脱硫浆液循环泵汽蚀机理及防治措施

屈晓凡 王济平（中电投远达环保工程有限公司，重庆 401122）

近年来，我国经济高速增长，各项建设硕果累累，成就巨大，与此同时，资源和环境也承受着巨大的压力，经济发展与环境保护之间的矛盾日趋尖锐[1-2]。根据国务院2014年颁布的《2014-2015年节能减排低碳发展行动方案》，从2014到2015年，我国单位GDP的能耗年均排放降幅在3.9%、化学需氧量、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达到5%以上。燃煤电厂节能减排形势严峻。目前燃煤电厂烟气脱硫主要有海水脱硫、干法脱硫、湿法脱硫等[3-4]，其中湿法石灰石-石膏烟气脱硫技术因其设备简单，操作容易、脱硫效率高、运行稳定、运行费用低、无二次污染等特点，在燃煤电厂中得到广泛的应用。

尽管湿法石灰石-石膏烟气脱硫系统脱硫效率极高，但在实际工程运行中仍然存在一些问题[5]。如浆液循环泵在实际运行过程中磨损相当严重，正常运行时间往往不足一年，条件恶劣下甚至只能连续运行三四个月就会出现故障，导致停机等严重后果。由于浆液的成份复杂，浆液中不仅存在固体颗粒物，浆液中氯离子的存在又使其具有腐蚀金属的能力。因此，浆液循环泵在实际运行中存在气蚀、化学腐蚀和机械磨损等问题。其中，气蚀形成的瞬时高压对浆液循环泵的冲击非常大，是浆液循环泵的主要破坏形式。

1 循环泵汽蚀机理

循环泵叶轮高速旋转产生离心力，在吸入口形成低压区，吸入口吸入的浆液沿叶片流道甩向叶轮出口。当叶轮吸入口附近压力小于该处浆液温度对应的饱和蒸汽压力时，由于浆液中气核的存在，浆液便在叶轮入口处发生空化。如果压力继续降低，空化气泡会逐渐增大且数量增加形成空泡群。空泡群随浆液的流动被带走，又在低压区源源不断的产生新的空泡。当这些空泡随浆液进入泵内高压区时，空泡边界失稳，迅速溃灭消失。空泡溃灭时产生极高的压强，如果空泡在壁面附近溃灭，溃灭产生的射流和压力就对壁面造成高频冲击。循环泵的叶轮金属表面因这种高频冲击产生疲劳点蚀而剥落，产生如蜂窝、海绵、麻点形状的疲劳点蚀痕迹，严重的甚至产生穿孔。

2 机理研究及防范措施

为了寻找更好的循环浆液泵防汽蚀措施，针对浆液掺气问题，笔者选用水蒸气-空气简化模型，对空泡的近壁面溃灭过程开展了模拟，模拟结果发现.

2.1 流场背景压力为0.6MPa的纯水蒸气空泡的溃灭最大压力在2300MPa左右。而混合空泡的溃灭中心最大压力随空气摩尔分数的变化近似为呈抛物线。空气含量在0.5时达到最高值，具体数值在2100MPa左右。

2.2 混合空泡溃灭时，壁面受到的压力与壁面距离也呈抛物线关系，但由于混合空泡溃灭中心与壁面的距离很近，而射流形成的水锤压力相对较小，对壁面的影响相对较低。因此，对于混合空泡的溃灭过程，壁面受到的最大压力来源于溃灭中心产生的压力。

考虑到脱硫系统吸收塔底部流场通入的再氧化空气情况，吸收塔内流场中的空气存在两种形式：一是溶解在流场中形成空气气核；另一是以一定尺寸空气泡的形式稳定存在于流场中。前者随着浆液的流动进入到循环泵入口附近低压区，发生空化后形成混合型空泡，而这种空泡的空气含量较少，溃灭时压力相对低。后者在循环泵入口低压区可能发生部分空化，形成空气含量较大的混合型空泡，也可能不发生空化直接进入循环泵。但对于两种形式的空泡，实际情况更可能的是：在循环泵高压区流场的剧烈扰动下，发生破碎、混合形成新的空泡冲击壁面。

综上所述，控制循环泵的汽蚀问题，可以从以下两点着手：(1)控制再氧化空气的通入量。在工程实际运行中，再氧化空气的通入量通常考虑的是浆液中需要氧化的亚硫酸钙的量，而并未考虑氧化空气对循环泵的影响。笔者从空泡溃灭模拟结果发现，通入少量的再氧化空气对循环泵有减蚀作用。但是，需要通入的再氧化空气量，具体还应综合考虑循环泵的最大流量及运行负荷情况，通过进一步的实验研究确定。(2)增加石灰石-石膏浆液中空气溶解能力。增加浆液对空气的溶解度可以降低流场中的空气总量，进而改善空泡内空气的含量，降低壁面受到的最大压力。另一方面，增加浆液对空气的溶解度同时也改善了吸收塔内流场的抗空化的能力。

3 结语

本文针对石灰石-石膏湿法烟气脱硫过程中浆液循环泵汽蚀问题开展了研究，指出了通过控制再氧化空气的通入量和增加浆液的空气溶解能力两种方法来控制工程运行中循环泵的气蚀问题，对掺气减蚀的研究有一定的参考价值。

[1]王树尧.我国新能源经济发展现状分析[J].现代商业,2015,07:32-33.

[2]陈云川.浅析我国新能源发展现状及前景[J].环境与生活,2014,14:26.

[3]汪艳红.我国火电厂烟气脱硫工艺现状及发展综述[J].硫磷设计与粉体工程,2008,02:13.

[4]张杨帆,李定龙,王晋.我国烟气脱硫技术的发展现状与趋势[J].环境科学与管理,2006,04:124-128.

[5]朱莹.脱硫系统运行主要问题分析及处理[J].科技展望,2014,14:131.