脫硫漿液循環泵汽蝕機理及防治措施

屈曉凡 王濟平（中電投遠達環保工程有限公司，重慶 401122）

近年來，我國經濟高速增長，各項建設碩果累累，成就巨大，與此同時，資源和環境也承受著巨大的壓力，經濟發展與環境保護之間的矛盾日趨尖銳[1-2]。根據國務院2014年頒布的《2014-2015年節能減排低碳發展行動方案》，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到5%以上。燃煤電廠節能減排形勢嚴峻。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-石膏煙氣脫硫技術因其設備簡單，操作容易、脫硫效率高、運行穩定、運行費用低、無二次污染等特點，在燃煤電廠中得到廣泛的應用。

盡管濕法石灰石-石膏煙氣脫硫系統脫硫效率極高，但在實際工程運行中仍然存在一些問題[5]。如漿液循環泵在實際運行過程中磨損相當嚴重，正常運行時間往往不足一年，條件惡劣下甚至只能連續運行三四個月就會出現故障，導致停機等嚴重后果。由于漿液的成份復雜，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，漿液循環泵在實際運行中存在氣蝕、化學腐蝕和機械磨損等問題。其中，氣蝕形成的瞬時高壓對漿液循環泵的沖擊非常大，是漿液循環泵的主要破壞形式。

1 循環泵汽蝕機理

循環泵葉輪高速旋轉產生離心力，在吸入口形成低壓區，吸入口吸入的漿液沿葉片流道甩向葉輪出口。當葉輪吸入口附近壓力小于該處漿液溫度對應的飽和蒸汽壓力時，由于漿液中氣核的存在，漿液便在葉輪入口處發生空化。如果壓力繼續降低，空化氣泡會逐漸增大且數量增加形成空泡群。空泡群隨漿液的流動被帶走，又在低壓區源源不斷的產生新的空泡。當這些空泡隨漿液進入泵內高壓區時，空泡邊界失穩，迅速潰滅消失。空泡潰滅時產生極高的壓強，如果空泡在壁面附近潰滅，潰滅產生的射流和壓力就對壁面造成高頻沖擊。循環泵的葉輪金屬表面因這種高頻沖擊產生疲勞點蝕而剝落，產生如蜂窩、海綿、麻點形狀的疲勞點蝕痕跡，嚴重的甚至產生穿孔。

2 機理研究及防范措施

為了尋找更好的循環漿液泵防汽蝕措施，針對漿液摻氣問題，筆者選用水蒸氣-空氣簡化模型，對空泡的近壁面潰滅過程開展了模擬，模擬結果發現.

2.1 流場背景壓力為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數的變化近似為呈拋物線。空氣含量在0.5時達到最高值，具體數值在2100MPa左右。

2.2 混合空泡潰滅時，壁面受到的壓力與壁面距離也呈拋物線關系，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較小，對壁面的影響相對較低。因此，對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生的壓力。

考慮到脫硫系統吸收塔底部流場通入的再氧化空氣情況，吸收塔內流場中的空氣存在兩種形式：一是溶解在流場中形成空氣氣核；另一是以一定尺寸空氣泡的形式穩定存在于流場中。前者隨著漿液的流動進入到循環泵入口附近低壓區，發生空化后形成混合型空泡，而這種空泡的空氣含量較少，潰滅時壓力相對低。后者在循環泵入口低壓區可能發生部分空化，形成空氣含量較大的混合型空泡，也可能不發生空化直接進入循環泵。但對于兩種形式的空泡，實際情況更可能的是：在循環泵高壓區流場的劇烈擾動下，發生破碎、混合形成新的空泡沖擊壁面。

綜上所述，控制循環泵的汽蝕問題，可以從以下兩點著手：(1)控制再氧化空氣的通入量。在工程實際運行中，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循環泵的影響。筆者從空泡潰滅模擬結果發現，通入少量的再氧化空氣對循環泵有減蝕作用。但是，需要通入的再氧化空氣量，具體還應綜合考慮循環泵的最大流量及運行負荷情況，通過進一步的實驗研究確定。(2)增加石灰石-石膏漿液中空氣溶解能力。增加漿液對空氣的溶解度可以降低流場中的空氣總量，進而改善空泡內空氣的含量，降低壁面受到的最大壓力。另一方面，增加漿液對空氣的溶解度同時也改善了吸收塔內流場的抗空化的能力。

3 結語

本文針對石灰石-石膏濕法煙氣脫硫過程中漿液循環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行中循環泵的氣蝕問題，對摻氣減蝕的研究有一定的參考價值。

[1]王樹堯.我國新能源經濟發展現狀分析[J].現代商業,2015,07:32-33.

[2]陳云川.淺析我國新能源發展現狀及前景[J].環境與生活,2014,14:26.

[3]汪艷紅.我國火電廠煙氣脫硫工藝現狀及發展綜述[J].硫磷設計與粉體工程,2008,02:13.

[4]張楊帆,李定龍,王晉.我國煙氣脫硫技術的發展現狀與趨勢[J].環境科學與管理,2006,04:124-128.

[5]朱瑩.脫硫系統運行主要問題分析及處理[J].科技展望,2014,14:131.