吳國(guó)龍

（珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)廣珠發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 珠海 519000）

0 引言

廣珠發(fā)電有限責(zé)任公司2×700MW 機(jī)組分別于2000 年和2001 年建成投產(chǎn)，鍋爐為日本三菱重工（MHI）設(shè)計(jì)制造的MB-FRR 型2290t/h 亞臨界參數(shù)四角切圓燃燒強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐，燃燒為低氮直流燃燒器。設(shè)計(jì)燃煤用神府東勝煤和進(jìn)口煤煙氣脫硫FGD 系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔脫硫裝置于2006 年投入運(yùn)行。在燃用設(shè)計(jì)煤種（含硫量為0.63%，F(xiàn)GD 入口SO2濃度1299mg/m3）及校核煤種（含硫量0.80%，F(xiàn)GD 入口SO2濃度1850mg/m3）、鍋爐最大工況（BMCR），處理100%煙氣量條件下脫硫裝置的脫硫率保證值分別大于92%和91%。

為適應(yīng)燃煤硫分提高的現(xiàn)狀，以及滿足SO2排放濃度的環(huán)保要求，對(duì)原有FGD 系統(tǒng)進(jìn)行了增容改造。改造設(shè)計(jì)脫硫系統(tǒng)入口煙氣量2394820m3/h（標(biāo)態(tài)、濕基、實(shí)際O2），原煙氣SO2濃度按2200mg/m3（標(biāo)態(tài)、濕基、6% O2）設(shè)計(jì)，脫硫效率不低于97.7%，脫硫系統(tǒng)出口（煙囪入口）SO2排放濃度滿足《火電廠大氣污染排放超標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）中規(guī)定不大于50mg/m3（標(biāo)態(tài)、濕基、6% O2），年等效利用小時(shí)數(shù)不低于5500h，已于2013 年投運(yùn)。

2016 年作為超低排放改造工程配套項(xiàng)目之一，對(duì)脫硫GGH 進(jìn)行密封改造，減少GGH 煙氣泄漏而引起的SO2排放污染。FGD 系統(tǒng)共配置了6 臺(tái)RD100 型凸輪轉(zhuǎn)子泵應(yīng)用于脫硫系統(tǒng)地坑漿液輸送。其中#1、#2塔配置了4 臺(tái)凸輪轉(zhuǎn)子泵，應(yīng)用于吸收塔溢流漿液和地坑收集的其他液體回收利用。石灰石-石膏法漿液制備工藝流程配置2 臺(tái)凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵將脫水皮帶過渡漿液、汽水分離器分離的漿液，還有再循環(huán)箱回流的漿液在地坑集中再輸送到事故漿液罐，供濕磨制漿用水。在整個(gè)FGD 系統(tǒng)中，吸收塔是整體工藝過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，而橡膠包覆凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵是應(yīng)用在FGD 的重要設(shè)備，主要作用就是提供連續(xù)、儲(chǔ)存豐富的氧化劑，并確保將氧化劑均勻、有效地投入吸收塔底部。通過地坑泵的作用，煙氣中的SO2會(huì)與輸入的氧化劑充分溶解化合，并被吸收液中的堿液捕獲，從而實(shí)現(xiàn)高效脫硫效果。

1 凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵技術(shù)性能

1.1 工作原理

橡膠包覆凸輪轉(zhuǎn)子泵是一種容積泵，是國(guó)際上最先進(jìn)的流體輸送設(shè)備之一[1]，運(yùn)行過程中它是采用兩個(gè)同步運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由一對(duì)外置式同步齒輪帶動(dòng)，轉(zhuǎn)子在傳動(dòng)軸的帶動(dòng)下進(jìn)行同步反方向低速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子之間以及轉(zhuǎn)子與泵體之間互不接觸，而是形成間隙或面密封，從而構(gòu)成了較高的負(fù)壓，在進(jìn)口和出口之間形成的壓力差壓迫介質(zhì)通過泵體完成工作。適合腐蝕性和高黏度介質(zhì)的輸送。

1.2 主要結(jié)構(gòu)及參數(shù)

凸輪轉(zhuǎn)子泵主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、泵體、泵座組成，其中泵體由泵殼、橡膠凸輪復(fù)合轉(zhuǎn)子、徑、軸向耐磨襯板、泵蓋、泵軸、軸承、機(jī)封等部件組成。RDG100 凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵的主要技術(shù)參數(shù)

1.3 RDD100 型凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵特點(diǎn)

（1）可輸送汽、液、固三相混合介質(zhì)漿料，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便。

（2）可輸送的介質(zhì)黏度≤10 萬CP 和含固量達(dá)55%的漿料。

（3）三葉螺旋橡膠復(fù)合凸輪轉(zhuǎn)子與泵體之間采用無間隙設(shè)計(jì)及進(jìn)料口寬大設(shè)計(jì)，密封性好，螺旋外形密封長(zhǎng)30%，凸輪泵是容積泵，靠泵腔內(nèi)容積的變化來輸送混合漿液的泵，輸送含固體顆粒物漿液介質(zhì)通過能力較高。耐磨板設(shè)計(jì)，自吸能力強(qiáng)，適應(yīng)于含固率≤20%脫硫漿液輸送。具有耐腐蝕、抗磨損性能好[2]。

（4）采用低轉(zhuǎn)速油冷卻軸相動(dòng)、靜環(huán)式機(jī)械密封、自吸性能好。

2 FGD 系統(tǒng)內(nèi)的工況環(huán)境及腐蝕磨損機(jī)制

濕法脫硫工藝最典型的是石灰石-石膏法，工藝過程是將含有SO2的煙氣經(jīng)除塵后進(jìn)入換熱器降溫，再進(jìn)入吸收塔噴淋石灰石漿液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，然后將煙氣升溫排放。在工藝流程中，從換熱器、吸收塔（包括強(qiáng)制氧化系統(tǒng)）到煙囪的入口，腐蝕磨損都十分嚴(yán)重。煙氣中的SO2、SO3、HF 或其他有害氣體在高溫狀態(tài)下與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成相應(yīng)的酸[3]。濕法脫硫系統(tǒng)的設(shè)備磨蝕磨損機(jī)制十分復(fù)雜，包括：①SO（SO3）的腐蝕。②的腐蝕。③Cl-、F-的腐蝕。氯離子在FGD 工藝漿液中含量較少，它是引起FGD 系統(tǒng)設(shè)備腐蝕和應(yīng)力腐蝕的重要原因。氯離子有很強(qiáng)的可被金屬吸附的能力?；瘜W(xué)吸附具有選擇性，對(duì)于過渡金屬的Fe、Ni等，氯離子比氧更容易吸附在金屬表面，并把氧排擠掉，取代已被吸附的O2-或OH-，使金屬的鈍化態(tài)遭到破壞而發(fā)生孔蝕，使不銹鋼材料也會(huì)失效。由于氯化物濃縮和產(chǎn)生脫氧縫隙條件造成局部腐蝕。因此，脫硫系統(tǒng)洗滌液中不僅含有H2SO4、HCl、HF 等成分，而且含有煙氣中的中顆粒物有粉塵、脫硫產(chǎn)物及漿液流體中的大量固體懸浮顆粒，例如，使用鈣基吸收劑脫硫后漿液流體中含有的大量石膏顆粒等。氣固液三相流體的輸送過程不僅僅是純機(jī)械摩擦磨損力的作用，而是一種包括機(jī)械、化學(xué)和電化學(xué)作用的腐蝕磨損裂紋導(dǎo)致斷裂失效的全過程。三相漿液流體的輸送使金屬以水化離子的形式進(jìn)入漿液流體，湍流時(shí)，流體對(duì)金屬表面的切應(yīng)力，加劇了對(duì)金屬泵過流件的腐蝕。在漿液流體中含有大量的塵?；蛭闯龎m的固體懸浮顆粒，還含有腐蝕氣體和泡沫。對(duì)金屬設(shè)備的腐蝕磨損更為嚴(yán)重，造成凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵在運(yùn)行過程中發(fā)生過流部件因脫硫漿液腐蝕磨損故障失效。腐蝕磨損機(jī)制包括化學(xué)、電化學(xué)腐蝕、磨料磨損、沖蝕磨損和應(yīng)力磨損。它剝離了腐蝕產(chǎn)物并隨流體帶走，而后表面又會(huì)因沖蝕作用形成新的腐蝕[4]。廣珠發(fā)電廠漿液地坑泵磨損失效機(jī)制是一個(gè)較復(fù)雜的分析過程，有待在維修過程中基于實(shí)踐再做進(jìn)一步的探討，但是失效的最主要原因是漿液介質(zhì)對(duì)通流部分的沖蝕磨損和氣蝕磨損，以沖蝕磨損為主。

通常燃煤電廠FGD 系統(tǒng)中凸輪轉(zhuǎn)子地坑漿液泵的泵體設(shè)計(jì)過程中必須考慮泵用材料應(yīng)對(duì)輸送介質(zhì)的適用性（包括介質(zhì)的流速、粒徑、介質(zhì)相位和介質(zhì)的物理化學(xué)性能），同時(shí)也應(yīng)考慮泵通流部分構(gòu)件沖蝕磨損和腐蝕磨損的匹配適用性。還應(yīng)考慮通流部分磨損后最低間隙控制規(guī)范和調(diào)整修正措施[5]，其主要目的是考慮防止因沖蝕磨損和腐蝕、氣蝕磨損而造成的氣室改變流體的流道，加劇磨損的問題。

泵的工作介質(zhì)為石灰石-石膏漿液，石灰石漿液的平均密度為1153kg/m3，固體為CaSO4·2H2O（23%wt%）、CaCO3以及SiO2、Al2O3等其他固體顆粒，可溶性鹽類。石灰石漿液粉粒徑≤63μm，平均含固量≤15%，Cl-含量為20000～40000ppm，pH 為4.5～7，運(yùn)行溫度約為46.2℃，因此對(duì)泵組通流部件就會(huì)產(chǎn)生較大的磨損。泵組過流部件材料設(shè)計(jì)選材十分重要，不僅要考慮新材料必需要具有足夠的耐腐蝕性能，而且還要求其耐磨性能優(yōu)越。系統(tǒng)不同工藝部位的腐蝕磨損環(huán)境工況各不相同，如表2 所示。

表2 脫硫系統(tǒng)石灰石-石膏漿液輸送處理主要腐蝕磨損工況

3 凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵故障失效原因及對(duì)策

凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵在煙氣脫硫漿液輸送工況環(huán)境下，運(yùn)行過程中因腐蝕磨損失效故障，針對(duì)其各類故障原因、過程現(xiàn)象、故障失效機(jī)制和故障產(chǎn)生后果分析以及解決辦法進(jìn)行歸納總結(jié)，如表3 所示，以最佳的技術(shù)工藝方法確保設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。

表3 橡膠復(fù)合凸輪轉(zhuǎn)子泵故障失效分析及對(duì)策

凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵在啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)過程中必須注意的規(guī)定：①在啟動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵之前，需要確保泵的所有閥門和管道都處于正常狀態(tài)，并檢查泵的軸承滑潤(rùn)機(jī)械密封及電氣系統(tǒng)是否正常。②在啟動(dòng)地坑泵之前，需要先將泵內(nèi)的空氣排出，以免出現(xiàn)氣鎖現(xiàn)象。具體方法是打開泵體上的排氣閥門，直到泵內(nèi)沒有氣體排出為止。③啟動(dòng)地坑泵時(shí)，應(yīng)先打開進(jìn)水閥門，然后逐步打開出水閥門，直到泵進(jìn)入正常工作狀態(tài)。如果泵出現(xiàn)異常，應(yīng)立即停止運(yùn)行，并檢查分析故障原因，并排除故障。④在正常運(yùn)行中，應(yīng)定期檢查凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵的運(yùn)行狀態(tài)，包括檢查泵的運(yùn)行聲音、振動(dòng)、溫度等參數(shù)，以及管道和閥門的工作狀態(tài)等。⑤在停止吸收塔地坑泵時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉出水閥門，然后逐步關(guān)閉進(jìn)水閥門，最后關(guān)閉泵體上的排氣閥門，以避免泵內(nèi)產(chǎn)生氣鎖現(xiàn)象。

4 建議及效果

（1）珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)廣珠發(fā)電有限責(zé)任公司應(yīng)用橡膠包覆凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵在FGD 系統(tǒng)運(yùn)行過程中具有高效節(jié)能、低噪音、耐磨抗腐蝕、適應(yīng)強(qiáng)和維護(hù)方便等特點(diǎn)。學(xué)習(xí)了解凸輪地坑泵的技術(shù)性能結(jié)構(gòu)及工況維護(hù)技能，熟練掌握常見故障分析決斷措施及解決故障維修工藝控制實(shí)施再制造。熟悉維護(hù)設(shè)備的過程中的關(guān)鍵技術(shù)和工藝要點(diǎn)，勤學(xué)苦練基本功，才能確保設(shè)備的可靠性維護(hù)和安全運(yùn)行。

（2）系統(tǒng)設(shè)備的防腐蝕磨損處理，除了材料與結(jié)構(gòu)的工況環(huán)境的適用性需要改進(jìn)外，最為重點(diǎn)是關(guān)鍵設(shè)備要努力創(chuàng)新改進(jìn)和加強(qiáng)以可靠性為中心的設(shè)備維護(hù)管理。即地坑輸送的橡膠包覆凸輪轉(zhuǎn)子泵、徑向及軸向耐腐蝕防磨襯板、軸承、機(jī)封、管道等過流件的新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新材料的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用。例如，珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)廣珠發(fā)電有限責(zé)任公司FGD 系統(tǒng)在各種泵維護(hù)和檢修過程中，已經(jīng)采用了新材料防腐蝕耐磨金屬材料有雙相不銹鋼、高合金特種鋼。非金屬材料有陶瓷、玻璃鋼，高分子聚合物材料有橡膠、塑料，化學(xué)聚合物以及金屬、非金屬高分子聚合物、耐腐蝕抗磨損材料等，在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，達(dá)到節(jié)能減排增效的目的，取得明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

綜上所述，燃煤發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)漿液輸送設(shè)備過流零部件磨損腐蝕失效機(jī)制是一個(gè)較復(fù)雜的分析處理過程，有待在運(yùn)行和維護(hù)檢修過程中，基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工況環(huán)境條件不斷變化來促進(jìn)我們持續(xù)改進(jìn)和進(jìn)步。珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)廣珠發(fā)電有限責(zé)任公司橡膠包覆凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵故障失效機(jī)制最主要原因是泵運(yùn)行過程中漿液（介質(zhì)）對(duì)地溝泵過流部件的磨料沖蝕、磨損和腐蝕，以磨料磨損為主。

應(yīng)用再制造技術(shù)及時(shí)修復(fù)設(shè)備及其過流零部件，研發(fā)出適用燃為發(fā)電廠FGD 系統(tǒng)工況條件運(yùn)行的橡膠包覆凸輪轉(zhuǎn)子地坑泵耐磨抗腐蝕過流零部件新技術(shù)工藝、新材料來保障設(shè)備正常運(yùn)行。實(shí)施開展以FGD 系統(tǒng)漿液地坑泵設(shè)備的狀態(tài)維護(hù)控制，健全狀態(tài)維護(hù)制度和以可靠性為中心的設(shè)備管理，確保FGD 系統(tǒng)設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。