足空气质量标准，而二氧化硫的大量排放又导致酸雨的产生。统计数据表明。我国燃煤电厂每年二氧化硫的排放量约占全国二氧化硫排放量的50％。

近年来，国家不断调整和完善火电行业的环境政策和产业政策，各地环保人员也在火电项目建设过程中。对火电项目的选址、二氧化硫与烟尘的污染防治以及政策符合性等方面进行了科学分析评价，但火电厂煤尘污染的防治却未引起足够的重视，导致目前许多已建或在建火电厂的煤场仍然没有采取相应的防护措施，或者偷工减料地作一些表面工程，从而对周围环境造成污染。煤尘造成的污染通过肉眼可直接感受到，很容易引起环境污染纠纷，因此在火电项目建设过程中，加强煤尘污染防治的分析、研究具有重要的意义。

1　火电厂煤尘污染源分析

火电厂的煤尘污染主要来源于露天储煤场和输煤系统产生的煤尘污染。其中露天储煤场煤尘污染来源主要包括煤炭装卸过程中造成的煤尘污染、储煤过程中煤炭在风力作用下形成的煤尘污染、煤炭运输机动车辆在运输过程中造成的道路遗撒污染。研究表明，露天储煤场煤尘在装卸过程中的产污系数3.53-6.41千克，吨煤，堆存过程中的产污系数1.48～2.02千克，吨煤。输煤系统的煤尘污染主要来源于输送系统和煤流转运点。

2　火电厂煤尘污染防治

2.1　储煤场煤尘污染防治

我国目前应用于此类堆场的粉尘治理措施主要有洒水增湿、表面结壳剂、湿润剂等，但都存在一定的局限性。不能有效解决煤场的污染问题，见表1。西方发达国家通过对挡风网二十多年的研究与实践，有针对性地提出并实施了露天储煤场洒水抑尘和设置防风障减尘的防起尘措施。提出了挡风网(墙)的一系列设计参数，并且应用于露天储煤场的防尘抑尘工程，取得了良好的抑尘效果。

2.1.1　挡风网(墙)的防尘机理料堆起尘分为两大类：一类是料-堆场表面的静态起尘；另一类是在堆取料等过程中的动态起尘。前者主要与物料表面含水率、环境风速等关系密切，后者主要与作业落差，装卸强度等相关联。

对于散料堆场，只有外界风速达到一定强度，该风力使料堆表面颗粒产生的向上迁移的动力足以克服颗粒自身重力和颗粒之间的摩擦力以及其他阻碍颗粒迁移的外力时，颗粒就离开堆垛表面而扬起。此时的风速就称为起动风速。

根据露天料堆粉尘扩散规律的试验研究。料堆起尘量与风速之间的关系为：

Q=(v-v₀)ⁿ

式中：Q——料堆起尘量；

V—一风速；

V₀——起尘风速；

A——与粉尘粒度分布有关的系数；

N——指数(n>1.2)。

从上式可以看出料堆起尘量Q与风速差(V-V₀)的高次方成正比。对不同地区环境的煤堆来说，2.7

大量实验结果说明，挡风网(墙)之所以能大量降低露天煤堆起尘量的机理关键是降低来流风的风速；最大限度地损失来流风的动能；避免来流风的明显涡流。减少风的湍流度。

风通过挡风网(墙)时，不能采取堵截的办法把风引向上方，应该让一部分气流经挡风网(墙)进入庇护区，一部分气流经挡风网(墙)进入庇护区，这样风的动能损失最大，挡风网后的煤堆起尘量最小。试验结果是实体防风墙减尘效果较差，具有最适透风墙系数的防风网减尘效果最好。例如当使用v>V0的某一风速时，无任何风障时，煤堆起尘量为100％，设挡风墙起尘量仍有10％，而设挡风网时起尘量只有0.5％。此试验结果说明仅仅降低风速。不损失风的动能。也不能最大限度地减少煤堆起尘。

根据空气动力学原理，当风通过由“挡风抑尘板”组成的“挡风抑尘墙”时，墙后面出现分离和附着两种现象，形成上、下干扰气流，降低来流风的风速，极大的损失来流风的动能；减少风的湍流度，消除来流风的涡流；降低煤堆表面的剪切应力和压力。从而减少煤堆起尘率。一般认为，在挡风板顶部出现空气流的分离现象，分离点和附着点之间的区域称为分离区，这段长度称为尾流区的特征长度或有效遮蔽距离。“挡风抑尘墙”的抑尘效果或屏蔽作用取决于挡风板尾流区的特征长度和风速。

在近地层由于气象、地形及堆场物料等因素的影响，堆场风具有阵发性,易形成漩涡风。使煤堆起尘量增加。试验证实，挡风网(墙)对较大地漩涡风有破碎作用。减小风的脉动速度，从而减少煤堆起尘。就挡风网而言，双层挡风网的脉动速度降低的程度更大。

2.1.2　挡风网(墙)的材质、设计及安装结构挡风网有的为木栅网、不锈钢网、钢板网、尼龙编织网、聚酯编织网、高密度聚乙烯网、聚乙烯同乙烯一醋酸聚乙烯酯共聚物(简称EVA树酯)混合加工挤出网等。就目前来说，高密度聚乙烯同EVA树酯混合成型的挡风网比较好，多使用在煤堆防尘工程上。

但挡风网网孔易产生堵塞现象，因此经过改进后发展产生了挡风抑尘墙。挡风抑尘墙一般选用高分子无机非金属复合材料。复合材料a-W密度小、强度和刚度高、抗疲劳、抗损伤、耐腐蚀、抗锈蚀、电绝缘、可着色、使用寿命长(合理设计和制造的复合材料寿命可超过25年)等一系列优异性能，同时具有工艺性优良，可一次成型的特点，适用温度80℃～-40℃。

挡风墙一般预加工成型装配到框架上，挡风墙的支架一般分为基础独立的钢支柱和钢筋栓支柱两种。两种支架主要区别是支柱和基础不同，其它部分基本相同。

挡风网的设计主要是以储煤场的具体地质资料及近3-5年的气象资料为依据实施的。主要分为三部分：

地下基础：预制混凝土块或现场浇注地下基础。

支护结构：一般采用钢支架进行支护，支架结构元特殊要求，主要考虑能给“挡风抑尘墙”提供足够的强度，抵御强风的破坏，其次考虑整体美观。工程设计中可按风力风速30m/s、风压750Pa为设计参数。支架主体选用钢管。也可以采用钢筋砼支柱作“挡风抑尘墙”支架，但造型笨重，整体不够美观。

挡风板安装：与支架的连接方式采用螺钉和压板固定，挡风抑尘板的具体尺寸及开孔率应根据不同堆场的实际情况进行设计。

2.1.3　挡风网(墙)的使用及效果挡风网(墙)在露天煤堆场的使用，一般要解决设网方式、设网高度和挡风网(墙)与堆垛的

距离三个主要问题。

设网方式：煤堆场设置的挡风网，一般分为主导风向设网和堆场四周设网两种方式。采用何种方式主要取决于堆场范围大小、堆场形状、堆场地区的风频分布等因素。

设网高度：煤堆场挡风网的高度主要取决于煤堆垛的高度、堆场范围大小和对环境质量要求等因素。对于一个具体工程来说，要根据煤堆场地形、堆垛放置方式、挡风网及其设置方式，求出网高与堆垛高度、网高与庇护范围的关系，结合煤堆场附近的环境质量要求等综合因素确定某一煤堆场防风网的高度。

挡风网与堆场堆垛的距离在网后一定距离内有一个低风区。减速效果较好。因此，挡风网的设定有一最佳距离。对于由多个堆垛组成的煤堆场而言，可以视堆场周围情况，因地制宜地设置挡风网，一般可以沿堆场堆垛边上设置挡风网。

经过近几年的推广使用，挡风抑尘网(墙)的综合抑尘效果非常明显。单层挡风抑尘墙的综合抑尘效果可达65％～85％。双层挡风抑尘墙的综合抑尘效果可达75％～95％。尤其是该技术相对于其它环保技术工艺还具有投资费用低、技术设备可操作性高、使用、维修工作量小(基本上没有)、“挡风抑尘网(墙)”在工作过程中不需要消耗任何动力，即该技术不需要运转费用等显著特点。

目前国内已有多家火电厂的储煤场采用了“挡风抑尘墙”，如太原一电厂，该厂每天消耗原煤1-1.1万吨。储煤场南北长550米、东西宽90米，占地5万多平方米。运输车辆行驶、卸煤以及煤堆表面与煤场地面由风力引起的扬尘,对周围造成严重污染，同时对职工工作环境和身体健康也造成危害，原煤因此大量流失。为此，厂方采用建立防风网和改造喷水系统等综合措施，投资630万元改造了两个煤场。改造后煤尘产污系数分别降低3千克和1千克，全年节约原煤以千吨计，周围环境得到明显改善，经济效益和环境效益显著。

乌沙山电厂煤场采用“挡风抑尘墙”作为防尘设施，“挡风抑尘墙”高度为17米，全长1307米。实践表明，仅“挡风抑尘墙”抑尘效果就可达到85％以上，通过加强煤场管理并配合水喷淋设施一起使用，抑尘效果可达到95％以上，可以彻底解决煤场扬尘问题，而且设计精巧美观，成为发电厂的一道美丽景观。

火电厂储煤场煤尘污染防治是一项系统工程，在采用“挡风抑尘墙”抑尘的同时，还需配套水喷淋设施一起使用，煤场喷淋主要考虑春、夏、秋三季使用。喷头需根据煤场场地条件选用不同方式设置，可选用摇摆式喷头，扬程视煤的堆积高度而定，根据水压情况设置增压泵，喷水管路采用预埋方式，喷水喷嘴部位设置阀门和放水管。对于北方地区，由于冬季严寒，应考虑增加伴热系统，避免冬季冻裂水管路。此外对于道路遗撒污染，在配套喷淋系统的同时，还可以考虑利用移动洒水车抑制道路煤尘污染。

2.1.4　挡风网与全封闭储煤措施经济指标比较

目前国内储煤场主要有全封闭、半封闭和露天三种。一般全封闭式煤场的结构下部由球形钢筋混凝土侧墙组成，上部为钢结构，彩板屋面，并设平台，供煤场消防及喷淋。沿煤场侧墙周边留有排水孔并与煤场外的球形排水沟接通。煤场采用自然通风方式，排风口在网架屋盖顶部中央，进风口在网架屋盖根部与球形侧墙之间的球形口。在煤场侧墙设大门，煤场内留有供推煤机出入的通道。

半封闭煤场的主要方式就是挡风网(墙)。

以占地面积3万平方米储煤场为例，采用挡风网(墙)防尘的投资约为全密闭防尘措施的20％～30％，且可以满足环境保护的要求。

2.2　输煤系统煤尘污染防治

输煤系统常用的除尘方式主要有3大类：布袋除尘、高压静电除尘、湿式除尘。对于3种除尘方式，各有优缺点，主要为：

2.2.1　布袋除尘布袋除尘的效果主要与下面因素有关：布袋的材质、性能参数；除尘器风机的设计风量与系统的匹配；清灰方式与清灰时间的整定；吸风口的合理布置；导煤槽的规格、结构形式与密封等。

随着新材料的不断开发和应用，滤布的透气性和吸附能力有了很大提高，更加容易排灰和耐腐蚀老化。大大提高了除尘性能，减少了维护工作量。这些布袋虽然价格较昂贵，但由于经清洗后能多次使用，运行成本并不太高。

常见的清灰方式主要有摇臂式清灰、摇臂，反吹风式清灰、反吹风式清灰、脉冲式清灰4种。从具体使用情况看，摇臂，反吹风式清灰和脉冲式清灰效果最好，清灰比较干净彻底。

2.2.2　湿式除尘机组湿式除尘机组中使用比较广泛的是冲击式水浴除尘机组。冲击式水浴除尘机组结构简单。维护容易，除尘效率高，但设备阻力大，污水排放管易堵，影响机组的投入率，且存在二次污染的问题。

2.2.3　高压静电除尘机组高压静电除尘器具有设备阻力小，收尘效果好，清灰容易等优点，在火电厂烟气系统中有着广泛而成功的应用，近年来在输煤系统除尘上也有所应用。两者的差别在于处理介质不同。烟气较之煤尘温度高、干燥；煤尘腐蚀性较强，湿度大，绝缘子电极板易结露、击穿或产生反电晕。电除尘器设计和运行中应注意的几个问题：

放电电压的控制：电压的整定与电极板的距离等因素有关，放电时接地正极放电针周围有淡蓝色的电晕，并伴有轻微的放电声响，电压为最佳调整值，此时除尘效果最佳。

极板的锈蚀和结露：极板的锈蚀造成阴极极板吸附的正电荷粉尘不易被清除，造成除尘效率急剧下降。因此应采用防磁性能好的不锈钢板作极板，并采取措施减小极板的冷热温差避免结露。

2.2.4　除尘机组设计中应考虑的其它因素风机风量的选择设计：风机风量的选择要适当。风量太小。不足以形成负压平衡煤流转运过程中的诱导风，导致粉尘外冒；风量太大，则负压太大，不能有效利用较大尘粒的自然沉降，还会使扬尘量大为增加，从而降低除尘器除尘效率。

吸风口的合理布置：根据设计规范，吸风罩边缘距导煤槽出口的距离为1.5倍的皮带宽度，吸风罩边缘距落料口的距离为1倍的皮带宽度。距离过大必然导致严重漏风，影响负压形成，造成吸尘能力的明显下降；距离太小导致落料点的扬尘来不及自然沉降就被除尘器的风机吸走，从而大大降低了除尘机组的出力和效率。

导煤槽的规格、结构形式：理论上，导煤槽的规格尺寸越大，转运煤流产生的诱导风所形成的正压越小。粉尘越不易外冒。但导煤槽规格太大也不利于料流的集中，容易造成皮带的跑偏和撒落煤。圆弧顶型导煤槽有利于诱导风的稳定。扬尘的自然沉降，从而提高除尘效率，而对于矩形和喇叭形导煤槽，煤流转运过程中产生的诱导风会造成气压分布不均匀，加剧空气的流动，不利于悬浮粉尘的稳定。

2.2.5　配套喷雾除尘《火力发电厂设计技术规程》(DL5000-94)规定：运煤系统应采取以水为主的煤尘综合防治措施。在煤尘治理工程中水喷雾除尘是所有除尘方式中最有效、最简便、投资最省的措施。实验证明，当煤表面含水率在8％-10％时，煤在转运过程中的扬尘量将大为减小，当煤表面含水率大于12％时，就几乎不会有扬尘。喷雾除尘主要应用于头部漏斗、落煤管、导煤槽等扬尘严重部位。

在煤流转运点施以水喷雾对煤流进行加湿，调整煤表面的含水率从而达到防尘、抑尘的目的；细小的水雾颗粒易于捕获转运点的扬尘，形成“小煤球”而稳定沉降。

3　结语

火电厂煤尘污染防治是一项系统工程，虽然不是一项高难技术，但牵涉的专业多，本文仅就一些常见主要措施进行讨论。以期对火电厂环境影响评价中颗粒物防治提供参考意见。

参考文献

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