黃藝輝 廣東能源集團(tuán)天然氣有限公司

1 故障現(xiàn)象描述

火電廠引風(fēng)機(jī)作用是將鍋爐中的煙氣及時(shí)排出，包含一套潤(rùn)滑系統(tǒng)和一套液壓系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)主要功能是潤(rùn)滑風(fēng)機(jī)軸承，液壓系統(tǒng)功能是調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片開度。在近幾次檢修中發(fā)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)油箱和液壓缸中存在異物，油箱中的異物形態(tài)為黑色沉積物，呈油泥狀；液壓缸中的異物形態(tài)為黑色硬質(zhì)垢物，且垢物量很大。

2 檢測(cè)分析方案

為找出引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)中異物的成分和來源，對(duì)不同樣品制定了不同的檢測(cè)方案，各樣品檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)目的見表1。

表1 各樣品檢測(cè)項(xiàng)目及目的

3 檢測(cè)結(jié)果及分析

3.1 檢測(cè)結(jié)果

3.1.1 油樣檢測(cè)結(jié)果

對(duì)出現(xiàn)異物的引風(fēng)機(jī)液壓油箱及液壓缸的在用油樣品進(jìn)行檢測(cè)分析，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

表2 在用油樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)

油樣檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)存在的問題一是油品污染較嚴(yán)重，一方面表現(xiàn)在污染度等級(jí)較高，#2引風(fēng)機(jī)樣品已達(dá)到嚴(yán)重偏高程度；另一方面鐵譜分析中有大量油泥顆粒物。問題二是磨損金屬元素Fe、Cu、Pb含量出現(xiàn)超標(biāo)。

3.1.2 沉積物檢測(cè)結(jié)果

對(duì)#2引風(fēng)機(jī)液壓油箱中的沉積物進(jìn)行了XRD成分分析表明，黑色沉積物主要成分為CaSO4·2H2O。

圖1 #2引風(fēng)機(jī)沉積物樣品XRD分析

3.1.3 垢物檢測(cè)結(jié)果

（1）紅外光譜分析

對(duì)液壓缸中垢物樣品不同組份進(jìn)行紅外光譜測(cè)試以確定其主成分。通過垢物整體紅外光譜圖及匹配圖確定其主要成分為硫酸鈣，有烷烴的信息；通過垢物可溶于氯仿成分紅外光譜圖及匹配圖確定其主要成分為長(zhǎng)鏈烷烴；通過垢物不溶于氯仿成分紅外光譜圖及匹配圖確定其主要成分為硫酸鈣。

（2）XRF檢測(cè)

垢物XRF測(cè)試結(jié)果見圖2，通過XRF分析知，垢物中含有大量的Zn、Ca、S、Fe、Mn元素。

圖2 XRF檢測(cè)結(jié)果

（3）XRD檢測(cè)

通過對(duì)垢物中氯仿不溶物XRD測(cè)試和XRD分析，垢物中氯仿不溶物主要成分為帶結(jié)晶水的硫酸鈣。

（4）TGA測(cè)試

垢物TGA測(cè)試結(jié)果見下圖3，通過TGA分析知，垢物在182℃附近為帶結(jié)晶水的硫酸鈣失去水分的失重，376℃左右為長(zhǎng)鏈烷烴的失重峰。

圖3 TGA測(cè)試結(jié)果

3.2 檢測(cè)結(jié)果分析

通過上面分析可知，引風(fēng)機(jī)液壓油箱中的沉積物和液壓缸中的垢物成分基本一致，都為硫酸鈣（CaSO4）或帶結(jié)晶水的硫酸鈣（CaSO4·2H2O）。只是兩者形態(tài)上有差別，油箱中的CaSO4·2H2O為油泥狀的軟態(tài)，而液壓缸中的CaSO4、CaSO4·2H2O為橡膠狀的硬態(tài)。

3.2.1 異物可能來源分析

由于引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)所用的潤(rùn)滑油（美孚DTE25）本身不可能在使用條件下生成CaSO4、CaSO4·2H2O這些無機(jī)化合物，因而CaSO4、CaSO4·2H2O只可能來源于外界的侵入。在整個(gè)鍋爐系統(tǒng)中與鈣（Ca）有關(guān)的物質(zhì)，一是脫硫系統(tǒng)用到的石灰石（CaCO3），二是燃煤中的氧化鈣（CaO），而引風(fēng)機(jī)位于靜電除塵器與脫硫系統(tǒng)之間，參見圖4。因而脫硫系統(tǒng)中的Ca不太可能進(jìn)入到引風(fēng)機(jī)中，剩下唯一來源就是燃煤中的Ca。

目前大多燃煤電廠都實(shí)施了污染物超低排放，本電廠已實(shí)施采用的煙塵超低排放技術(shù)主要包括低低溫除塵器、濕式電除塵、高效除霧器等技術(shù)；NOx超低排放技術(shù)采用選擇性催化還原技術(shù)（SCR）。其中，SCR脫硝系統(tǒng)采用高活性礬鈦基催化劑，現(xiàn)有SCR脫硝技術(shù)配置主要采用2層且預(yù)留1層備用層催化劑的方式，已啟用備用層催化劑脫硝的方法，催化劑用量的增加必然會(huì)提高煙氣中SO3的轉(zhuǎn)化率（SO2+O2→SO3）。

此外，為提高電除塵器的除塵效率，燃煤電廠均在其進(jìn)口安裝低溫?zé)煔鈸Q熱器，使得進(jìn)入引風(fēng)機(jī)的煙氣溫度降低至90～100℃，甚至80～90℃，且煙氣溫度還與機(jī)組負(fù)荷相關(guān)，機(jī)組負(fù)荷越低，出口煙溫也越低。

據(jù)此，引風(fēng)機(jī)位置處CaSO4、CaSO4.2H2O一種可能的生成途徑是：原煤中的CaO經(jīng)鍋爐燃燒生成的CaO顆粒一方面與煙氣中的SO2、O2反應(yīng)可直接生成CaSO4，參見式 （1）；此外，CaO顆粒在引風(fēng)機(jī)位置處與硫酸酸霧反應(yīng)也可生成CaSO4，參見式 （2）。

3.2.2 CaSO4顆粒侵入途徑分析

引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)是一個(gè)正壓系統(tǒng)，工作油壓5MPa左右，正常情況下外界顆粒物不能侵入液壓系統(tǒng)中?？紤]到實(shí)際液壓缸中生成的垢物量很大，分析外界CaSO4顆粒物侵入引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)有以下幾種途徑。

（1）液壓缸活塞桿密封處侵入

引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)的作用是通過液壓缸調(diào)節(jié)葉片的開度，液壓缸是液壓系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件，工作過程中活塞桿裸露在外直接和環(huán)境接觸，考慮到引風(fēng)機(jī)煙氣環(huán)境惡劣，且部分CaSO4顆粒物尺寸在亞微米級(jí)別，因而即使防塵圈和密封件完好，隨著活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)不可避免地將外界污染物帶入缸內(nèi)。且惡劣的外部粉塵環(huán)境也會(huì)加速密封件的磨損，隨著密封件從而進(jìn)一步增加外部污染物侵入的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）活塞密封處侵入

液壓缸的泄漏途徑包括外泄漏和內(nèi)泄漏兩種。外泄漏指液壓缸缸筒與端蓋、缸底、油口、端蓋與活塞桿處等外部的泄漏，它們之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其密封裝置稱為靜密封。一旦密封損壞泄漏，易從外部直接觀察出。內(nèi)泄漏是指液壓缸內(nèi)部高壓腔的壓力油向低壓腔滲漏，它發(fā)生在活塞與缸內(nèi)壁、活塞內(nèi)孔與活塞桿連接處，即液壓缸的外筒與活塞之間、端蓋與活塞桿之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其密封裝置稱為動(dòng)密封，一旦動(dòng)密封損壞，液壓缸就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)泄漏，且從活塞桿靜密封處侵入的外部污染物就能到達(dá)液壓缸內(nèi)部，內(nèi)泄漏不能直接觀察到。油液的污染狀況與液壓缸動(dòng)密封磨損失效密切相關(guān)，當(dāng)油中顆粒物進(jìn)入到密封與缸筒內(nèi)壁之間的密封面內(nèi)時(shí)，顆粒對(duì)密封件表面產(chǎn)生磨粒磨損；流經(jīng)密封的泄漏油液對(duì)密封件表面產(chǎn)生沖蝕磨損，形成微小溝槽。磨粒磨損和沖蝕磨損兩種機(jī)制作用的結(jié)果導(dǎo)致液壓缸密封性能的失效。而從引風(fēng)機(jī)在用液壓油污染度檢測(cè)結(jié)果看，污染度等級(jí)偏高，表明油中污染顆粒物數(shù)量偏高。

（3）經(jīng)管道進(jìn)入油箱中

侵入液壓缸靜密封和動(dòng)密封的污染顆粒物，會(huì)隨著液壓油在引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)里的流動(dòng)沉積到油箱中，形成引風(fēng)機(jī)液壓油箱中的沉淀物。

4 結(jié)語(yǔ)

通過檢測(cè)分析，確定引風(fēng)機(jī)液壓油箱和液壓缸中的異物成分基本一致，都為CaSO4或CaSO4·2H2O。

CaSO4、CaSO4.2H2O的來源主要和超低排放改造中使用的選擇性催化還原技術(shù)（SCR）和低低溫除塵技術(shù)有關(guān)。選擇性催化還原技術(shù)（SCR）導(dǎo)致煙氣中SO3濃度增高；低低溫除塵技術(shù)導(dǎo)致煙氣溫度大幅降低至酸露點(diǎn)，帶來煙氣中H2SO4酸霧濃度增高，從而生成更多的CaSO4顆粒物。此外，機(jī)組負(fù)荷不夠也會(huì)帶來煙氣溫度偏低。

CaSO4顆粒物侵入引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)最可能的途徑是從液壓缸活塞缸密封處，惡劣的粉塵環(huán)境和密封失效都會(huì)帶來污染顆粒物的侵入；此外，活塞環(huán)動(dòng)密封處也是顆粒物侵入的位置。

引風(fēng)機(jī)液壓油箱中的沉積物和液壓缸中的垢物之所以形態(tài)有差異，主要原因在于溫度差異，油箱中的溫度較低（約40℃），CaSO4顆粒物呈油泥狀軟態(tài)；液壓缸中的溫度較高（90℃以上），CaSO4顆粒物呈橡膠狀硬態(tài)。