脱硫循环泵腐蚀环境分析及应对措施

泵的汽蚀部位一般在叶轮的进口或出 口，汽蚀与浆液腐蚀同时作用，将大大缩短 过流部件的使用寿命，影响浆液循环泵的运 转性能，引起噪声和振动。为避免汽蚀产生，
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2009 年中国电机工程学会年会
在浆液循环泵设计和运行维护中应注意以 下几方面：
（1）合理设计浆液循环泵和浆液系 统，尽可能避免出现涡流和浆液扰动。
[ 2 ] 郭东明. 脱硫工程技术与设备. 北京：化学工业出版社， 2007. [ 3 ] 杨道武，朱志平，李宇春，周琼花. 电化学与电力设备 的腐蚀与防护. 北京：中国电力出版社，2004.
协同作用，对过流部件形成更具危害的湍流 磨蚀和空穴磨蚀。浆液循环泵要在这一工况 下长期运行，就必须在系统设计、设备选型、
3. 浆液循环泵典型问题
强磨损性、强腐蚀性和汽蚀性是脱硫
在湿法脱硫工艺中，浆液循环泵运行 主要面临三个问题。首先，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 的 Al2O3、SiO2 等酸不溶物，具有较强的冲刷 磨损特性。其次，吸收塔塔底浆液 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，浆液具有极强的腐蚀性。第三，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。当液 体中含气量超过 3%时，泵的运转性能将出现 陡降，一方面影响系统正常运行，另一方面 大大缩短泵的使用寿命。
天津一热地处城市中心，根据天津市地 方标准，火电厂锅炉 SO2 排放浓度不得超过 100mg/m3。为适应环保要求，2005 年厂内开 工建设 3×220T/H 锅炉烟气脱硫装置，采用 石灰石-石膏湿法脱硫工艺，集中处理#9、 #10、#11 三台锅炉烟气，设计脱硫效率 95.5% 以上。2006 年 10 月，脱硫系统通过 168 小 时试运和环保验收，正式投入运行。表 1 列 出了脱硫系统的主要设计参数。
环境的成因及影响因素，在运行和维护中需要注意的问题以及采取的措施，可供相关技术人员参考。
关键词：烟气脱硫；浆液循环泵；腐蚀
取的措施，可供相关技术人员参考。 据统计，2008 年底我国火电厂脱硫装机
容量已达到 3.79 亿千瓦，约占火电机组装 1. 系统简介
机总容量的 66%，随着脱硫技术的广泛应用， 如何有效提高脱硫设备管理水平，减少脱硫 系统非计划停运，已成为各个电厂思考和关 注的重要课题。与传统电力设备相比，脱硫 系统更像一座化工厂，在设备管理中有很多 新问题值得关注。浆液循环泵是脱硫系统的 关键性设备，笔者以国电天津第一热电厂 （以下简称天津一热）为例，介绍了浆液循 环泵磨损、汽蚀和腐蚀环境的成因及影响因 素，在运行和维护中需要注意的问题以及采
（2）吸收塔内的氧化空气曝气口，应 远离浆液循环泵入口，防止气泡直接被吸入 浆液循环泵。
（3）吸收塔定期检修时，重点检查循 环泵入口滤网，因为运行一定时间后，滤网 大都会发生局部堵塞，必须进行彻底清理。
（4）靠近循环泵入口的吸收塔搅拌器 必须正常投运，如出现故障应及时处理，否 则该处石膏不断沉积结垢，有可能堵塞泵入 口。
第三，脱硫系统运行过程中，运行人 员应时刻关注石膏浆液密度和浆液循环泵 电流。随着脱硫反应的不断进行，浆液含固
通常汽蚀的主要原因是泵和系统设计 不当，造成泵内局部区域压力降低，流体发 生汽化，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。 脱硫浆液属于气、液、固多相流，在吸收塔 内部，浆液喷淋、氧化曝气、搅拌器搅拌等 多重因素共同作用，导致浆液携气量偏高， 增加了泵内发生汽蚀的几率。此外，当工艺 水水质很差或者锅炉燃油产物进入脱硫系 统时，浆液中会生成复杂的、带有表面活性 剂性质的有机物，其分子结构带有憎水基易 形成气泡，严重时还会导致吸收塔泛泡溢 流。
率。天津一热采用了唐山石灰石矿源，在纯 5. 避免浆液循环泵汽蚀
度合格的基础上，按照 325 目筛余 10%的要 求严格控制细度，即 90%以上的颗粒小于 44µm，由化学试验人员进行抽检。SiO2 含量 则要求小于 3.5%，按批次进行检验。
第二，应注意提高锅炉除尘器的除尘 效率。脱硫吸收塔在洗去烟气中 SO2 的同时， 也洗下了烟气中携带的大量烟尘颗粒。烟尘 颗粒进入浆液系统后，不但给浆液泵、旋流 器和浆液管道带来额外磨损，还会封闭石灰 石活性，降低脱硫剂利用率，同时影响副产 品石膏的品质。专业人员应通过运行调整或 技术改造尽可能改善除尘器性能，控制烟气 含尘浓度，不应使湿式脱硫系统担负除尘功 能。
变化，如果调整不及时，将加重浆液循环泵 运行负担，使过流部件承受更多的冲刷磨 蚀。
在脱硫运行管理中，通过控制石灰石 粉品质，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。此外，降低泵的转速也 可以大大减少冲刷磨损，但转速过低，泵的 尺寸庞大，造价也升高，应在选型时综合考 虑。
泵的叶轮、吸入盖材质为 A49 双相不 锈白口铁，前护套、后护套、后护板为天然 橡胶，均具有较强的耐腐耐磨性能。泵的机 械密封配有外接机封水，用于对机械密封冲 洗和冷却。轴承体采用油浴润滑，泵端轴承 采用进口双列圆锥滚子轴承，驱动端轴承采 用两盘圆柱滚子轴承。轴承体的迷宫套和端 盖均有迷宫槽，端盖上的迷宫槽带有回油 槽，可有效防止漏油。
果同时存在磨损和汽蚀现象，那么将加速腐 蚀造成的影响，形成危害更大的磨蚀。磨蚀 又称为冲刷腐蚀或冲蚀，是流体汽蚀、冲刷 磨损和腐蚀协同作用的结果，泵的过流部件 很可能在短期内遭到严重破坏。
为了应对极端情况下的磨蚀影响，同 时兼顾设备成本，天津一热浆液循环泵选择 “金属叶轮+衬胶泵体”的方案。天津一热 脱硫系统正常运行时，PH 值控制在 4.5— 5.5，Cl-浓度在 20000mg/L 以下，浆液温度 50—70oC。在这一工况下，循环泵的金属叶 轮选用沃曼公司 A49（Cr27.5%，Ni1.8%， Mo1.8%，HB430）铸造。由于浆液存在冲刷 磨损，提高铬（Cr）含量可有效提高叶轮硬 度，改善耐磨性能。而钼（Mo）和镍（Ni） 虽然会在一定程度上降低硬度，但钼和镍有 利于形成和修复金属表面的保护膜，抑制 Cl-的破坏作用，从而提高叶轮耐腐蚀性能。
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表 1 脱硫系统设计参数
项目
单位
设计处理烟气量 设计/校核硫份 原烟气 SO2 浓度 净烟气 SO2 浓度
原烟气温度 净烟气温度
Nm3/h %
mg/Nm3 mg/Nm3
0C 0C
参数
0.97/1.2 2122 ≤100 135 ≥80
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表 2 浆液循环泵主要技术参数
项目
单位
参数
型号
600X-
T
L
型式
R 单级单吸离心泵
轴封方式 流量 扬程
m3/h
m
机械密封 4600
18.45 / 20.15 / 21.85
转速
r/min
590
电机功率
KW
355 / 400 / 400
在湿法脱硫系统中，浆液循环泵负责将 吸收塔持液槽内的浆液输送至喷淋层，带压 浆液通过喷淋层喷嘴雾化喷出，与上升烟气 逆向接触进行脱硫反应。脱硫系统通常布置 有多台浆液循环泵，每台泵对应吸收塔中的 一个喷淋层，运行中可根据不同烟气量和
SO2 浓度对泵的投运台数进行调整。浆液循 环泵可以说是脱硫系统中的关键性设备，是 湿法脱硫工艺中流量最大、使用条件最为苛 刻的泵，浆液循环泵全停或少于一定台数运 行都将导致脱硫系统保护退运。图 1 是脱硫 工艺系统图。
净烟气离开脱硫系统
烟 气 换M 热 器
原烟气进入脱硫系统
除雾器 喷淋层
脱水装置 副产品石膏
吸 收 塔
持液槽
图 1 天津一热脱硫工艺系统图
浆液循环泵
2. 循环泵的性能参数及结构特点
天津一热脱硫系统设计有 3 台浆液循 环泵，因各自对应的喷淋层高度不同，扬程 分别为 18.45、20.15、21.85m。泵设计采用 后拆结构，主要由泵体、泵盖、叶轮、护板、 护套、吸入盖、机械密封、轴承体等部件组 成，工作部与电机采用直联方式。表 2 列出 了浆液循环泵主要技术参数。
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4. 冲刷磨损的成因及防控
量和密度逐步增大，循环泵电流也会有一定
பைடு நூலகம்
针对浆液冲刷磨蚀，首先应控制脱硫 剂石灰石粉的品质。石灰石中常见杂质有二 氧化硅（SiO2）、高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O） 和少量金属氧化物等，SiO2 也叫硅石，坚硬 难溶，石灰石粉中的 SiO2 虽然被磨得很细， 但在高速流动过程中仍然具有极强的磨蚀 性。此外，石灰石硬度和石灰石粉的细度也 是重要影响因素，石灰石粉细度通常有 250 目（61µm）、270 目（53µm）、325 目（44µm） 三个筛号，细度不够的话会增加设备磨损几
浆液循环泵的泵体、泵盖材质为球墨铸 铁，内部衬有橡胶护套。应用于脱硫系统的 橡胶衬里种类很多，主要有天然橡胶、丁基 橡胶、氯化丁基橡胶等等，天津一热循环泵 的前护套、后护套、后护板均为天然橡胶。 天然橡胶具有非常强的弹性，耐磨蚀性能优 良，特别能耐受微小颗粒物的磨损。采用中 分式橡胶内衬的泵，在拼装泵壳时较难使泵 体和泵盖的两个内胎对齐，橡胶内衬在拼接 处容易出现错位和起鼓，使蜗壳流线型差， 易于被冲刷损坏，在采购和设备监造时应引 起足够重视。
浆液所具有的特性，如不能妥善应对，将使 浆液循环泵的叶轮、护板、护套等部件寿命 缩短，给循环泵和脱硫系统正常运行带来极 大影响。根据笔者对部分电厂脱硫系统的了 解，浆液循环泵过流部件的使用寿命一般为 2-4 年，因选型或运行维护不当，有些甚至 不到一年。300MW 机组脱硫系统配套使用的 浆液循环泵，单台泵的工作部价格在 30—40 万元，过流部件出现较严重的腐蚀磨损，只 能进行更换，维护成本非常高。因此，脱硫 设备管理人员必须重视浆液循环泵的使用 和维护工作，从脱硫剂品质、运行方式调整、 设备检修维护以及备件采购等方面采取针 对性措施，消除或减缓不利因素对循环泵造 成的影响。
2009 年中国电机工程学会年会
脱硫循环泵腐蚀环境分析及应对措施
王忠凯 宋永胜 王志强
（国电天津第一热电厂，天津 300171）
摘要：浆液循环泵是湿法烟气脱硫工艺中流量最大、使用条件最为苛刻的泵，浆液循环泵全停或少于一定
台数运行都将导致脱硫系统退运。笔者以国电天津第一热电厂为例，介绍了浆液循环泵磨损、汽蚀和腐蚀
（5）运行中控制吸收塔液位不能太 低，设置吸收塔液位保护和浆液循环泵入口 压力保护，在液位偏低或泵入口压力偏低 时，保护退运浆液循环泵。
6. 腐蚀影响及材质选择
浆液循环泵用来输送酸性浆液，因此 不可避免地要面对腐蚀问题。浆液中 SO42-、 SO32-、Cl-、F-等在一定温度、湿度下会与金 属材料发生化学反应，生成可溶性盐，使设 备逐渐腐蚀破坏。Cl-来源于烟气中的 HCl， 具有很强的金属吸附能力，可以从金属表面 把氧离子挤掉，甚至可以取代已被吸附的 O2-、OH-，使金属的钝态遭到局部破坏而发 生点蚀。Cl-浓度越高、浆液 PH 值越低，越 利于点蚀的产生和发展。在腐蚀环境下，如
脱硫系统腐蚀环境。通过采取相应措施，天
津一热浆液循环泵已正常运行近 3 年，除机 参 考 文 献：
械密封定期更换外，过流部件未出现严重磨
[ 1 ] 周至祥，段建中，薛建明. 火电厂湿法烟气脱硫系统技
损腐蚀。
术手册. 北京：中国电力出版社，2006.
7. 结语
湿法脱硫工艺决定了其浆液系统具有 强磨损性、强腐蚀性和汽蚀性，浆液循环泵 运行过程中，磨损、汽蚀和腐蚀相互促进、
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除了优选防腐耐磨材质外，运行中还要 脱硫剂品质、运行方式调整等各个方面采取
注意吸收塔浆液 PH 值不能维持太低，同时 针对性措施，缓解冲刷磨损和腐蚀带来的影
定期化验浆液成分，合理产出石膏和排放废 水，有效控制浆液中的 Cl-含量，从而改善
响，避免产生汽蚀，保证浆液循环泵在较为 理想的工况下运行，延长其使用寿命。