燃煤电厂湿法脱硫浆液循环泵耐磨修复新技术介绍

随着湿法脱硫技术的不断发展，湿法脱硫被欧美等发达国家所采用，成为石灰石、石膏脱硫的重要方法与途径。作为现阶段应用范围最为广泛、技术最为成熟、成本投入较低的二氧化硫剥离技术，湿法脱硫技术能够实现硫元素的快速脱离，进一步提升二氧化硫的吸收与利用效率，增加脱硫工艺的稳定性与高效性。为了增加湿法脱硫的效率，保证石灰生产的速率，我们将仪表系统引入到脱硫工艺之中，通过DCS实现I/O点的合理配置，保证硬件运行的流程度，最终促进湿法脱硫的优化。
  1 高分子复合材料修复技术的简介
    有资料显示，借助于一系列的脱硫技术手段，能够对石灰石深加工的过程中，将硫元素从石灰石中脱离出来，最终实现石灰的绿色化生产，减少其对生态环境的污染与破坏[1]。从相关统计部门公布的数据来看，湿法脱硫能够将石灰石中70%以上的硫元素剥离出来，这是由于湿法脱硫能够利用静电实现对烟尘进行初步的处理，实现游离硫元素的回收，脱硫浆液循环泵是烟气脱硫系统中关键的动力输送设备，负责把石灰浆液泵送到吸收塔顶部，通过喷淋吸收SO2（二氧化硫）等酸性气体。石灰浆液中含有的微小固体颗粒硬度很高，同时流动液体具有酸性腐蚀（主要为氯离子和硫酸根离子）。石灰浆液在高速循环过程中，直接对泵的金属表面形成剧烈的磨损、腐蚀和气蚀，在多因素联合破坏下，更换的新泵特别是叶轮经常运行不久即严重损坏。由于脱硫浆液循环泵使用特种合金材料制造，目前市场价格很高，从而给电厂运行带来了高昂的成本。同时，频繁的拆卸也给维护人员形成了大量的重复性高强度工作。
  2 高分子耐磨复合材料的修复应用 
  2.1 工程概况
    以一家电厂为例来说明情况，建设规模为2×250MW和4×200MW燃煤机组，同期配套脱硫装置，目前已投运，但由于目前燃煤的含硫量高于原设计燃煤含硫量，因此需要对原脱硫装置进行改造，以达到环保要求。该改造工程6台FGD计划分别于2005年10月和2008年6月投运。 
   本工程18台利旧的浆液循环泵为国产全金属循环泵，因长时间运行造成泵壳、叶轮、前耐磨板、后护板腐蚀穿孔，本工程需对其进行修复，以满足运行要求。
   有关参数：
     ①型号：LC500/630离心式水泵；
       流量：3900m3/h；
       介质：石灰石浆液（pH4-6）。
     ②型号：LC550/700I离心式水泵；
       流量：5200m3/h；
       介质：石灰石浆液（pH4-6）。
   2.2 设备损坏原因及分析
       脱硫浆液在运输的过冲，其在循环泵以石灰石浆液，浆液的形态存在，由于二者的组织颗粒较大，因此相关介质一旦经过浆液循环泵叶轮的旋转加速之后，相关颗粒物在叶轮带动之后，会对浆液循环泵泵壳内壁造成强烈的磨损及巨大的冲击。再加上泵运行时产生大量水的汽化和携带的气泡，气泡随着浆液的流动，就会像无数个弹头一样，频率很高地连续不断爆炸击打叶片和泵壳护板的金属表面，金属表面逐渐疲劳而破坏，尤其在泵壳出口导流部位和装配面附近受到的损坏更为严重。（见图1、图2）
       同时石灰石浆液具有很强的腐蚀性，会在金属层内部形成力学性能极差的疏松多孔结构，酸性浆液很容易在这些细孔中继续腐蚀金属内部。而Cl-则会引起应力腐蚀，进一步降低周围浆液的pH值。由于低pH值引起浆液循环泵泵体和叶轮基体腐蚀，使泵体有效厚度严重减薄。因此，浆液循环泵损坏的主要原因是泵在运行过程中浆液磨损、气蚀和低pH值强酸腐蚀等共同作用产生的严重损害结果。
   2.3 高分子耐磨复合材料修复的机理
       在高温状态下以SiO2存在形式的Si和碳结合形成SiC，其相对金刚石硬度为9.7（金刚石硬度为10）。SiC和陶瓷纤维等材料在真空状态下和高分子材料按照一定的比例进行混合，经过特殊工艺处理，形成一种具有高耐磨防腐性能的材料，即高分子耐磨复合材料。高分子耐磨复合材料中含有较多的极性大的羟基和醚键，基团的极性使其分子和相邻界面产生电磁间的吸引力。特别是主链上的具有很高反应活性的基能，可以和例如金属表面上的活性游离键起反应，形成牢固的化学键，极大地增强了结合力。另外，高分子耐磨复合材料可以相当平稳地从液态变成固态，几乎不收缩，故能保持原有的键并与基体形成极强的黏结力。材料中碳化硅、陶瓷纤维及微米级的聚合添加物，能增强其防腐及耐磨性能。
   2.4 脱硫浆液循环泵泵壳和耐磨板修复的具体工艺
       第一，在进行金刚砂喷砂作业之前，对磨损腐蚀缺失和严重部位进行骨架焊接，使其对高分子耐磨复合材料起到支架定型作用。然后对泵壳和耐磨板待修复表面进行喷砂，使用金刚砂对所有需要修复、修补及防腐保护区域进行喷砂处理，彻底除去表面锈蚀层和松动层，露出金属光泽，并使表面粗糙度达到75μm 以上。
       第二，以下工艺要在洁净和恒温的车间内完成，温度摄氏25℃以上，相对湿度<85%，现场无烟尘和漂浮灰尘。
       第三，使用高效表面清洗剂，先彻底除去表面浮灰及杂物，然后对于喷砂处理后的所有表面使用高效表面清洗剂进行清洗。清洗处理过的泵壳和耐磨板，要加温处理，加温到50℃，持续5小时，以确保把渗入到待修设备的清洗剂等液体成分蒸发出来，避免渗入的清洗剂与高分子耐磨复合材料起化学反应，最终增加高分子耐磨复合材料可涂刷的附着力。
       第四，修复：
       ①对清洗干净的泵壳和耐磨板表面用惰性金属表面活化剂处理一遍，以保证极好的粘接强度。
       ②在泵壳和耐磨板所有缺损部位表面先涂刷一层调制好的陶瓷耐磨防护剂，使材料与基体充分的接触。
       ③用专用工具将调制好的高分子耐磨复合材料施敷到泵壳和耐磨板所有减薄严重部位表面，填充全部的坑穴。对于缺损部分将高分子耐磨复合材料涂敷在钢丝网上加厚到原来基本厚度，直至基本恢复基体原外形轮廓。
       ④待高分子耐磨复合材料固化后（约3 小时），使用打磨机打磨找平，去除多余材料，直至基本恢复其原外形轮廓。
       第五，防磨涂层：
       ①彻底除去浮灰及杂物等后，使用高效表面清洗剂，清洗干净待防护的表面，然后烘干其表面。
       ②将泵壳和耐磨板修复后的部位涂刷调制好的陶瓷耐磨防护剂，厚度0.3mm 左右。
       ③待涂层固化24 小时后，使用磨光机对局部进行处理，以保证再涂层时的平整光滑。④最后涂刷一遍陶瓷耐磨防护剂，保证厚度在0.5mm 左右。（见图3、4）
    3 综合比较结论
      电厂经过高分子耐磨复合材料修复的浆液循环泵可以正常运行12000小时，自2010年通过采取高分子耐磨复合材料修复工艺在每年检修中对浆液循环泵进行交替修复，浆液循环泵的性也能保证，高分子耐磨复合材料修复相比其他维修和更换新浆液泵等方法能延长设备的使用寿命，缩短维修周期，节约维修和运行成本，效果明显，值得在同行业中推广使用。