石膏脱水机真空泵卡涩原因分析及处理

孙勇，陈雪峰

（江苏利电能源集团，江苏 江阴 214444）

0 引言

石灰石-石膏湿法脱硫是火电厂常用的、成熟的烟气净化工艺，但随着近年来废水零排放和梯级回用的压力，脱硫系统使用的工质水由工业水变为化学水处理后的反渗透浓水后，设备管道腐蚀、结垢现象也随之出现。随着国家环保政策的日益严格，电厂排放的粉尘、二氧化硫和氮氧化物的浓度由达标排放标准提高至超低排放标准，同时对电厂的废水排放也提出了更为明确的要求。江苏某电厂为了提高水资源的利用率、降低新鲜水的取水量，将4×650 MW机组脱硫用水由工业水改成反渗透浓水；4×350 MW机组脱硫用水改成深度处理后回用的生活中水；2020年，脱硝催化剂再生废水以及工业废水也已用于脱硫补水[1]。脱硫用水品质的下降，不仅造成了吸收塔系统起泡溢流，还引起石膏脱水机真空泵跳闸卡涩，影响了脱硫系统的安全运行[2-3]。

本文通过对该厂石膏脱水机真空泵轴承表面的结垢成分和近期脱硫用水的水质进行化验分析，确认卡涩的原因，并找出解决方法，为同类型的故障提供参考。

1 石膏脱水系统概况

1.1 系统概述

2006—2010年江苏某电厂陆续完成1—8号机组烟气石灰石-石膏湿法脱硫改造工程。石膏脱水系统负责全厂8台机组的吸收塔降密度处理。脱水系统由3台真空皮带脱水机以及附属设备组成，主要包括石膏旋流器、真空皮带脱水机、真空泵、滤饼冲洗水泵及水箱、滤布冲洗水泵及水箱、仪表控制部分等[4]。

1.2 工作原理

真空皮带脱水机通过真空抽吸浆液达到脱水目的。浆液被送入真空皮带脱水机的滤布上，滤布通过橡胶皮带进行传送，滤液和空气同时被抽送至真空总管内，进入气液分离器进行气水分离，顶部出口与真空泵相连，气体被真空泵抽走。分离后的滤液由气液分离器底部出口进入滤液接收水槽，经过滤部、清洗部和脱水部形成合格的滤饼，经皮带输送至石膏堆料间[5]。

石膏脱水真空泵是脱水系统的核心部件，由叶轮、泵体、吸气口、排气口、辅助排气阀等组成。该电厂采用AL-2000型水环式真空泵，进口流量为8400 m3/h，吸入侧压力为-400 mbar。石膏脱水机真空泵的叶轮被偏心安装在泵体中，叶片朝着旋转方向弯曲，当叶轮旋转时，进入泵体的水被叶轮抛向四周，形成一个与泵腔形状相似的偏心封闭水环。在泵的连续运转过程中，气体通过泵体入口进入，然后进入倒叶轮，随着叶轮的转动，经膨胀、压缩后从侧盘出口排出，实现连续抽气[6]。

2 故障过程及初步处理

3月13日10：50脱水机启动后，32号石膏脱水机真空泵电流低至110 A，立即停止32号石膏脱水机系统运行，就地检查发现脱水机真空泵皮带断裂，导致叶轮和壳体卡死。3月13日22：10启动33号石膏脱水机，发现石膏脱水机真空泵皮带打滑不转，检修发现叶轮和壳体卡死无法盘动。

33号石膏脱水机跳闸后，所有石膏脱水机均因故障停运，全厂7台锅炉运行，硫份高，吸收塔浆液密度均已达到或超过控制上限。运行人员恢复31号石膏脱水机运行，将石膏脱水机真空泵水源切换至工业水（即三期工质水箱补水切换至工业水）；31号石膏脱水机仅供4×350 MW机组降吸收密度和4×650 MW各台机组做抛浆处理，并申请使用事故喷淋设备，对吸收塔进行补水，控制吸收塔浆液密度，确保吸收塔安全运行。经过上述处置后，各台炉吸收塔浆液密度控制在规程要求范围内。14日00：00将32号石膏脱水机真空泵端盖拆除，检查发现泵体内结垢现象严重，进行垢样溶解分析试验，经药剂清洗处理后于15日00：57恢复运行。

3 原因分析

石膏脱水机真空泵内部结垢情况见图1，对其进行酸溶解试验，滴入体积比为1：1的盐酸后，垢样溶解并产生大量无异味气泡。用复合酸加缓蚀剂进行溶解试验，垢样可以快速溶解，并产生大量气泡。因此，确定垢样的主要成分为不溶性的碳酸盐类（碳酸钙或碳酸镁），造成膏滤真空泵动静部分的间隙逐渐变小，最终使叶轮端面和侧盖间隙变小，真空泵卡涩无法启动[7]。

图1 膏滤真空泵内部结垢情况Fig.1 Internal scaling of the paste vacuum filter pump

循环水的水质变差和运行温度过高是造成真空泵结垢的主要原因。硬度高的循环水进入真空泵后，随泵的旋转在泵体内形成水环做功发热使得溶解到水中的碳酸盐逐渐分解，形成难溶于水的沉淀析出[8]。该电厂为了达到全厂废水零排放的要求，脱硫用水由工业水改为含有高钙镁离子和其他重金属杂质的反渗透浓水和工业废水，含盐量增加、pH值不稳定、硬度变高，水源品质进一步劣化[9]。

真空泵内有氨味，取样确认pH值偏高，真空泵内工质水各水源水质见表1。从表1可以看出，脱水系统的工质水虽然硬度不高，但pH值较高，增加结垢的可能性，即使水池内无氨，在真空泵内氨也会挥发进入气相空间，凝结形成气侧液滴，进一步加剧结垢。真空泵卡涩停运后，刮取垢样，采用X射线荧光光谱法对进行主要化学成分分析，结果如表2所示。

表1 真空泵内工质水各水源水质Tab.1 Water quality of each source of working medium water in vacuum pump

表2 真空泵内垢样化学成分质量分数Tab.2 Chemical composition of scale sample in vacuum pump

从表2可以看出，垢样的主要成分为含钙化合物，但灼烧减重为41.89%，结合垢样加盐酸后反应剧烈，基本溶解，并产生大量无色无味的二氧化碳气泡，可以推断此垢样的主要成分为碳酸钙（质量分数在90%以上）。正常情况，真空泵接触呈中性的气液混合物时，垢层生长速度相对较为缓慢；而当气液混合物中含有氨时（呈碱性），垢层增长速度变快。相比石膏浆液中的主要成分硫酸钙，碳酸钙则更易析出沉积，使垢层的生长速度呈指数升高[10]。

通过比对组成工质水的水源回用时间（2019年12月调试投运），发现真空泵的结垢与工业废水回用的时间吻合，说明工质水中的氨来源于工业废水。工业废水主要由循环冷却水排水、酸碱中和废水、反渗透浓水、空预器冲洗废水、除尘器冲洗废水、精处理再生废水、冷凝水混床再生废水等组成，这些废水钙镁硬度相对较高，而氨为碳酸钙的沉积提供了碱性条件（pH值＞9）[11]。

4 处理措施及效果

4.1 除垢情况

真空泵除垢方法主要有化学除垢、机械除垢和物理除垢。化学除垢主要是使用酸碱浸泡或循环清洗，无需真空泵解体，可在线清洗。机械除垢主要是真空泵解体后，对结垢部件进行喷砂打磨，解体工作量大，花费时间长。针对此次真空泵垢样主要成分为碳酸钙，酸溶解性较好，且检修工期紧，因而选用低浓度复合酸浸泡清洗除垢[12]。复合酸主要成分为硫酸和磷酸，稀释成质量浓度为20%的水溶液，加入缓蚀剂后对设备本身腐蚀性较小，清洗除垢率在90%以上。清洗步骤为：拆除密封水进水门上方法兰，断开泵体放水门后管路，断开滤布冲洗水箱管路连接加堵板[13-14]。每桶清洗药剂中含复合酸5.56 L、水44.44 L、缓蚀剂150 mL。根据设备实际容积，需加入清洗药剂9桶，采取虹吸方式进行现场加药，浸泡清洗时间为5～6 h，每隔0.5 h将泵体盘动一次，让药剂与垢层充分接触，加快清洗速度。清洗完成后，将泵体放浆门打开，酸液接入配置桶内。待酸液放空后用真空泵密封水将泵体冲洗干净，整个流程耗时约16 h。

4.2 除垢效果

药剂清洗后，石膏脱水机真空泵正常投运，石膏滤饼厚度、气水分离器真空度、电机电流等各项参数均恢复正常。半年后，对32号石膏脱水机真空泵进行停运解体检查，未发现任何结垢情况，如图2所示。

图2 32号石膏脱水机真空泵内部情况Fig.2 Internal condition of vacuum pump of No.32 gypsum dehydrator

5 建议

某电厂在将脱硫用水由工业水改为高硬度的反渗透浓水和生活用水后，增大了脱硫设备发生卡涩的概率。通过此次真空泵卡涩的分析和处理，提出以下建议。

（1）设备管理人员应定期检查回用水系统有无结垢异常，并提前处理防范。

（2）尽快在回用水池出水侧、三期工业废水回用水出水母管处加装在线pH表，可以及时发现水质问题。

（3）用于工质水的回用水源pH值宜控制在6.5～8.7。