引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)異物來(lái)源分析

黃藝輝 廣東能源集團(tuán)天然氣有限公司

1 故障現(xiàn)象描述

火電廠引風(fēng)機(jī)作用是將鍋爐中的煙氣及時(shí)排出，包含一套潤(rùn)滑系統(tǒng)和一套液壓系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)主要功能是潤(rùn)滑風(fēng)機(jī)軸承，液壓系統(tǒng)功能是調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片開(kāi)度。在近幾次檢修中發(fā)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)油箱和液壓缸中存在異物，油箱中的異物形態(tài)為黑色沉積物，呈油泥狀；液壓缸中的異物形態(tài)為黑色硬質(zhì)垢物，且垢物量很大。

2 檢測(cè)分析方案

為找出引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)中異物的成分和來(lái)源，對(duì)不同樣品制定了不同的檢測(cè)方案，各樣品檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)目的見(jiàn)表1。

表1 各樣品檢測(cè)項(xiàng)目及目的

3 檢測(cè)結(jié)果及分析

3.1 檢測(cè)結(jié)果

3.1.1 油樣檢測(cè)結(jié)果

對(duì)出現(xiàn)異物的引風(fēng)機(jī)液壓油箱及液壓缸的在用油樣品進(jìn)行檢測(cè)分析，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 在用油樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)

油樣檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題一是油品污染較嚴(yán)重，一方面表現(xiàn)在污染度等級(jí)較高，#2引風(fēng)機(jī)樣品已達(dá)到嚴(yán)重偏高程度；另一方面鐵譜分析中有大量油泥顆粒物。問(wèn)題二是磨損金屬元素Fe、Cu、Pb含量出現(xiàn)超標(biāo)。

3.1.2 沉積物檢測(cè)結(jié)果

對(duì)#2引風(fēng)機(jī)液壓油箱中的沉積物進(jìn)行了XRD成分分析表明，黑色沉積物主要成分為CaSO4·2H2O。

圖1 #2引風(fēng)機(jī)沉積物樣品XRD分析

3.1.3 垢物檢測(cè)結(jié)果

（1）紅外光譜分析

對(duì)液壓缸中垢物樣品不同組份進(jìn)行紅外光譜測(cè)試以確定其主成分。通過(guò)垢物整體紅外光譜圖及匹配圖確定其主要成分為硫酸鈣，有烷烴的信息；通過(guò)垢物可溶于氯仿成分紅外光譜圖及匹配圖確定其主要成分為長(zhǎng)鏈烷烴；通過(guò)垢物不溶于氯仿成分紅外光譜圖及匹配圖確定其主要成分為硫酸鈣。

（2）XRF檢測(cè)

垢物XRF測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2，通過(guò)XRF分析知，垢物中含有大量的Zn、Ca、S、Fe、Mn元素。

圖2 XRF檢測(cè)結(jié)果

（3）XRD檢測(cè)

通過(guò)對(duì)垢物中氯仿不溶物XRD測(cè)試和XRD分析，垢物中氯仿不溶物主要成分為帶結(jié)晶水的硫酸鈣。

（4）TGA測(cè)試

垢物TGA測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下圖3，通過(guò)TGA分析知，垢物在182℃附近為帶結(jié)晶水的硫酸鈣失去水分的失重，376℃左右為長(zhǎng)鏈烷烴的失重峰。

圖3 TGA測(cè)試結(jié)果

3.2 檢測(cè)結(jié)果分析

通過(guò)上面分析可知，引風(fēng)機(jī)液壓油箱中的沉積物和液壓缸中的垢物成分基本一致，都為硫酸鈣（CaSO4）或帶結(jié)晶水的硫酸鈣（CaSO4·2H2O）。只是兩者形態(tài)上有差別，油箱中的CaSO4·2H2O為油泥狀的軟態(tài)，而液壓缸中的CaSO4、CaSO4·2H2O為橡膠狀的硬態(tài)。

3.2.1 異物可能來(lái)源分析

由于引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)所用的潤(rùn)滑油（美孚DTE25）本身不可能在使用條件下生成CaSO4、CaSO4·2H2O這些無(wú)機(jī)化合物，因而CaSO4、CaSO4·2H2O只可能來(lái)源于外界的侵入。在整個(gè)鍋爐系統(tǒng)中與鈣（Ca）有關(guān)的物質(zhì)，一是脫硫系統(tǒng)用到的石灰石（CaCO3），二是燃煤中的氧化鈣（CaO），而引風(fēng)機(jī)位于靜電除塵器與脫硫系統(tǒng)之間，參見(jiàn)圖4。因而脫硫系統(tǒng)中的Ca不太可能進(jìn)入到引風(fēng)機(jī)中，剩下唯一來(lái)源就是燃煤中的Ca。

目前大多燃煤電廠都實(shí)施了污染物超低排放，本電廠已實(shí)施采用的煙塵超低排放技術(shù)主要包括低低溫除塵器、濕式電除塵、高效除霧器等技術(shù)；NOx超低排放技術(shù)采用選擇性催化還原技術(shù)（SCR）。其中，SCR脫硝系統(tǒng)采用高活性礬鈦基催化劑，現(xiàn)有SCR脫硝技術(shù)配置主要采用2層且預(yù)留1層備用層催化劑的方式，已啟用備用層催化劑脫硝的方法，催化劑用量的增加必然會(huì)提高煙氣中SO3的轉(zhuǎn)化率（SO2+O2→SO3）。

此外，為提高電除塵器的除塵效率，燃煤電廠均在其進(jìn)口安裝低溫?zé)煔鈸Q熱器，使得進(jìn)入引風(fēng)機(jī)的煙氣溫度降低至90～100℃，甚至80～90℃，且煙氣溫度還與機(jī)組負(fù)荷相關(guān)，機(jī)組負(fù)荷越低，出口煙溫也越低。

據(jù)此，引風(fēng)機(jī)位置處CaSO4、CaSO4.2H2O一種可能的生成途徑是：原煤中的CaO經(jīng)鍋爐燃燒生成的CaO顆粒一方面與煙氣中的SO2、O2反應(yīng)可直接生成CaSO4，參見(jiàn)式 （1）；此外，CaO顆粒在引風(fēng)機(jī)位置處與硫酸酸霧反應(yīng)也可生成CaSO4，參見(jiàn)式 （2）。

3.2.2 CaSO4顆粒侵入途徑分析

引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)是一個(gè)正壓系統(tǒng)，工作油壓5MPa左右，正常情況下外界顆粒物不能侵入液壓系統(tǒng)中。考慮到實(shí)際液壓缸中生成的垢物量很大，分析外界CaSO4顆粒物侵入引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)有以下幾種途徑。

（1）液壓缸活塞桿密封處侵入

引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)的作用是通過(guò)液壓缸調(diào)節(jié)葉片的開(kāi)度，液壓缸是液壓系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件，工作過(guò)程中活塞桿裸露在外直接和環(huán)境接觸，考慮到引風(fēng)機(jī)煙氣環(huán)境惡劣，且部分CaSO4顆粒物尺寸在亞微米級(jí)別，因而即使防塵圈和密封件完好，隨著活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)不可避免地將外界污染物帶入缸內(nèi)。且惡劣的外部粉塵環(huán)境也會(huì)加速密封件的磨損，隨著密封件從而進(jìn)一步增加外部污染物侵入的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）活塞密封處侵入

液壓缸的泄漏途徑包括外泄漏和內(nèi)泄漏兩種。外泄漏指液壓缸缸筒與端蓋、缸底、油口、端蓋與活塞桿處等外部的泄漏，它們之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其密封裝置稱為靜密封。一旦密封損壞泄漏，易從外部直接觀察出。內(nèi)泄漏是指液壓缸內(nèi)部高壓腔的壓力油向低壓腔滲漏，它發(fā)生在活塞與缸內(nèi)壁、活塞內(nèi)孔與活塞桿連接處，即液壓缸的外筒與活塞之間、端蓋與活塞桿之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其密封裝置稱為動(dòng)密封，一旦動(dòng)密封損壞，液壓缸就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)泄漏，且從活塞桿靜密封處侵入的外部污染物就能到達(dá)液壓缸內(nèi)部，內(nèi)泄漏不能直接觀察到。油液的污染狀況與液壓缸動(dòng)密封磨損失效密切相關(guān)，當(dāng)油中顆粒物進(jìn)入到密封與缸筒內(nèi)壁之間的密封面內(nèi)時(shí)，顆粒對(duì)密封件表面產(chǎn)生磨粒磨損；流經(jīng)密封的泄漏油液對(duì)密封件表面產(chǎn)生沖蝕磨損，形成微小溝槽。磨粒磨損和沖蝕磨損兩種機(jī)制作用的結(jié)果導(dǎo)致液壓缸密封性能的失效。而從引風(fēng)機(jī)在用液壓油污染度檢測(cè)結(jié)果看，污染度等級(jí)偏高，表明油中污染顆粒物數(shù)量偏高。

（3）經(jīng)管道進(jìn)入油箱中

侵入液壓缸靜密封和動(dòng)密封的污染顆粒物，會(huì)隨著液壓油在引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)里的流動(dòng)沉積到油箱中，形成引風(fēng)機(jī)液壓油箱中的沉淀物。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)檢測(cè)分析，確定引風(fēng)機(jī)液壓油箱和液壓缸中的異物成分基本一致，都為CaSO4或CaSO4·2H2O。

CaSO4、CaSO4.2H2O的來(lái)源主要和超低排放改造中使用的選擇性催化還原技術(shù)（SCR）和低低溫除塵技術(shù)有關(guān)。選擇性催化還原技術(shù)（SCR）導(dǎo)致煙氣中SO3濃度增高；低低溫除塵技術(shù)導(dǎo)致煙氣溫度大幅降低至酸露點(diǎn)，帶來(lái)煙氣中H2SO4酸霧濃度增高，從而生成更多的CaSO4顆粒物。此外，機(jī)組負(fù)荷不夠也會(huì)帶來(lái)煙氣溫度偏低。

CaSO4顆粒物侵入引風(fēng)機(jī)液壓系統(tǒng)最可能的途徑是從液壓缸活塞缸密封處，惡劣的粉塵環(huán)境和密封失效都會(huì)帶來(lái)污染顆粒物的侵入；此外，活塞環(huán)動(dòng)密封處也是顆粒物侵入的位置。

引風(fēng)機(jī)液壓油箱中的沉積物和液壓缸中的垢物之所以形態(tài)有差異，主要原因在于溫度差異，油箱中的溫度較低（約40℃），CaSO4顆粒物呈油泥狀軟態(tài)；液壓缸中的溫度較高（90℃以上），CaSO4顆粒物呈橡膠狀硬態(tài)。