燃煤鍋爐噪聲與污染消除實踐

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        為了減輕我國北方城市冬天的空氣污染,國家投入了大量的人力物力對現有采暖鍋爐進行改造和限制,規定不得采用5t以下的鍋爐,而且所有鍋爐必須采用消煙除塵裝置。這一措施在各大城市的實施大大改善了城市冬天的空氣質量,但每到冬季,北方城市的空氣狀況還是不容樂觀。
  對現有鍋爐房的調查得知,大多數鍋爐房均采用濕法收塵裝置,即鍋爐煙氣經過水浴收塵后排空。這種收塵裝置投資少,簡單實用,但人為因素將直接影響收塵效果,如果操作人員不按時給收塵器中加水或收塵器中水位太低,收塵效果就會大大降低,甚至沒有收塵效果,這直接影響了北方城市的空氣質量。另外,鍋爐房的風機噪音污染也對鍋爐房周圍居民的健康造成危害,尤其是小鍋爐房,很遠就能聽到鍋爐引風機的嘯叫聲。解決鍋爐房煙氣污染、降低鍋爐房噪聲已是當前北方城市的當務之急。
  我們通過對現有一煙塵污染和噪音污染都比較嚴重,居民反應強烈的小型鍋爐房進行改造,取得了良好的效果。經過兩年的應用,證明污染嚴重的鍋爐可以通過改造消除污染。
  1、原有尾氣處理系統
  原有鍋爐為ZKL1.4-0.02/85/60-AII鏈條爐排真空熱水鍋爐,收塵工藝流程:鍋爐出爐煙氣→鍋爐引風機→水浴式除塵器→煙囪排空。鍋爐引風機采用Y5-49,No5C,3250轉/分,風量5500-10750m3/h,全壓3180-2460Pa,電動機功率11kW;鍋爐鼓風機為4-74,No3.6A,2900轉/分,風量2664-5268m3/h,全壓1578-989Pa,電動機功率3kW;水浴式除塵器型號不詳。鍋爐開爐時爐內負壓為-200Pa,開鼓風機正常操作時爐內保持±5Pa,引風機用電動機電流為20-21A,屬滿負荷運行。
  因歷史原因,該鍋爐房距離居民住房僅為幾米,周圍居民反應十分強烈:首先是污染嚴重,取暖季節居民不敢開窗,常有灰渣飛入眼中,每天都要從房間掃出很多灰塵;其次是振動和噪音太大,風機運行時居民住房內振感和風機的嘯叫聲非常明顯,嚴重影響了居民的正常生活。為了減輕污染,當地環保部門規定了該鍋爐水浴式除塵器最低水位,該鍋爐所屬企業在鍋爐房和居民樓間建了一道墻,以隔離噪音,并采取了將引風機安放在地面以下坑內的方法,都未解決問題。
  2、污染源分析
  2.1煙塵的污染
  煙塵的污染是除塵效果不好引起的,最初認為是除塵器損壞如隔板腐蝕穿孔造成煙氣短路所致,經檢查除塵器完好,因此除塵效果不好只能是除塵器除塵效率不高引起。這種水浴式除塵器構造相當簡單,矩形的水箱中間只有一個隔板,沒有采取擴大煙氣與水接觸面的有效措施,也沒有水氣分離裝置。煙氣通過水箱時在隔板的一側進入水中,在隔板的另一側進入煙道,煙氣和水的接觸時間很短,從而導致煙氣和水混合不好。使用時煙氣在水中形成很大的氣泡,氣泡中的煙氣沒有接觸到水,其中的煙塵不會被水帶到水中,所以收塵效率低。濕法收塵是以水與煙塵直接接觸,利用液滴或液膜粘附煙塵而凈化煙氣的,液滴越小,液膜面越大,收塵效果越好。為了增大水與煙塵的接觸面,標準化的濕法收塵器采用了自激振蕩、文丘里管、篩板等各種方式,因此這種沒有采取任何措施的收塵器是導致收塵效果不好的根本原因。
  經檢測,在水位正常時鍋爐出口煙氣中煙塵濃度為2050mg/m3,經除塵器后排出的煙塵濃度為350mg/m3,收塵后排出的煙塵顆粒較大。因煙氣管道很短,管道間聯接法蘭均用白厚漆加麻繩密封完好,排除漏風因素影響后除塵效率只能達到83%。
2.1噪聲和振動
  引風機是引起振動和噪聲的主要因素,引風機的動平衡不好、引風機在運行過程中風葉損壞,均會造成振動。現場觀察引風機與除塵器均振動明顯,除塵器及聯接管道振幅較大。將風機與除塵器的聯接管道斷開后再開引風機,振動減小。仔細觀察風機葉片,只有輕微損傷,從而可以肯定引風機是好的,初步認為振動是由除塵器產生的。該除塵器通過煙氣的橫截面0.64m2,煙氣通過速度約3.5m/s,并以這種速度進入水中,引風機開機時除塵器中的水劇烈沸騰,并與引風機相互作用,振動由此產生。
  除了振動外,引風機運行時噪聲很大,主要是嘯叫聲。原系統采用的鍋爐引風機轉速高達3250轉/分,這對提高風壓有利,但轉速越高,噪音越大。現場通過改變皮帶輪大小進行轉速試驗,當引風機轉速低于2500轉/分時,噪音大大降低。
  3、改造方案
  減少煙氣含塵量的方法有多種,可采用收塵效率較高的布袋收塵器收塵、電收塵器收塵、以及顆粒層收塵器。由于電收塵器一次性投資較大,操作管理技術要求高,對煙塵的比電阻要求嚴格,電極和絕緣裝置的清理均較費力;過高或過低的比電阻、振打不良均直接影響收塵效率;干燥的氣侯條件同時煤又較干燥時必須設增濕塔才能保證收塵效率,否則收塵效率就要大打折扣。顆粒收塵器體積較大,反吹閥門動作較頻繁,易損壞,所以最終采用了布袋收塵器。
  布袋收塵器是利用濾布過濾煙氣中微小煙塵顆粒的收塵的方法,是一種高效收塵設備,只要濾布不破損,收塵效率可達99%以上。但收塵濾布承受溫度有限,普通濾氣呢或針刺氈最高使用溫度不能超過130℃,瞬間溫度不超過150℃;采用特殊濾料最高使用溫度也只有250℃。鍋爐出爐煙氣溫度在180℃左右,采用普通濾氣呢必須采用降溫措施。由于鍋爐燃煤含有一定量的水份,有的煤種含氫量較高,燃燒后均形成水蒸汽進入煙氣,故煙氣溫度也不能太低,否則會產生結露現象。因此合理選擇入布袋煙氣溫度非常重要。
  冷卻方式采用人字形冷卻管道,布袋采用普通針刺氈,考慮到鍋爐操作的間斷性,選定入布袋溫度110℃,在常壓下這個溫度的水呈氣態。最后用計算機程序計算選定冷卻管道長度。
  對于噪音的污染的解決方法是采用低轉速風機,同時利用人字冷卻煙道加大風機與居民樓間距離。
  由于風機的壓力系數p=P/(ρU2),式中P為風機風壓,ρ為氣體密度,U是風機葉輪線速度,U=πDn/60(m/s),式中n為風機轉速。如果加大風機葉輪直徑D,并降低轉速n,但保持Dn不變,則風機壓力系數p不會變化,這時噪聲會大大降低。
  設原風機葉輪直徑為D1,轉速為n1,風葉線速度為U1,風葉加大后直徑為D2轉速為n2,風葉線速度為U2,由聲壓級變化公式:
  ΔL=60logU2/U1+20logD2/D1=80logD2/D1+60logn2/n1
  根據上述公式,將風機葉輪增大一倍,即D2=2D1,將轉速降低一半,即n2=n1/2,保持U2=U1,噪聲降低量為6dB。
  設計采用鍋爐引風機,風機葉輪直徑970mm,是原葉輪直徑的1.94倍,風機轉速1460轉/分,電動機功率保持不變,風機運轉正常。檢測得風機電機電流冷態時為20A,屬滿負荷。
  改造后鍋爐運行良好,收塵效果明顯改進,噪聲大大降低。肉眼看不見煙囪冒煙,風機房外就聽不到風機的噪聲,周圍居民以為鍋爐房已停止運行了。
  檢測結果相當令人滿意:鍋爐運行時內部壓力-5Pa左右,煙氣中含塵濃度低于10mg/m3,總收塵效率高達99.5%以上。
  該鍋爐的研究和改造結果說明鍋爐房煙塵污染可以通過改用除塵效率高的布袋收塵器解決;鍋爐房噪聲污染可通過增大引風機葉輪的方法解決。

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