引風機液壓系統異物來源分析

黃藝輝 廣東能源集團天然氣有限公司

1 故障現象描述

火電廠引風機作用是將鍋爐中的煙氣及時排出，包含一套潤滑系統和一套液壓系統，潤滑系統主要功能是潤滑風機軸承，液壓系統功能是調節風機葉片開度。在近幾次檢修中發現引風機液壓系統油箱和液壓缸中存在異物，油箱中的異物形態為黑色沉積物，呈油泥狀；液壓缸中的異物形態為黑色硬質垢物，且垢物量很大。

2 檢測分析方案

為找出引風機液壓系統中異物的成分和來源，對不同樣品制定了不同的檢測方案，各樣品檢測項目及檢測目的見表1。

表1 各樣品檢測項目及目的

3 檢測結果及分析

3.1 檢測結果

3.1.1 油樣檢測結果

對出現異物的引風機液壓油箱及液壓缸的在用油樣品進行檢測分析，檢測數據見表2。

表2 在用油樣品檢測數據

油樣檢測分析發現存在的問題一是油品污染較嚴重，一方面表現在污染度等級較高，#2引風機樣品已達到嚴重偏高程度；另一方面鐵譜分析中有大量油泥顆粒物。問題二是磨損金屬元素Fe、Cu、Pb含量出現超標。

3.1.2 沉積物檢測結果

對#2引風機液壓油箱中的沉積物進行了XRD成分分析表明，黑色沉積物主要成分為CaSO4·2H2O。

圖1 #2引風機沉積物樣品XRD分析

3.1.3 垢物檢測結果

（1）紅外光譜分析

對液壓缸中垢物樣品不同組份進行紅外光譜測試以確定其主成分。通過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鏈烷烴；通過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

垢物XRF測試結果見圖2，通過XRF分析知，垢物中含有大量的Zn、Ca、S、Fe、Mn元素。

圖2 XRF檢測結果

（3）XRD檢測

通過對垢物中氯仿不溶物XRD測試和XRD分析，垢物中氯仿不溶物主要成分為帶結晶水的硫酸鈣。

（4）TGA測試

垢物TGA測試結果見下圖3，通過TGA分析知，垢物在182℃附近為帶結晶水的硫酸鈣失去水分的失重，376℃左右為長鏈烷烴的失重峰。

圖3 TGA測試結果

3.2 檢測結果分析

通過上面分析可知，引風機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）或帶結晶水的硫酸鈣（CaSO4·2H2O）。只是兩者形態上有差別，油箱中的CaSO4·2H2O為油泥狀的軟態，而液壓缸中的CaSO4、CaSO4·2H2O為橡膠狀的硬態。

3.2.1 異物可能來源分析

由于引風機液壓系統所用的潤滑油（美孚DTE25）本身不可能在使用條件下生成CaSO4、CaSO4·2H2O這些無機化合物，因而CaSO4、CaSO4·2H2O只可能來源于外界的侵入。在整個鍋爐系統中與鈣（Ca）有關的物質，一是脫硫系統用到的石灰石（CaCO3），二是燃煤中的氧化鈣（CaO），而引風機位于靜電除塵器與脫硫系統之間，參見圖4。因而脫硫系統中的Ca不太可能進入到引風機中，剩下唯一來源就是燃煤中的Ca。

目前大多燃煤電廠都實施了污染物超低排放，本電廠已實施采用的煙塵超低排放技術主要包括低低溫除塵器、濕式電除塵、高效除霧器等技術；NOx超低排放技術采用選擇性催化還原技術（SCR）。其中，SCR脫硝系統采用高活性礬鈦基催化劑，現有SCR脫硝技術配置主要采用2層且預留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提高煙氣中SO3的轉化率（SO2+O2→SO3）。

此外，為提高電除塵器的除塵效率，燃煤電廠均在其進口安裝低溫煙氣換熱器，使得進入引風機的煙氣溫度降低至90～100℃，甚至80～90℃，且煙氣溫度還與機組負荷相關，機組負荷越低，出口煙溫也越低。

據此，引風機位置處CaSO4、CaSO4.2H2O一種可能的生成途徑是：原煤中的CaO經鍋爐燃燒生成的CaO顆粒一方面與煙氣中的SO2、O2反應可直接生成CaSO4，參見式 （1）；此外，CaO顆粒在引風機位置處與硫酸酸霧反應也可生成CaSO4，參見式 （2）。

3.2.2 CaSO4顆粒侵入途徑分析

引風機液壓系統是一個正壓系統，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中。考慮到實際液壓缸中生成的垢物量很大，分析外界CaSO4顆粒物侵入引風機液壓系統有以下幾種途徑。

（1）液壓缸活塞桿密封處侵入

引風機液壓系統的作用是通過液壓缸調節葉片的開度，液壓缸是液壓系統的主要執行元件，工作過程中活塞桿裸露在外直接和環境接觸，考慮到引風機煙氣環境惡劣，且部分CaSO4顆粒物尺寸在亞微米級別，因而即使防塵圈和密封件完好，隨著活塞桿的往復運動不可避免地將外界污染物帶入缸內。且惡劣的外部粉塵環境也會加速密封件的磨損，隨著密封件從而進一步增加外部污染物侵入的風險。

（2）活塞密封處侵入

液壓缸的泄漏途徑包括外泄漏和內泄漏兩種。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，它們之間沒有相對運動，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。內泄漏是指液壓缸內部高壓腔的壓力油向低壓腔滲漏，它發生在活塞與缸內壁、活塞內孔與活塞桿連接處，即液壓缸的外筒與活塞之間、端蓋與活塞桿之間有相對運動，其密封裝置稱為動密封，一旦動密封損壞，液壓缸就會出現內泄漏，且從活塞桿靜密封處侵入的外部污染物就能到達液壓缸內部，內泄漏不能直接觀察到。油液的污染狀況與液壓缸動密封磨損失效密切相關，當油中顆粒物進入到密封與缸筒內壁之間的密封面內時，顆粒對密封件表面產生磨粒磨損；流經密封的泄漏油液對密封件表面產生沖蝕磨損，形成微小溝槽。磨粒磨損和沖蝕磨損兩種機制作用的結果導致液壓缸密封性能的失效。而從引風機在用液壓油污染度檢測結果看，污染度等級偏高，表明油中污染顆粒物數量偏高。

（3）經管道進入油箱中

侵入液壓缸靜密封和動密封的污染顆粒物，會隨著液壓油在引風機液壓系統里的流動沉積到油箱中，形成引風機液壓油箱中的沉淀物。

4 結語

通過檢測分析，確定引風機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的來源主要和超低排放改造中使用的選擇性催化還原技術（SCR）和低低溫除塵技術有關。選擇性催化還原技術（SCR）導致煙氣中SO3濃度增高；低低溫除塵技術導致煙氣溫度大幅降低至酸露點，帶來煙氣中H2SO4酸霧濃度增高，從而生成更多的CaSO4顆粒物。此外，機組負荷不夠也會帶來煙氣溫度偏低。

CaSO4顆粒物侵入引風機液壓系統最可能的途徑是從液壓缸活塞缸密封處，惡劣的粉塵環境和密封失效都會帶來污染顆粒物的侵入；此外，活塞環動密封處也是顆粒物侵入的位置。

引風機液壓油箱中的沉積物和液壓缸中的垢物之所以形態有差異，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；液壓缸中的溫度較高（90℃以上），CaSO4顆粒物呈橡膠狀硬態。