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燃煤鍋爐噪聲和污染的消除

為了減輕我國北方城市冬天的空氣污染,國家對現有燃煤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。這一措施的實施大大改善了各大城市冬天的空氣質量,但北方一些中小城市的空氣狀況仍不容樂觀。對現有鍋爐房的調查得知,大多數采用濕法收塵,即鍋爐煙氣經過水浴收塵后排空。這種方式投資少,簡單實用,但人為因素直接影響收塵效果。如果操作人員不按時給收塵器中加水或其水位太低,收塵效果會大大降低。另外,鍋爐房的風機噪聲污染也對周圍居民的健康造成危害,尤其是小鍋爐房,很遠就能聽到引風機的嘯叫聲。

對該公司煙塵和噪聲污染都較嚴重,居民反應強烈的小鍋爐房進行改造,取得了良好效果。兩年的運行表明,鍋爐改造成功。

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,其收塵流程: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/min,風量5 500-10750m3/h,全壓3180~2460Pa,電動機功率11kW;鍋爐鼓風機為4-74,No3.6A,2900轉/min,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。開爐時,爐內負壓為-200Pa,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。該鍋爐房距離居民住房僅為幾米,居民反應強烈: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;其次是振動和噪聲太大,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,以隔離噪聲,并采取將引風機安放在地面以下的方法,但都未解決問題。

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。因此認為,除塵效果不好只能是除塵效率不高引起。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,液滴越小,液膜面越大,收塵效果越好。為增大水與煙塵的接觸面,標準的濕法收塵器采用自激振蕩、文丘里管、篩板等方式,以提高收塵效果。該廠水浴式除塵器,構造相當簡單,矩形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。煙氣通過隔板的一側進入水中,由另一側進入煙道,煙氣和水的接觸時間很短,導致煙氣和水混合不好。煙氣在水中形成很大氣泡,氣泡中的煙氣沒有接觸到水,收塵效率低。

經檢測,水位正常時,鍋爐出口煙氣中煙塵濃度為2050mg/m3,除塵器后的煙塵濃度為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,排除漏風因素影響,除塵效率只能達到83%。

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、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。風機葉片,只有輕微損傷,可初步認為振動是由除塵器產生的。

2.2 噪聲和振動 該除塵器煙氣通過的橫截面0.64m2,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,引風機運行時的噪聲很大。原系統采用的引風機轉速高達3250轉/min。這對提高風壓有利,但轉速越高,噪聲越大。當轉速低于2500轉/min時,噪聲大大降低。

3 改造方案

減少煙氣含塵量的方法有多種。布袋收塵器是利用濾布過濾煙氣中微小顆粒,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,其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水分,有的煤種含氫量較高,燃燒后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,合理選擇入布袋的煙氣溫度非常重要。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℃,在常壓該溫度下水呈氣態。最后用計算機程序計算選定的冷卻管道長度。

對于噪聲的污染,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-1),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/min,電動機功率保持不變,風機運轉正常。經檢測,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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