电厂汽车卸煤沟扬尘治理技术

周生伦，李凌月

(中国华电集团科学技术研究总院有限公司，北京 100070)

火力发电厂煤场主要污染物为煤尘，煤在运输、装卸等过程中向大气逸散而形成污染，国内学者在不断研究各种除尘抑尘的技术及措施[1-5]。煤场和汽车卸煤沟作为输煤生产工序的操作区，是粉尘污染的主要场所。随着国家环保政策的逐渐严格，汽车卸煤沟的粉尘污染已经严重影响电厂区域环境，限制了地区可持续发展目标的实现，因此，尽快对现有汽车卸煤沟进行全封闭改造，以达到环保要求是十分必要的。

1 粉尘污染特性

燃煤在转运、输送、加工过程中的落差使煤粒发生碰撞、摩擦而产生煤尘，并伴随生产过程中的气流而扬起向外扩散。外部的空气流动，将局部含尘空气吹散蔓延至不同区域。

1.1 粉尘粒径分布特征

煤的粒径分布与煤质有关，还与煤的开采方式、选煤厂的产品规格和要求等有关。机械强度大和不易破碎的煤种，小颗粒煤所占的比例较小。不同粒径的煤粒抵御外界起尘因素作用的能量所具有的差异，造成了起尘煤粒的粒径分配与原煤质的粒度分配的变化。这种粒径分配的改变，其理论体现为：Rosin-Rammla粒径分布函数的分布系数将产生一定变化。分布函数见下式：

R=100exp(-βdn)

其中：R-累积分数；d-粒子直径；β、n-常数，即分布系数，取决于粒子的种类和生成过程。

煤尘的沉降速率按斯托克斯公式和牛顿公式计算，分别描述如下：

(1)斯托克斯公式(粒径<200μm)：

Vn=d2g(M1-M2)/18μ

(2)牛顿公式(粒径>200μm)：

上述两式中，Vn为沉降速度，g为重力加速，M1为粒子密度，M2为空气密度，μ为空气粒度系数。

煤粉尘污染特性参数详见表1。

表1 煤粉尘污染特性参数

1.2 煤粉粉尘起尘风速研究

将不同粒径的煤颗粒作煤尘起尘风速风洞实验，当粒径小到一定程度(50μm以下)，起尘风速反而增加，这是因为微小细粒子之间存在较大的粘着力和静电压力，要将这些细粒吹起必须克服这两种随粒径减小而增加的内聚力。

2 汽车卸煤沟全封闭技术及应用

2.1 门式刚架封闭技术

门式刚架是一种平面受力体系，是梁、柱单元构件的组合体，梁柱刚接，柱和基础可铰接、可刚接。门式刚架采用横梁与柱协同工作，使横梁跨中弯矩和挠度大幅下降，方案横断面图见图1。

图1 门式钢轴侧图

门刚梁柱可采用焊接等截面、变截面实腹式H型钢。梁柱连接和拼接节点采用高强螺栓的端板连接节点，当受力不大时，可采用端板平齐式，当受力较大时，采用端板外伸式。柱与斜梁连接节点也可采用端板平方式，由于此处一般弯矩、剪力较大，将端板平放可减少节点的设计剪力，同时可以充分利用柱的压力对节点受力有利作用，且构造简单、易于施工。梁柱连接节点类型如图2。

图2 梁柱连接节点类型

2.2 封闭技术方案

原卸煤沟顶部结构为平板网架，尺寸54m×20m(长×宽)，混凝土框架柱支撑，柱高9m，顶部彩钢板封闭，侧面开敞。此次改造原卸煤沟上部网架拆除，封闭区域扩大至77.5m×65m(长×宽)，高度与原卸煤沟上部结构一致；东侧与储灰罐连接部位局部封闭，并与卸煤沟区域连通，尺寸44m×12m(长×宽)。卸煤沟区域采用平板网架或排架封闭，东侧局部封闭范围采用混凝土框架结构，屋面、墙面1m以上均用檩条和彩板围护，1m以下用普通砖墙做填充墙。

2.2.1 平板网架

封闭区域为77.5m×65m×10m(长×宽×高)。屋面及混凝土柱间架设檩条，用彩钢板围护，墙面设置5道人员进出门及6道车辆进出门。钢杆件防腐做法：钢结构表面喷砂处理至 Sa2.5级，采用环氧富锌底漆两道，干膜厚度2×40μm；环氧云铁中间漆两道，干膜厚度2×40μm；聚氨酯面漆两道，干膜厚2×40m。

通风采用自然通风，自然排风的方式；通过屋顶采光带采光。煤棚屋面雨水采用有组织排水，排入就近道路雨水系统。煤场四周新增散水，纵向宽度1000mm，厚度100mm，采用C15素混凝土，三七灰土垫层，厚度100mm。其布置详见图3～图5。

图3 卸煤沟封闭方案平面布置图

图4 卸煤沟封闭方案立面布置图

图5 卸煤沟封闭方案屋面布置图

2.2.2 上部结构

图6 网架轴测图

图7 钢架平面图

网架平面尺寸为77.5 m×65 m(长×宽)，西侧利用原有网架的两排混凝土框架柱支撑网架，跨度20 m，东侧新增一排混凝土柱支撑网架，跨度45 m。根据现场情况，在南北侧增设混凝土柱，柱间距9 m或12 m，东侧柱布置以不影响储灰罐车辆进出，便于通行为宜，柱顶设框架梁。混凝土柱顶设铰支座，与上部平板网架连接。网架采用正方四角锥网架体系，顶标高15 m，网格大小4 m×4 m，厚度3 m，见图6～图7。

图8 应力云图

图9 应力比统计图

杆件主要采用Q345B圆钢管，主要规格为75×3.75、88.5×4.0、114×4.0、140×4.0、159×6.0、159×12；高强螺栓主要规格为M24～M52；螺栓球主要规格为BS110～BS260及其配套的锥头、锥板，杆件的节点连接方式为螺栓球节点连接。

钢网架结构设计是采用MSTCAD2016软件建模计算，并用PKPM软件进行复核。一般位置杆件应力比<0.90，支座附近杆件应力比≤0.85；一般位置受压杆件长细比<180，受拉杆件长细比<250；支座附近受压杆件长细比<150，受拉杆件长细比<200。竖向挠度最大值为60mm，为跨度的1/750，满足不大于1/250的要求，详见图8～图9。

2.3 喷洒抑尘系统

本工程封闭汽车卸煤沟选用喷雾水炮对内部进行喷洒抑尘，根据汽车卸煤沟封闭范围和管道布置的特点，封闭汽车卸煤沟内部共设置喷雾水炮2台，参数均为：Q=4.8m3/h，H=60 m。

喷洒抑尘系统由喷雾水炮、增压泵、增压风机、管道过滤器、手动阀及对应控制系统等组成。当汽车卸煤沟内部进行卸煤作业，粉尘浓度较高时，可远程启动喷雾水炮，对汽车卸煤沟内部的粉尘进行喷洒抑尘，降低粉尘的散发和扩散，改善内部作业环境；该系统同时具备人工操作的条件，即当需要进行喷雾抑尘时，人工可就地启动喷雾水炮进行喷雾抑尘，喷雾时间一般为5～10min，依次对整个煤堆进行喷雾抑尘。一般情况下，封闭卸煤沟内部要求开启一台喷雾水炮对粉尘集中的区域进行降尘，原则上最多允许两台喷雾水炮同时运行。

封闭汽车卸煤沟内部新增喷雾水炮水源就近接引自厂区喷洒抑尘水管道；喷洒抑尘系统供水管网在煤场内部架空敷设，管材采用焊接钢管；室外埋地管道需进行防腐，防腐等级为加强级，架空管道需进行防冻保温，保温形式采用彩钢板加硅酸铝保温棉的形式。

3 结论

为响应国家环保政策，基于环保政策的要求及汽车卸煤沟现状，对现有汽车卸煤沟进行全封闭改造；提出了详细的封闭技术方案及相关布置图，并在封闭汽车卸煤沟内部安装喷洒抑尘系统；通过汽车卸煤沟封闭技术，改善电厂周边环境，达到环保要求，创造较好的社会影响力。