孫勇，陳雪峰

（江蘇利電能源集團(tuán)，江蘇 江陰 214444）

0 引言

石灰石-石膏濕法脫硫是火電廠常用的、成熟的煙氣凈化工藝，但隨著近年來廢水零排放和梯級回用的壓力，脫硫系統(tǒng)使用的工質(zhì)水由工業(yè)水變?yōu)榛瘜W(xué)水處理后的反滲透濃水后，設(shè)備管道腐蝕、結(jié)垢現(xiàn)象也隨之出現(xiàn)。隨著國家環(huán)保政策的日益嚴(yán)格，電廠排放的粉塵、二氧化硫和氮氧化物的濃度由達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)提高至超低排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對電廠的廢水排放也提出了更為明確的要求。江蘇某電廠為了提高水資源的利用率、降低新鮮水的取水量，將4×650 MW機(jī)組脫硫用水由工業(yè)水改成反滲透濃水；4×350 MW機(jī)組脫硫用水改成深度處理后回用的生活中水；2020年，脫硝催化劑再生廢水以及工業(yè)廢水也已用于脫硫補(bǔ)水[1]。脫硫用水品質(zhì)的下降，不僅造成了吸收塔系統(tǒng)起泡溢流，還引起石膏脫水機(jī)真空泵跳閘卡澀，影響了脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行[2-3]。

本文通過對該廠石膏脫水機(jī)真空泵軸承表面的結(jié)垢成分和近期脫硫用水的水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)分析，確認(rèn)卡澀的原因，并找出解決方法，為同類型的故障提供參考。

1 石膏脫水系統(tǒng)概況

1.1 系統(tǒng)概述

2006—2010年江蘇某電廠陸續(xù)完成1—8號機(jī)組煙氣石灰石-石膏濕法脫硫改造工程。石膏脫水系統(tǒng)負(fù)責(zé)全廠8臺(tái)機(jī)組的吸收塔降密度處理。脫水系統(tǒng)由3臺(tái)真空皮帶脫水機(jī)以及附屬設(shè)備組成，主要包括石膏旋流器、真空皮帶脫水機(jī)、真空泵、濾餅沖洗水泵及水箱、濾布沖洗水泵及水箱、儀表控制部分等[4]。

1.2 工作原理

真空皮帶脫水機(jī)通過真空抽吸漿液達(dá)到脫水目的。漿液被送入真空皮帶脫水機(jī)的濾布上，濾布通過橡膠皮帶進(jìn)行傳送，濾液和空氣同時(shí)被抽送至真空總管內(nèi)，進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣水分離，頂部出口與真空泵相連，氣體被真空泵抽走。分離后的濾液由氣液分離器底部出口進(jìn)入濾液接收水槽，經(jīng)過濾部、清洗部和脫水部形成合格的濾餅，經(jīng)皮帶輸送至石膏堆料間[5]。

石膏脫水真空泵是脫水系統(tǒng)的核心部件，由葉輪、泵體、吸氣口、排氣口、輔助排氣閥等組成。該電廠采用AL-2000型水環(huán)式真空泵，進(jìn)口流量為8400 m3/h，吸入側(cè)壓力為-400 mbar。石膏脫水機(jī)真空泵的葉輪被偏心安裝在泵體中，葉片朝著旋轉(zhuǎn)方向彎曲，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)入泵體的水被葉輪拋向四周，形成一個(gè)與泵腔形狀相似的偏心封閉水環(huán)。在泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，氣體通過泵體入口進(jìn)入，然后進(jìn)入倒葉輪，隨著葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)膨脹、壓縮后從側(cè)盤出口排出，實(shí)現(xiàn)連續(xù)抽氣[6]。

2 故障過程及初步處理

3月13日10：50脫水機(jī)啟動(dòng)后，32號石膏脫水機(jī)真空泵電流低至110 A，立即停止32號石膏脫水機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行，就地檢查發(fā)現(xiàn)脫水機(jī)真空泵皮帶斷裂，導(dǎo)致葉輪和殼體卡死。3月13日22：10啟動(dòng)33號石膏脫水機(jī)，發(fā)現(xiàn)石膏脫水機(jī)真空泵皮帶打滑不轉(zhuǎn)，檢修發(fā)現(xiàn)葉輪和殼體卡死無法盤動(dòng)。

33號石膏脫水機(jī)跳閘后，所有石膏脫水機(jī)均因故障停運(yùn)，全廠7臺(tái)鍋爐運(yùn)行，硫份高，吸收塔漿液密度均已達(dá)到或超過控制上限。運(yùn)行人員恢復(fù)31號石膏脫水機(jī)運(yùn)行，將石膏脫水機(jī)真空泵水源切換至工業(yè)水（即三期工質(zhì)水箱補(bǔ)水切換至工業(yè)水）；31號石膏脫水機(jī)僅供4×350 MW機(jī)組降吸收密度和4×650 MW各臺(tái)機(jī)組做拋漿處理，并申請使用事故噴淋設(shè)備，對吸收塔進(jìn)行補(bǔ)水，控制吸收塔漿液密度，確保吸收塔安全運(yùn)行。經(jīng)過上述處置后，各臺(tái)爐吸收塔漿液密度控制在規(guī)程要求范圍內(nèi)。14日00：00將32號石膏脫水機(jī)真空泵端蓋拆除，檢查發(fā)現(xiàn)泵體內(nèi)結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，進(jìn)行垢樣溶解分析試驗(yàn)，經(jīng)藥劑清洗處理后于15日00：57恢復(fù)運(yùn)行。

3 原因分析

石膏脫水機(jī)真空泵內(nèi)部結(jié)垢情況見圖1，對其進(jìn)行酸溶解試驗(yàn)，滴入體積比為1：1的鹽酸后，垢樣溶解并產(chǎn)生大量無異味氣泡。用復(fù)合酸加緩蝕劑進(jìn)行溶解試驗(yàn)，垢樣可以快速溶解，并產(chǎn)生大量氣泡。因此，確定垢樣的主要成分為不溶性的碳酸鹽類（碳酸鈣或碳酸鎂），造成膏濾真空泵動(dòng)靜部分的間隙逐漸變小，最終使葉輪端面和側(cè)蓋間隙變小，真空泵卡澀無法啟動(dòng)[7]。

圖1 膏濾真空泵內(nèi)部結(jié)垢情況Fig.1 Internal scaling of the paste vacuum filter pump

循環(huán)水的水質(zhì)變差和運(yùn)行溫度過高是造成真空泵結(jié)垢的主要原因。硬度高的循環(huán)水進(jìn)入真空泵后，隨泵的旋轉(zhuǎn)在泵體內(nèi)形成水環(huán)做功發(fā)熱使得溶解到水中的碳酸鹽逐漸分解，形成難溶于水的沉淀析出[8]。該電廠為了達(dá)到全廠廢水零排放的要求，脫硫用水由工業(yè)水改為含有高鈣鎂離子和其他重金屬雜質(zhì)的反滲透濃水和工業(yè)廢水，含鹽量增加、pH值不穩(wěn)定、硬度變高，水源品質(zhì)進(jìn)一步劣化[9]。

真空泵內(nèi)有氨味，取樣確認(rèn)pH值偏高，真空泵內(nèi)工質(zhì)水各水源水質(zhì)見表1。從表1可以看出，脫水系統(tǒng)的工質(zhì)水雖然硬度不高，但pH值較高，增加結(jié)垢的可能性，即使水池內(nèi)無氨，在真空泵內(nèi)氨也會(huì)揮發(fā)進(jìn)入氣相空間，凝結(jié)形成氣側(cè)液滴，進(jìn)一步加劇結(jié)垢。真空泵卡澀停運(yùn)后，刮取垢樣，采用X射線熒光光譜法對進(jìn)行主要化學(xué)成分分析，結(jié)果如表2所示。

表1 真空泵內(nèi)工質(zhì)水各水源水質(zhì)Tab.1 Water quality of each source of working medium water in vacuum pump

表2 真空泵內(nèi)垢樣化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab.2 Chemical composition of scale sample in vacuum pump

從表2可以看出，垢樣的主要成分為含鈣化合物，但灼燒減重為41.89%，結(jié)合垢樣加鹽酸后反應(yīng)劇烈，基本溶解，并產(chǎn)生大量無色無味的二氧化碳?xì)馀?，可以推斷此垢樣的主要成分為碳酸鈣（質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90%以上）。正常情況，真空泵接觸呈中性的氣液混合物時(shí)，垢層生長速度相對較為緩慢；而當(dāng)氣液混合物中含有氨時(shí)（呈堿性），垢層增長速度變快。相比石膏漿液中的主要成分硫酸鈣，碳酸鈣則更易析出沉積，使垢層的生長速度呈指數(shù)升高[10]。

通過比對組成工質(zhì)水的水源回用時(shí)間（2019年12月調(diào)試投運(yùn)），發(fā)現(xiàn)真空泵的結(jié)垢與工業(yè)廢水回用的時(shí)間吻合，說明工質(zhì)水中的氨來源于工業(yè)廢水。工業(yè)廢水主要由循環(huán)冷卻水排水、酸堿中和廢水、反滲透濃水、空預(yù)器沖洗廢水、除塵器沖洗廢水、精處理再生廢水、冷凝水混床再生廢水等組成，這些廢水鈣鎂硬度相對較高，而氨為碳酸鈣的沉積提供了堿性條件（pH值＞9）[11]。

4 處理措施及效果

4.1 除垢情況

真空泵除垢方法主要有化學(xué)除垢、機(jī)械除垢和物理除垢?；瘜W(xué)除垢主要是使用酸堿浸泡或循環(huán)清洗，無需真空泵解體，可在線清洗。機(jī)械除垢主要是真空泵解體后，對結(jié)垢部件進(jìn)行噴砂打磨，解體工作量大，花費(fèi)時(shí)間長。針對此次真空泵垢樣主要成分為碳酸鈣，酸溶解性較好，且檢修工期緊，因而選用低濃度復(fù)合酸浸泡清洗除垢[12]。復(fù)合酸主要成分為硫酸和磷酸，稀釋成質(zhì)量濃度為20%的水溶液，加入緩蝕劑后對設(shè)備本身腐蝕性較小，清洗除垢率在90%以上。清洗步驟為：拆除密封水進(jìn)水門上方法蘭，斷開泵體放水門后管路，斷開濾布沖洗水箱管路連接加堵板[13-14]。每桶清洗藥劑中含復(fù)合酸5.56 L、水44.44 L、緩蝕劑150 mL。根據(jù)設(shè)備實(shí)際容積，需加入清洗藥劑9桶，采取虹吸方式進(jìn)行現(xiàn)場加藥，浸泡清洗時(shí)間為5～6 h，每隔0.5 h將泵體盤動(dòng)一次，讓藥劑與垢層充分接觸，加快清洗速度。清洗完成后，將泵體放漿門打開，酸液接入配置桶內(nèi)。待酸液放空后用真空泵密封水將泵體沖洗干凈，整個(gè)流程耗時(shí)約16 h。

4.2 除垢效果

藥劑清洗后，石膏脫水機(jī)真空泵正常投運(yùn)，石膏濾餅厚度、氣水分離器真空度、電機(jī)電流等各項(xiàng)參數(shù)均恢復(fù)正常。半年后，對32號石膏脫水機(jī)真空泵進(jìn)行停運(yùn)解體檢查，未發(fā)現(xiàn)任何結(jié)垢情況，如圖2所示。

圖2 32號石膏脫水機(jī)真空泵內(nèi)部情況Fig.2 Internal condition of vacuum pump of No.32 gypsum dehydrator

5 建議

某電廠在將脫硫用水由工業(yè)水改為高硬度的反滲透濃水和生活用水后，增大了脫硫設(shè)備發(fā)生卡澀的概率。通過此次真空泵卡澀的分析和處理，提出以下建議。

（1）設(shè)備管理人員應(yīng)定期檢查回用水系統(tǒng)有無結(jié)垢異常，并提前處理防范。

（2）盡快在回用水池出水側(cè)、三期工業(yè)廢水回用水出水母管處加裝在線pH表，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)問題。

（3）用于工質(zhì)水的回用水源pH值宜控制在6.5～8.7。