1前言

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)（FGD）被廣泛應(yīng)用于燃煤電廠，目前已經(jīng)發(fā)展成為國內(nèi)外最成熟、主導(dǎo)性的火電廠煙氣脫硫工藝技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國已投產(chǎn)的火電廠脫硫裝置中90%以上采用該工藝技術(shù)。漿液循環(huán)泵是FGD 主要的核心設(shè)備之一，其運(yùn)行狀況不僅可以直接影響系統(tǒng)的脫硫效率，更與系統(tǒng)的能耗問題密切相關(guān)，其電耗占脫硫系統(tǒng)總電耗50%左右。目前大唐華東區(qū)域的電廠由于燃煤硫份均在1%左右，脫硫采用的超低改造方案均為：在入口煙道與第一層噴淋層之間新增氣流均布裝置，并按照需要新增噴淋層與循環(huán)泵、改造噴淋層噴嘴為高效噴嘴，保證覆蓋率達(dá)到300%，即可保證脫硫出口SO2達(dá)到35mg/m3的排放限值。脫硫裝置的改造也伴隨著漿液循環(huán)泵的電流、出口壓力出現(xiàn)異常引起脫硫性能的下降。此外，在保證脫硫效果達(dá)到環(huán)保要求的前提下，漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式的優(yōu)化控制對(duì)于脫硫系統(tǒng)具有重要的經(jīng)濟(jì)效益。

2漿液循環(huán)泵運(yùn)行異常案例

某電廠機(jī)組于2016年6月完成了超低排放改造，拆除并更換原有3層噴淋層，新增一層噴淋管及噴嘴。新增一臺(tái)漿液循環(huán)泵，原有3臺(tái)漿液循環(huán)泵泵頭利舊，減速機(jī)及電機(jī)更換。改造后的漿液循環(huán)泵和新增漿液循環(huán)泵與電廠現(xiàn)有設(shè)備品牌一致。漿液噴淋管組采用FRP材質(zhì)，噴嘴為空心錐型碳化硅噴嘴。4臺(tái)漿液循環(huán)泵的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。

表1 四臺(tái)漿液循環(huán)泵設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1故障情況

該機(jī)組脫硫系統(tǒng)自2016年完成超低排放改造后，各臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行穩(wěn)定，于2017年7月出現(xiàn)出口壓力、電流異常現(xiàn)象，通過查閱曲線，脫硫性能也有所下降，具體情況如下：

2.1.1 A漿液循環(huán)泵出口壓力驟降，電流穩(wěn)定

該機(jī)組脫硫系統(tǒng)自2016年完成超低排放改造后，各臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)出口壓力突變的現(xiàn)象。7月22日12:00，A泵運(yùn)行出口壓力驟降0.04MPa，出口壓力均值由0.26MPa降至0.22MPa，并以此壓力運(yùn)行至今，而該期間A泵電流維持穩(wěn)定，如圖1所示。

圖1 A泵電流、出口壓力參數(shù)曲線圖（注：紅線為A泵出口壓力曲線，綠線為電流曲線）

2.1.2 C漿液循環(huán)泵電流下降，出口壓力升高

通過對(duì)比6月份與7月份ABCD四臺(tái)泵的電流曲線，如圖2與圖3所示，紅線代表泵電流曲線，綠線代表B泵電流曲線，紫線代表C泵電流曲線，藍(lán)線代表D泵電流曲線。由各電流曲線的間距可以看出，相較于ABD三臺(tái)泵電流曲線，C泵電流值降低幅度最大。

進(jìn)一步對(duì)比4臺(tái)泵的出口壓力變化情況，由圖5、圖6出口壓力曲線看出（紅線代表A泵出口壓力曲線，綠線代表B泵出口壓力曲線，紫線代表C泵出口壓力曲線，藍(lán)線代表D泵出口壓力曲線），6月至7月，BD兩臺(tái)泵運(yùn)行期間出口壓力均值未發(fā)生明顯變化，而C泵于7月10日以后有呈現(xiàn)階梯升高的趨勢(shì)。

綜上所述，C泵呈現(xiàn)電流下降，出口壓力升高的異常現(xiàn)象。

圖2 4臺(tái)泵電流參數(shù)曲線（06.28-06.30）

圖3 4臺(tái)泵電流參數(shù)曲線（07.22-07.27）

圖4 4臺(tái)泵出口壓力曲線（06.01-07.31）

圖5 C泵出口壓力曲線（06.01-09.08）

2.1.3 A、C漿液循環(huán)泵對(duì)脫硫效率貢獻(xiàn)值不合邏輯

ABCD四臺(tái)泵對(duì)應(yīng)噴淋層由下至上分別為ABCD，若各泵正常運(yùn)行，且噴淋層無損壞時(shí)，位于底層的A噴淋層噴嘴霧化后的漿液與煙氣接觸的效果有限，而上層噴淋層漿液與煙氣接觸時(shí)間較長，所以理論上C泵相對(duì)于A泵對(duì)脫硫效率的貢獻(xiàn)較高。

8月16日，在負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定的前提下，先后停運(yùn)A、C兩臺(tái)泵，比較二者對(duì)脫硫效率的貢獻(xiàn)率。如圖6所示（紅線代表A泵電流曲線，綠線代表C泵電流曲線，紫線代表負(fù)荷曲線，亮藍(lán)線代表脫硫出口SO2濃度曲線，淺藍(lán)線代表脫硫進(jìn)口SO2濃度曲線），15點(diǎn)15分，脫硫進(jìn)口SO2濃度1750mg/m3，停運(yùn)A泵，出口SO2濃度由20mg/m3升高至70mg/m3，A泵開啟后，出口SO2濃度由70mg/m3降至20mg/m3。15點(diǎn)25分，脫硫進(jìn)口SO2濃度1800mg/m3，停運(yùn)C泵，出口SO2濃度由20mg/m3升高至40mg/m3左右，C泵開啟后，出口SO2濃度由40mg/m3降至20mg/m3。由此得出，A泵相對(duì)于C泵對(duì)脫硫效率的影響更為顯著。與理論分析結(jié)果“C泵相對(duì)于A泵對(duì)脫硫效率的貢獻(xiàn)較高”相違背。

圖6 A、C泵電流曲線圖（08.16）

2.2漿液循環(huán)泵問題分析

2.2.1 A漿液循環(huán)泵出口壓力驟降、電流穩(wěn)定問題分析

離心泵工作點(diǎn)時(shí)的流量與壓頭（揚(yáng)程）即是泵提供的流量與壓頭，二者可直接影響泵的工作性能。其中：

（1）泵的流量是指單位時(shí)間內(nèi)排到管路系統(tǒng)的液體體積，一般用Q表示。泵的流量大小影響因素有：泵的結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速，以及密封裝置的可靠程度。泵的流量取決于泵的結(jié)構(gòu)尺寸(主要為葉輪的直徑與葉片的寬度)和轉(zhuǎn)速等。工作時(shí)，泵實(shí)際所能輸送的液體量還與管路阻力及所需壓力有關(guān)。

（2）泵的揚(yáng)程（壓頭）是指泵對(duì)單位重量（1N）液體所提供的有效能量，一般用H表示。泵的揚(yáng)程大小取決于泵的結(jié)構(gòu)，如葉輪直徑的大小，葉片的彎曲情況等、轉(zhuǎn)速。

泵的流量與揚(yáng)程存在如下關(guān)系式：

（1）

式中：H——水泵的實(shí)際揚(yáng)程；Hx——水泵在Q=0所產(chǎn)生的揚(yáng)程，也就理論揚(yáng)程，一般跟功率有關(guān)；Sx——水泵的內(nèi)部摩阻；Q——水泵的流量。對(duì)于給定的水泵，Hx和Sx是不變的，由（1）式知，當(dāng)水泵在實(shí)際運(yùn)行時(shí)揚(yáng)程H減小時(shí)，水泵流量增大。

此外，二者關(guān)系也可通過以下關(guān)系式表現(xiàn)：

（2）

式中：γ——介質(zhì)重度，與介質(zhì)密度ρ有關(guān)，γ=ρg；H——水泵的實(shí)際揚(yáng)程；Q——水泵的流量；η——水泵的效率；N——水泵的軸功率，與泵的電流正相關(guān)。

經(jīng)分析，A泵出現(xiàn)出口壓力驟降的現(xiàn)象。原因如下：

噴淋母管斷裂或噴淋層存在脫落現(xiàn)象。由于A泵出口壓力減小（可視為揚(yáng)程減小），而電流維持穩(wěn)定。由（1）、（2）式均可推出該泵的流量增加。當(dāng)噴淋層脫落后，因沿程阻力下降，泵的工作點(diǎn)會(huì)下移，流量會(huì)增大，揚(yáng)程會(huì)降低。因此噴淋母管斷裂或噴淋層的脫落均可造成A泵出現(xiàn)出口壓力驟降、電流維持穩(wěn)定的現(xiàn)象。

2.2.2 C漿液循環(huán)泵電流下降，出口壓力升高問題分析

實(shí)際運(yùn)行中，吸收塔漿液液位和密度是運(yùn)行當(dāng)中需頻繁調(diào)整的兩個(gè)參數(shù), 液位決定循環(huán)泵入口的壓頭, 對(duì)循環(huán)泵吸入的體積量有一定的影響；漿液密度決定著循環(huán)泵在吸入一定體積流量的漿液條件下輸送的質(zhì)量大小。從理論上講, 上述兩個(gè)運(yùn)行參數(shù)均對(duì)循環(huán)泵電流的大小有一定的影響。

吸收塔漿液液位和密度共同影響著4臺(tái)循環(huán)泵的電流值。通過分析，相對(duì)于ABD三臺(tái)泵，C泵電流下降最為明顯，所以C泵電流下降的主要原因不是由吸收塔漿液液位和漿液密度的變化引起的。

由于C泵存在著電流下降同時(shí)出口壓力升高的現(xiàn)象，由公式（2）得出，該泵的軸功率下降，揚(yáng)程升高，則流量下降。若循環(huán)泵母管堵塞或者噴淋層噴嘴堵塞，均會(huì)造成漿液流量降低，電流下降的現(xiàn)象。

2.2.3 A、C漿液循環(huán)泵對(duì)脫硫效率貢獻(xiàn)值不合邏輯問題分析

ABCD四臺(tái)泵對(duì)應(yīng)噴淋層布置方式為：由下至上分別為ABCD，各層噴淋層間距為2m。若各泵正常運(yùn)行，且噴淋層無損壞的前提下，位于底層的A噴淋層噴嘴霧化后的漿液與煙氣接觸的時(shí)間有限，而上層噴淋層漿液與煙氣接觸時(shí)間較長，所以理論上C泵相對(duì)于A泵對(duì)脫硫效率的貢獻(xiàn)較高。而實(shí)際運(yùn)行顯示，A泵相對(duì)于C泵對(duì)脫硫效率的貢獻(xiàn)高。

結(jié)合2.2.1、2.2.2中的分析，由于位于底層的A噴淋層主要通過湍流傳質(zhì)作用實(shí)現(xiàn)二氧化硫的脫除，即使存在噴淋層脫落現(xiàn)象，導(dǎo)致該噴淋層接觸時(shí)間有限、霧化效果下降，但該層噴淋層仍可通過湍流作用實(shí)現(xiàn)脫硫。而C泵噴淋層主要用過逆流霧化噴淋實(shí)現(xiàn)二氧化硫的脫除，當(dāng)該層噴淋層發(fā)生堵塞，覆蓋率明顯降低，脫硫能力明顯下降。當(dāng)停運(yùn)A泵時(shí)，仍具備脫硫能力的A噴淋層無法實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫，而本身脫硫效果明顯下降的C噴淋層即使在停運(yùn)C泵后對(duì)脫硫效率的影響并不顯著，A泵對(duì)脫硫效率的貢獻(xiàn)的降幅小于C泵對(duì)脫硫效率的貢獻(xiàn)的降幅，最終呈現(xiàn)出“A泵相對(duì)于C泵對(duì)脫硫效率的貢獻(xiàn)高”的現(xiàn)象，即仍具備湍流傳質(zhì)作用的A噴淋層比逆流噴淋效果大幅度降低的C噴淋層對(duì)脫硫效率的影響更為顯著。

2.3建議

（1）建議電廠加強(qiáng)日常對(duì)漿液循環(huán)泵的沖洗與清理，利用停泵機(jī)會(huì)盡可能將母管及噴頭處漿液及異物沖洗干凈防止結(jié)塊堵塞。

（2）利用停機(jī)機(jī)會(huì)進(jìn)行徹底清理疏通并建立檢查清理檔案，計(jì)劃性停機(jī)檢修，以保證循環(huán)泵的可靠正常運(yùn)行。

（3）應(yīng)利用停機(jī)機(jī)會(huì)對(duì)噴淋層、噴淋母管進(jìn)行檢查，對(duì)脫落噴淋層、斷裂管路進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ)。

2.4問題排查與處理

機(jī)組10月底停機(jī)檢修期間，按照大唐華東院提供的結(jié)論與建議對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了問題排查，檢修發(fā)現(xiàn)A層噴淋母管發(fā)生了斷裂；B、C噴淋層發(fā)生了較大面積的堵塞，其中B噴淋層76個(gè)噴嘴堵塞，C噴淋層125個(gè)噴嘴堵塞。檢修期間，對(duì)斷裂母管進(jìn)行了修復(fù)，對(duì)堵塞噴嘴進(jìn)行了清理與疏通。11月啟機(jī)至今，通過調(diào)閱1號(hào)機(jī)組漿液循環(huán)泵電流、出口壓力曲線，如圖7、8所示（圖7：紅線代表A泵出口壓力曲線，綠線代表B泵出口壓力曲線，紫線代表C泵出口壓力曲線；圖8：紅線代表A泵電流曲線，綠線代表B泵電流曲線，紫線代表C泵電流曲線，藍(lán)線代表D泵電流曲線），由曲線看出，各泵出口壓力、電流均恢復(fù)至正常水平。

圖7 A、B、C泵出口壓力曲線（08.01-11.17）

圖84臺(tái)泵電流參數(shù)曲線（10.10-11.17）

3漿液循環(huán)泵的優(yōu)化運(yùn)行

上文中出現(xiàn)因噴淋層堵塞與脫落引起的脫硫性能下降，該故障可直接體現(xiàn)在漿液循環(huán)泵的運(yùn)行參數(shù)上。因此漿液循環(huán)泵的運(yùn)行方式至關(guān)重要，其不僅影響系統(tǒng)的脫硫效果，而且與電廠的能耗問題密切相關(guān)，通常情況，漿液循環(huán)泵電耗占脫硫系統(tǒng)總電耗50%左右。在脫硫系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，最佳的循環(huán)泵運(yùn)行組合方式必須具備以下兩個(gè)主要特征：一是凈煙氣SO2濃度低于35 mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2），完全能滿足環(huán)保達(dá)標(biāo)排放要求；二是運(yùn)行泵的總功率越小電耗越低，進(jìn)而可減少FGD 的部分能耗。因此可通過改變和優(yōu)化脫硫漿液循環(huán)泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)(即液氣比改變)與組合方式對(duì)，通過相應(yīng)測(cè)試結(jié)果，找出不同負(fù)荷條件下的最優(yōu)運(yùn)行方式以達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的效果。