脫硫漿液循環(huán)泵汽蝕機(jī)理及防治措施

屈曉凡 王濟(jì)平（中電投遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司，重慶 401122）

近年來，我國經(jīng)濟(jì)高速增長，各項(xiàng)建設(shè)碩果累累，成就巨大，與此同時(shí)，資源和環(huán)境也承受著巨大的壓力，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾日趨尖銳[1-2]。根據(jù)國務(wù)院2014年頒布的《2014-2015年節(jié)能減排低碳發(fā)展行動(dòng)方案》，從2014到2015年，我國單位GDP的能耗年均排放降幅在3.9%、化學(xué)需氧量、二氧化硫、氨氮年均排放降幅都在2%左右、氮氧化物排放年均降幅達(dá)到5%以上。燃煤電廠節(jié)能減排形勢(shì)嚴(yán)峻。目前燃煤電廠煙氣脫硫主要有海水脫硫、干法脫硫、濕法脫硫等[3-4]，其中濕法石灰石-石膏煙氣脫硫技術(shù)因其設(shè)備簡單，操作容易、脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行費(fèi)用低、無二次污染等特點(diǎn)，在燃煤電廠中得到廣泛的應(yīng)用。

盡管濕法石灰石-石膏煙氣脫硫系統(tǒng)脫硫效率極高，但在實(shí)際工程運(yùn)行中仍然存在一些問題[5]。如漿液循環(huán)泵在實(shí)際運(yùn)行過程中磨損相當(dāng)嚴(yán)重，正常運(yùn)行時(shí)間往往不足一年，條件惡劣下甚至只能連續(xù)運(yùn)行三四個(gè)月就會(huì)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致停機(jī)等嚴(yán)重后果。由于漿液的成份復(fù)雜，漿液中不僅存在固體顆粒物，漿液中氯離子的存在又使其具有腐蝕金屬的能力。因此，漿液循環(huán)泵在實(shí)際運(yùn)行中存在氣蝕、化學(xué)腐蝕和機(jī)械磨損等問題。其中，氣蝕形成的瞬時(shí)高壓對(duì)漿液循環(huán)泵的沖擊非常大，是漿液循環(huán)泵的主要破壞形式。

1 循環(huán)泵汽蝕機(jī)理

循環(huán)泵葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，在吸入口形成低壓區(qū)，吸入口吸入的漿液沿葉片流道甩向葉輪出口。當(dāng)葉輪吸入口附近壓力小于該處漿液溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力時(shí)，由于漿液中氣核的存在，漿液便在葉輪入口處發(fā)生空化。如果壓力繼續(xù)降低，空化氣泡會(huì)逐漸增大且數(shù)量增加形成空泡群?？张萑弘S漿液的流動(dòng)被帶走，又在低壓區(qū)源源不斷的產(chǎn)生新的空泡。當(dāng)這些空泡隨漿液進(jìn)入泵內(nèi)高壓區(qū)時(shí)，空泡邊界失穩(wěn)，迅速潰滅消失。空泡潰滅時(shí)產(chǎn)生極高的壓強(qiáng)，如果空泡在壁面附近潰滅，潰滅產(chǎn)生的射流和壓力就對(duì)壁面造成高頻沖擊。循環(huán)泵的葉輪金屬表面因這種高頻沖擊產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕而剝落，產(chǎn)生如蜂窩、海綿、麻點(diǎn)形狀的疲勞點(diǎn)蝕痕跡，嚴(yán)重的甚至產(chǎn)生穿孔。

2 機(jī)理研究及防范措施

為了尋找更好的循環(huán)漿液泵防汽蝕措施，針對(duì)漿液摻氣問題，筆者選用水蒸氣-空氣簡化模型，對(duì)空泡的近壁面潰滅過程開展了模擬，模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn).

2.1 流場(chǎng)背景壓力為0.6MPa的純水蒸氣空泡的潰滅最大壓力在2300MPa左右。而混合空泡的潰滅中心最大壓力隨空氣摩爾分?jǐn)?shù)的變化近似為呈拋物線?？諝夂吭?.5時(shí)達(dá)到最高值，具體數(shù)值在2100MPa左右。

2.2 混合空泡潰滅時(shí)，壁面受到的壓力與壁面距離也呈拋物線關(guān)系，但由于混合空泡潰滅中心與壁面的距離很近，而射流形成的水錘壓力相對(duì)較小，對(duì)壁面的影響相對(duì)較低。因此，對(duì)于混合空泡的潰滅過程，壁面受到的最大壓力來源于潰滅中心產(chǎn)生的壓力。

考慮到脫硫系統(tǒng)吸收塔底部流場(chǎng)通入的再氧化空氣情況，吸收塔內(nèi)流場(chǎng)中的空氣存在兩種形式：一是溶解在流場(chǎng)中形成空氣氣核；另一是以一定尺寸空氣泡的形式穩(wěn)定存在于流場(chǎng)中。前者隨著漿液的流動(dòng)進(jìn)入到循環(huán)泵入口附近低壓區(qū)，發(fā)生空化后形成混合型空泡，而這種空泡的空氣含量較少，潰滅時(shí)壓力相對(duì)低。后者在循環(huán)泵入口低壓區(qū)可能發(fā)生部分空化，形成空氣含量較大的混合型空泡，也可能不發(fā)生空化直接進(jìn)入循環(huán)泵。但對(duì)于兩種形式的空泡，實(shí)際情況更可能的是：在循環(huán)泵高壓區(qū)流場(chǎng)的劇烈擾動(dòng)下，發(fā)生破碎、混合形成新的空泡沖擊壁面。

綜上所述，控制循環(huán)泵的汽蝕問題，可以從以下兩點(diǎn)著手：(1)控制再氧化空氣的通入量。在工程實(shí)際運(yùn)行中，再氧化空氣的通入量通常考慮的是漿液中需要氧化的亞硫酸鈣的量，而并未考慮氧化空氣對(duì)循環(huán)泵的影響。筆者從空泡潰滅模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通入少量的再氧化空氣對(duì)循環(huán)泵有減蝕作用。但是，需要通入的再氧化空氣量，具體還應(yīng)綜合考慮循環(huán)泵的最大流量及運(yùn)行負(fù)荷情況，通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究確定。(2)增加石灰石-石膏漿液中空氣溶解能力。增加漿液對(duì)空氣的溶解度可以降低流場(chǎng)中的空氣總量，進(jìn)而改善空泡內(nèi)空氣的含量，降低壁面受到的最大壓力。另一方面，增加漿液對(duì)空氣的溶解度同時(shí)也改善了吸收塔內(nèi)流場(chǎng)的抗空化的能力。

3 結(jié)語

本文針對(duì)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫過程中漿液循環(huán)泵汽蝕問題開展了研究，指出了通過控制再氧化空氣的通入量和增加漿液的空氣溶解能力兩種方法來控制工程運(yùn)行中循環(huán)泵的氣蝕問題，對(duì)摻氣減蝕的研究有一定的參考價(jià)值。

[1]王樹堯.我國新能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].現(xiàn)代商業(yè),2015,07:32-33.

[2]陳云川.淺析我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].環(huán)境與生活,2014,14:26.

[3]汪艷紅.我國火電廠煙氣脫硫工藝現(xiàn)狀及發(fā)展綜述[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程,2008,02:13.

[4]張楊帆,李定龍,王晉.我國煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2006,04:124-128.

[5]朱瑩.脫硫系統(tǒng)運(yùn)行主要問題分析及處理[J].科技展望,2014,14:131.