石膏脫水機真空泵卡澀原因分析及處理

孫勇，陳雪峰

（江蘇利電能源集團，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水處理后的反滲透濃水后，設備管道腐蝕、結垢現(xiàn)象也隨之出現(xiàn)。隨著國家環(huán)保政策的日益嚴格，電廠排放的粉塵、二氧化硫和氮氧化物的濃度由達標排放標準提高至超低排放標準，同時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機組脫硫用水由工業(yè)水改成反滲透濃水；4×350 MW機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，還引起石膏脫水機真空泵跳閘卡澀，影響了脫硫系統(tǒng)的安全運行[2-3]。

本文通過對該廠石膏脫水機真空泵軸承表面的結垢成分和近期脫硫用水的水質(zhì)進行化驗分析，確認卡澀的原因，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號機組煙氣石灰石-石膏濕法脫硫改造工程。石膏脫水系統(tǒng)負責全廠8臺機組的吸收塔降密度處理。脫水系統(tǒng)由3臺真空皮帶脫水機以及附屬設備組成，主要包括石膏旋流器、真空皮帶脫水機、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

真空皮帶脫水機通過真空抽吸漿液達到脫水目的。漿液被送入真空皮帶脫水機的濾布上，濾布通過橡膠皮帶進行傳送，濾液和空氣同時被抽送至真空總管內(nèi)，進入氣液分離器進行氣水分離，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，進口流量為8400 m3/h，吸入側壓力為-400 mbar。石膏脫水機真空泵的葉輪被偏心安裝在泵體中，葉片朝著旋轉方向彎曲，當葉輪旋轉時，進入泵體的水被葉輪拋向四周，形成一個與泵腔形狀相似的偏心封閉水環(huán)。在泵的連續(xù)運轉過程中，氣體通過泵體入口進入，然后進入倒葉輪，隨著葉輪的轉動，經(jīng)膨脹、壓縮后從側盤出口排出，實現(xiàn)連續(xù)抽氣[6]。

2 故障過程及初步處理

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

33號石膏脫水機跳閘后，所有石膏脫水機均因故障停運，全廠7臺鍋爐運行，硫份高，吸收塔漿液密度均已達到或超過控制上限。運行人員恢復31號石膏脫水機運行，將石膏脫水機真空泵水源切換至工業(yè)水（即三期工質(zhì)水箱補水切換至工業(yè)水）；31號石膏脫水機僅供4×350 MW機組降吸收密度和4×650 MW各臺機組做拋漿處理，并申請使用事故噴淋設備，對吸收塔進行補水，控制吸收塔漿液密度，確保吸收塔安全運行。經(jīng)過上述處置后，各臺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號石膏脫水機真空泵端蓋拆除，檢查發(fā)現(xiàn)泵體內(nèi)結垢現(xiàn)象嚴重，進行垢樣溶解分析試驗，經(jīng)藥劑清洗處理后于15日00：57恢復運行。

3 原因分析

石膏脫水機真空泵內(nèi)部結垢情況見圖1，對其進行酸溶解試驗，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。用復合酸加緩蝕劑進行溶解試驗，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），造成膏濾真空泵動靜部分的間隙逐漸變小，最終使葉輪端面和側蓋間隙變小，真空泵卡澀無法啟動[7]。

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

循環(huán)水的水質(zhì)變差和運行溫度過高是造成真空泵結垢的主要原因。硬度高的循環(huán)水進入真空泵后，隨泵的旋轉在泵體內(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)進一步劣化[9]。

真空泵內(nèi)有氨味，取樣確認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，增加結垢的可能性，即使水池內(nèi)無氨，在真空泵內(nèi)氨也會揮發(fā)進入氣相空間，凝結形成氣側液滴，進一步加劇結垢。真空泵卡澀停運后，刮取垢樣，采用X射線熒光光譜法對進行主要化學成分分析，結果如表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)垢樣化學成分質(zhì)量分數(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%，結合垢樣加鹽酸后反應劇烈，基本溶解，并產(chǎn)生大量無色無味的二氧化碳氣泡，可以推斷此垢樣的主要成分為碳酸鈣（質(zhì)量分數(shù)在90%以上）。正常情況，真空泵接觸呈中性的氣液混合物時，垢層生長速度相對較為緩慢；而當氣液混合物中含有氨時（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)水的水源回用時間（2019年12月調(diào)試投運），發(fā)現(xiàn)真空泵的結垢與工業(yè)廢水回用的時間吻合，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除垢、機械除垢和物理除垢。化學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。機械除垢主要是真空泵解體后，對結垢部件進行噴砂打磨，解體工作量大，花費時間長。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，因而選用低濃度復合酸浸泡清洗除垢[12]。復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合酸5.56 L、水44.44 L、緩蝕劑150 mL。根據(jù)設備實際容積，需加入清洗藥劑9桶，采取虹吸方式進行現(xiàn)場加藥，浸泡清洗時間為5～6 h，每隔0.5 h將泵體盤動一次，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，整個流程耗時約16 h。

4.2 除垢效果

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

圖2 32號石膏脫水機真空泵內(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）設備管理人員應定期檢查回用水系統(tǒng)有無結垢異常，并提前處理防范。

（2）盡快在回用水池出水側、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。