脱硫装置浆液循环泵异常诊断分析与优化运行

1前言

石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统（FGD）被广泛应用于燃煤电厂，目前已经发展成为国内外最成熟、主导性的火电厂烟气脱硫工艺技术。据统计，我国已投产的火电厂脱硫装置中90%以上采用该工艺技术。浆液循环泵是FGD 主要的核心设备之一，其运行状况不仅可以直接影响系统的脱硫效率，更与系统的能耗问题密切相关，其电耗占脱硫系统总电耗50%左右。目前大唐华东区域的电厂由于燃煤硫份均在1%左右，脱硫采用的超低改造方案均为：在入口烟道与第一层喷淋层之间新增气流均布装置，并按照需要新增喷淋层与循环泵、改造喷淋层喷嘴为高效喷嘴，保证覆盖率达到300%，即可保证脱硫出口SO2达到35mg/m3的排放限值。脱硫装置的改造也伴随着浆液循环泵的电流、出口压力出现异常引起脱硫性能的下降。此外，在保证脱硫效果达到环保要求的前提下，浆液循环泵运行方式的优化控制对于脱硫系统具有重要的经济效益。

2浆液循环泵运行异常案例

某电厂机组于2016年6月完成了超低排放改造，拆除并更换原有3层喷淋层，新增一层喷淋管及喷嘴。新增一台浆液循环泵，原有3台浆液循环泵泵头利旧，减速机及电机更换。改造后的浆液循环泵和新增浆液循环泵与电厂现有设备品牌一致。浆液喷淋管组采用FRP材质，喷嘴为空心锥型碳化硅喷嘴。4台浆液循环泵的设计参数如表1。

表1 四台浆液循环泵设计参数

2.1故障情况

该机组脱硫系统自2016年完成超低排放改造后，各台浆液循环泵运行稳定，于2017年7月出现出口压力、电流异常现象，通过查阅曲线，脱硫性能也有所下降，具体情况如下：

2.1.1 A浆液循环泵出口压力骤降，电流稳定

该机组脱硫系统自2016年完成超低排放改造后，各台浆液循环泵运行稳定，未出现出口压力突变的现象。7月22日12:00，A泵运行出口压力骤降0.04MPa，出口压力均值由0.26MPa降至0.22MPa，并以此压力运行至今，而该期间A泵电流维持稳定，如图1所示。

图1 A泵电流、出口压力参数曲线图（注：红线为A泵出口压力曲线，绿线为电流曲线）

2.1.2 C浆液循环泵电流下降，出口压力升高

通过对比6月份与7月份ABCD四台泵的电流曲线，如图2与图3所示，红线代表泵电流曲线，绿线代表B泵电流曲线，紫线代表C泵电流曲线，蓝线代表D泵电流曲线。由各电流曲线的间距可以看出，相较于ABD三台泵电流曲线，C泵电流值降低幅度最大。

进一步对比4台泵的出口压力变化情况，由图5、图6出口压力曲线看出（红线代表A泵出口压力曲线，绿线代表B泵出口压力曲线，紫线代表C泵出口压力曲线，蓝线代表D泵出口压力曲线），6月至7月，BD两台泵运行期间出口压力均值未发生明显变化，而C泵于7月10日以后有呈现阶梯升高的趋势。

综上所述，C泵呈现电流下降，出口压力升高的异常现象。

图2 4台泵电流参数曲线（06.28-06.30）

图3 4台泵电流参数曲线（07.22-07.27）

图4 4台泵出口压力曲线（06.01-07.31）

图5 C泵出口压力曲线（06.01-09.08）

2.1.3 A、C浆液循环泵对脱硫效率贡献值不合逻辑

ABCD四台泵对应喷淋层由下至上分别为ABCD，若各泵正常运行，且喷淋层无损坏时，位于底层的A喷淋层喷嘴雾化后的浆液与烟气接触的效果有限，而上层喷淋层浆液与烟气接触时间较长，所以理论上C泵相对于A泵对脱硫效率的贡献较高。

8月16日，在负荷相对稳定的前提下，先后停运A、C两台泵，比较二者对脱硫效率的贡献率。如图6所示（红线代表A泵电流曲线，绿线代表C泵电流曲线，紫线代表负荷曲线，亮蓝线代表脱硫出口SO2浓度曲线，浅蓝线代表脱硫进口SO2浓度曲线），15点15分，脱硫进口SO2浓度1750mg/m3，停运A泵，出口SO2浓度由20mg/m3升高至70mg/m3，A泵开启后，出口SO2浓度由70mg/m3降至20mg/m3。15点25分，脱硫进口SO2浓度1800mg/m3，停运C泵，出口SO2浓度由20mg/m3升高至40mg/m3左右，C泵开启后，出口SO2浓度由40mg/m3降至20mg/m3。由此得出，A泵相对于C泵对脱硫效率的影响更为显著。与理论分析结果“C泵相对于A泵对脱硫效率的贡献较高”相违背。

图6 A、C泵电流曲线图（08.16）

2.2浆液循环泵问题分析

2.2.1 A浆液循环泵出口压力骤降、电流稳定问题分析

离心泵工作点时的流量与压头（扬程）即是泵提供的流量与压头，二者可直接影响泵的工作性能。其中：

（1）泵的流量是指单位时间内排到管路系统的液体体积，一般用Q表示。泵的流量大小影响因素有：泵的结构、尺寸、转速，以及密封装置的可靠程度。泵的流量取决于泵的结构尺寸(主要为叶轮的直径与叶片的宽度)和转速等。工作时，泵实际所能输送的液体量还与管路阻力及所需压力有关。

（2）泵的扬程（压头）是指泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量，一般用H表示。泵的扬程大小取决于泵的结构，如叶轮直径的大小，叶片的弯曲情况等、转速。

泵的流量与扬程存在如下关系式：

（1）

式中：H——水泵的实际扬程；Hx——水泵在Q=0所产生的扬程，也就理论扬程，一般跟功率有关；Sx——水泵的内部摩阻；Q——水泵的流量。对于给定的水泵，Hx和Sx是不变的，由（1）式知，当水泵在实际运行时扬程H减小时，水泵流量增大。

此外，二者关系也可通过以下关系式表现：

（2）

式中：γ——介质重度，与介质密度ρ有关，γ=ρg；H——水泵的实际扬程；Q——水泵的流量；η——水泵的效率；N——水泵的轴功率，与泵的电流正相关。

经分析，A泵出现出口压力骤降的现象。原因如下：

喷淋母管断裂或喷淋层存在脱落现象。由于A泵出口压力减小（可视为扬程减小），而电流维持稳定。由（1）、（2）式均可推出该泵的流量增加。当喷淋层脱落后，因沿程阻力下降，泵的工作点会下移，流量会增大，扬程会降低。因此喷淋母管断裂或喷淋层的脱落均可造成A泵出现出口压力骤降、电流维持稳定的现象。

2.2.2 C浆液循环泵电流下降，出口压力升高问题分析

实际运行中，吸收塔浆液液位和密度是运行当中需频繁调整的两个参数, 液位决定循环泵入口的压头, 对循环泵吸入的体积量有一定的影响；浆液密度决定着循环泵在吸入一定体积流量的浆液条件下输送的质量大小。从理论上讲, 上述两个运行参数均对循环泵电流的大小有一定的影响。

吸收塔浆液液位和密度共同影响着4台循环泵的电流值。通过分析，相对于ABD三台泵，C泵电流下降最为明显，所以C泵电流下降的主要原因不是由吸收塔浆液液位和浆液密度的变化引起的。

由于C泵存在着电流下降同时出口压力升高的现象，由公式（2）得出，该泵的轴功率下降，扬程升高，则流量下降。若循环泵母管堵塞或者喷淋层喷嘴堵塞，均会造成浆液流量降低，电流下降的现象。

2.2.3 A、C浆液循环泵对脱硫效率贡献值不合逻辑问题分析

ABCD四台泵对应喷淋层布置方式为：由下至上分别为ABCD，各层喷淋层间距为2m。若各泵正常运行，且喷淋层无损坏的前提下，位于底层的A喷淋层喷嘴雾化后的浆液与烟气接触的时间有限，而上层喷淋层浆液与烟气接触时间较长，所以理论上C泵相对于A泵对脱硫效率的贡献较高。而实际运行显示，A泵相对于C泵对脱硫效率的贡献高。

结合2.2.1、2.2.2中的分析，由于位于底层的A喷淋层主要通过湍流传质作用实现二氧化硫的脱除，即使存在喷淋层脱落现象，导致该喷淋层接触时间有限、雾化效果下降，但该层喷淋层仍可通过湍流作用实现脱硫。而C泵喷淋层主要用过逆流雾化喷淋实现二氧化硫的脱除，当该层喷淋层发生堵塞，覆盖率明显降低，脱硫能力明显下降。当停运A泵时，仍具备脱硫能力的A喷淋层无法实现烟气脱硫，而本身脱硫效果明显下降的C喷淋层即使在停运C泵后对脱硫效率的影响并不显著，A泵对脱硫效率的贡献的降幅小于C泵对脱硫效率的贡献的降幅，最终呈现出“A泵相对于C泵对脱硫效率的贡献高”的现象，即仍具备湍流传质作用的A喷淋层比逆流喷淋效果大幅度降低的C喷淋层对脱硫效率的影响更为显著。

2.3建议

（1）建议电厂加强日常对浆液循环泵的冲洗与清理，利用停泵机会尽可能将母管及喷头处浆液及异物冲洗干净防止结块堵塞。

（2）利用停机机会进行彻底清理疏通并建立检查清理档案，计划性停机检修，以保证循环泵的可靠正常运行。

（3）应利用停机机会对喷淋层、喷淋母管进行检查，对脱落喷淋层、断裂管路进行及时修补。

2.4问题排查与处理

机组10月底停机检修期间，按照大唐华东院提供的结论与建议对脱硫系统进行了问题排查，检修发现A层喷淋母管发生了断裂；B、C喷淋层发生了较大面积的堵塞，其中B喷淋层76个喷嘴堵塞，C喷淋层125个喷嘴堵塞。检修期间，对断裂母管进行了修复，对堵塞喷嘴进行了清理与疏通。11月启机至今，通过调阅1号机组浆液循环泵电流、出口压力曲线，如图7、8所示（图7：红线代表A泵出口压力曲线，绿线代表B泵出口压力曲线，紫线代表C泵出口压力曲线；图8：红线代表A泵电流曲线，绿线代表B泵电流曲线，紫线代表C泵电流曲线，蓝线代表D泵电流曲线），由曲线看出，各泵出口压力、电流均恢复至正常水平。

图7 A、B、C泵出口压力曲线（08.01-11.17）

图84台泵电流参数曲线（10.10-11.17）

3浆液循环泵的优化运行

上文中出现因喷淋层堵塞与脱落引起的脱硫性能下降，该故障可直接体现在浆液循环泵的运行参数上。因此浆液循环泵的运行方式至关重要，其不仅影响系统的脱硫效果，而且与电厂的能耗问题密切相关，通常情况，浆液循环泵电耗占脱硫系统总电耗50%左右。在脱硫系统实际运行中，最佳的循环泵运行组合方式必须具备以下两个主要特征：一是净烟气SO2浓度低于35 mg/m3（标态、干基、6%O2），完全能满足环保达标排放要求；二是运行泵的总功率越小电耗越低，进而可减少FGD 的部分能耗。因此可通过改变和优化脱硫浆液循环泵的运行台数(即液气比改变)与组合方式对，通过相应测试结果，找出不同负荷条件下的最优运行方式以达到节能运行的效果。