(新疆玛纳斯发电有限责任公司新疆昌吉832200)
摘要:湿法烟气脱硫装置已成为国内外火电厂烟气脱硫的主导装置。在提高烟尘脱硫设备的经济性和SO2脱除效率过程中,循环浆液泵做为石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置中的关键设备,其作用是向喷淋装置不间断提供浆液,受工作环境恶劣等原因的影响,普遍存在主要过流部件腐蚀严重,存在使用周期短,维护费用高等问题。
关键词:腐蚀;汽蚀;修复;换型;运行调整
1设备基本状况
我厂2×300MW机组配套的烟气脱硫装置采用石灰石/石膏湿法脱硫工艺,一炉配一塔,每个吸收塔布置三层喷淋层,三台浆液循环泵,其主要作用是通过浆液与烟气对流降低烟气温度和吸收烟气中的SO2,浆液循环泵为五二五泵业生产的LC500/630型耐腐蚀离心泵。在装6台,该泵主要由泵壳、前泵盖、叶轮、机封、后泵盖、耐磨板、传动总成等部分构成,前泵盖的材质为2605N,叶轮、耐磨板的材质为Cr30A。
由于运行工况极度恶劣,复杂的固液双项介质对其主要过流部件腐蚀、汽蚀严重。新备件使用周期较短(泵盖1年、耐磨板、叶轮2.5年),仅前泵盖截至目前共累计更换24台次,后泵盖累计3次,目前拆下的3件旧叶轮、泵盖(3件)局部已冲蚀贯通,叶根有大量冲蚀孔坑、裂纹,筋板严重冲刷减薄,均无法继续使用。由于备品昂贵,3件旧叶轮总计近17万元,3件旧泵盖近16万、共计33万,修复费用仅为原价1/3,从节能降耗角度仍有很大利用价值。
2浆液循环泵磨损原因分析
在湿法脱硫工艺中,浆液循环泵运行主要磨损的原因主要有:自身设计方面缺陷、设备运行工况、化学腐蚀等方面方面原因。
(1)早期的泵盖设计存在缺陷,LC500/630旧版结构中前泵盖和叶轮是直接接触的,前泵盖与泵壳接口处存在变径问题,泵盖的材质为2605N(硬度为HRC25),而叶轮的材质为Cr30A(硬度为HRC43-49),Cr30A比2605N更硬一些,叶轮的旋转导致浆液对前泵盖变径处产生涡流,脱硫浆液中含有大量固体颗粒,主要是烟气飞灰、亚硫酸钙、硫酸钙、酸不溶物等,尤其是来自石灰石粉等不溶物,具有较强的冲刷磨损特性,磨损加剧。
(2)吸收塔浆液PH值一般为4.5至5.5,如果运行控制不当PH值还可能更低,浆液中Cl—在脱硫反应中不断富集,具有极强的腐蚀性。浆液中Cl—过高会使脱硫系统中引起金属腐蚀和应力腐蚀,由于Cl—半径小,穿透能力强,很容易穿透不绣钢Cr、Ni氧化膜内的极小孔隙,到达金属表面,并与金属相互进行化学反应形成了可溶性化合物,使氧化膜的结构发生变化,金属产生腐蚀导致浆液循环泵前泵壳磨损严重。
(3)浆液循环泵输送的脱硫浆液为气、液、固多相流,吸收塔底部进行氧化曝气,使进入循环泵的浆液携气量偏大,极有可能产生汽蚀。含气量超过3%时,泵的运转性能将出现陡降,气蚀是指泵在运转时,若其过流部分的局部区域(通常是叶轮叶片进口稍后处)因为某种原因,抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时,液体便在该处开始汽化,产生大量蒸汽,形成气泡,在气泡凝结破裂的同时,液体质点以很高的速度填充空穴,在此瞬间产生很强烈的水击作用,打击金属表面,冲击应力可达几百至几千个大气压,冲击频率高,在泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程。
3防腐治理措施
3.1补焊修复
早期的前泵盖设计存在一定的缺陷,由于前泵盖的材质为2605N比叶轮的材质为Cr30A更硬,前泵盖首先被腐蚀、磨蚀损坏,我厂将泵盖重新补焊修复再利用,但该材质叶轮存在叶片热应力不均炸裂问题无法进行现场修复,修复的旧泵盖,使用寿命最多为7-8个月,修后泵盖变形严重必须进行扩定位螺孔、密封端面车削后方可使用,由于堆焊热变形量无法控制,车削的加工余量每次减少,泵盖堆焊3-4次后可能因无加工余量导致泵盖报废。
3.2泵盖换型改造
目前最先进的浆液循环泵的前泵盖已换型3代。早期为前泵盖+耐磨板的第一代,第二代为改进型耐磨板+改进型前泵盖配置。LC500/630旧版结构中前泵盖和叶轮是直接接触的,新版结构中前泵盖和叶轮不再是直接接触的,耐磨板对叶轮入口处进行了整体“包裹”,避免了叶轮和前泵盖直接接触形成的磨损,耐磨板的材质为Cr30,这种结构的改进使前泵盖的磨损要小了很多。换型后的前泵盖由于气蚀冲刷位置前移转而磨损耐磨板,使前泵盖使用周期大大提升,由于耐磨板本身的使用周期为前泵盖的2倍,而价格仅为前泵盖1/2,以牺牲耐磨板来保全前泵盖的做法,使换型改造的经济效益十分显著。
改造前改造后
在机组检中先对1台浆液循环泵进行换型改造试验,2年后运行良好,前泵盖未见结晶渗漏。以6台泵2年消耗前泵盖为例计算:旧的泵盖6台泵2年需更换12个泵盖×55000元=66万元,改进型前泵盖为:6台泵2年只需更换6个前泵盖×55000元=33万元经济效益显著。
3.3运行调整
(1)针对浆液冲刷磨蚀,应控制好石灰石的品质,减少杂质含量,杂质在高速流动过程中具有极强的磨蚀是重要影响因素;应通过运行调整或含尘浓度,不应使脱硫系统担负除尘功能。过程中时运行人员应时刻关注石膏浆液密度,降低烟气含尘浓度,加强运行监控和调整等措施,能够有效缓解浆液对过流部件造成的冲刷磨损。
(2)避免浆液循环泵汽蚀,由于浆液为固液双相流体,浆液喷淋、氧化曝气、搅拌器搅拌等多重因素还会导致吸收塔泛泡溢流。造成浆液带气,增加了泵内发生汽蚀的几率,汽泡迅速形成和溃灭并对金属形成连续水击,最终使过流部件表面发生破坏。
(3)运行中控制吸收塔液位不能太低,太低时保护退浆液循环泵。
(4)吸收塔内的氧化空气曝气口应远离浆液循环泵入口。
(5)吸收塔定期检修时,重点检查循环泵入口滤网堵塞进行清理。
(6)靠近循环泵入口的搅拌器必须正常投运。
结语:浆液循环泵是湿法脱硫系统中核心设备,运行工况十分恶劣,主要过流部件频繁破损,严重影响了脱硫装置安全连续运行的同时加大了企业环保压力,为此只有不断的从技术改造、运行调整等方面狠下功夫,探究腐蚀原因,创新调整方法、挖掘修复工艺材料及技术,才能不断地延长其部件的使用寿命,进一步降低运维费用,为发电企业创造更大的价值。
参考文献:
[1]中国华电工程(集团)有限公司组编《大型火电设备手册-除灰与环保设备》中国电力出版社
作者简介:
作者:董海涛,工作单位:新疆玛纳斯发电有限责任公司,部门:生产技术部,现任工作职务:生产技术部主任工程师,职称:助理工程师