Điểm chính
- Bùn đá vôi-thạch cao FGD ở nhà máy nhiệt điện chứa hạt rắn 5-15% (độ cứng 3-7 Mohs) + ion flo F⁻ (50-200 mg/L), gây ra vòng ma đối SSiC truyền thống bị ăn mòn ranh giới hạt dưới tác dụng của flo (SiC + 4HF → SiF₄↑ + CH₄↑), mặt kín nứt sau 1-2 tháng
- Giải pháp: than chì carbon chuyển sang tẩm nhựa furan (chống ăn mòn HF, ổn định pH 0-14), vòng ma đối chuyển sang hợp kim cứng WC-Ni (không có rủi ro ăn mòn ranh giới hạt silic)
- Kết cấu chọn kép mặt kiểm kèm + xả ngoài PLAN 32 (nước quy trình 0.6 MPa, 1.5 m³/h) + giám sát rò rỉ PLAN 64, ngăn chặn hạt xâm nhập buồng kín
- Huahao Sealing đã cung cấp 12 bơm tuần hoàn bùn FGD cho máy 660 MW; chạy liên tục 26 tháng không rò rỉ, chu kỳ bảo trì kéo dài từ 45 ngày lên 18 tháng
Bơm tuần hoàn bùn đá vôi-thạch cao của hệ thống khử lưu khí thải ướt (FGD) ở nhà máy nhiệt điện là một trong các thiết bị cốt lõi của hệ thống khử lưu, và độ tin cậy kín trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của máy. Bùn FGD chứa CaSO₄·2H₂O (thạch cao ngậm nước, độ cứng 3 Mohs), CaCO₃ chưa phản ứng (độ cứng 3 Mohs), bụi SiO₂ (độ cứng 7 Mohs) và HF (axit flohydric, từ phản ứng CaF₂ trong than với H₂SO₄) mang theo từ khí thải đốt than, tạo thành điều kiện kết hợp mài mòn mạnh + ăn mòn đặc hiệu ion flo, và vòng kín silic cacbua truyền thống hỏng cực nhanh. Dựa trên kinh nghiệm ứng dụng của Huahao Sealing ở nhiều máy nhiệt điện cấp 300 MW, 600 MW và 1000 MW, bài viết giới thiệu chọn vòng đệm than chì carbon cho điều kiện FGD.
1. Đặc tính điều kiện
1.1 Thông số bùn điển hình
- Hàm lượng rắn: 5-15% (tinh thể thạch cao + hạt đá vôi, kích thước hạt 10-200 μm)
- Ion flo (F⁻): 50-200 mg/L, pH 4.5-6.0 (yếu axit, HF đồng tồn tại ở dạng HF, F⁻, (HF)₂⁻ trùng hợp)
- Ion clorua (Cl⁻): 10000-50000 mg/L (tích tụ cô đặc tuần hoàn bùn)
- Nhiệt độ làm việc: 50-65℃ (nhiệt độ bão hòa áp suất thường)
- Tốc độ bơm: 590-740 r/phút (bơm ly tâm tốc độ thấp lớn)
1.2 Phân tích chế độ hỏng
Thống kê hỏng vòng kín silic cacbua điều kiện FGD:
1.Ăn mòn ranh giới hạt ion flo (60%): pha ranh giới hạt SiO₂ + silic tự do trong SSiC phản ứng với HF:
- SiO₂ + 6HF → H₂SiF₆ + 2H₂O (fluoaxilic axit, hòa tan trong nước)
- Si (silic tự do) + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂↑
Kết quả: bề mặt silic cacbua bị ăn mòn "lỗ ghềnh" → tách rời ranh giới hạt → vỡ toàn bộ.
2.Mài mòn ba thể hạt (25%): tinh thể thạch cao xâm nhập mặt kín, tạo mài mòn ba thể, mặt kín xuất hiện rãnh hình chữ V, lượng rò rỉ tăng.
3.Tắc buồng lò xo (10%): hạt bùn lắng đọng trong buồng lò xo và bên ngoài đường kính mặt kín, lò xo mất độ đàn hồi → hỏng dính mặt kín.
4.Phình nở O-ring (5%): tỷ lệ phình nở O-ring FKM >15% trong bùn clorua cao, gây hỏng bù đắp.
2. Chọn vật liệu
2.1 Than chì carbon chống flo
Ăn mòn ion flo là thách thức cốt lõi ở điều kiện FGD. Than chì chống flo M230F-Furan của Huahao Sealing:
- Vật liệu nền: than chì cấu trúc hạt trung (hạt 30 μm, chống va đập)
- Chất tẩm: nhựa furan rượu furfurol (hàm lượng carbon 70%, sau đông cứng không có liên kết đôi C=C, chống các axit không oxy hóa như HF, HCl, H₂SO₄)
- Hiệu năng chống HF: ngâm 20% HF, 60℃ trong 30 ngày, tỷ lệ mất khối lượng <0.05% (so với than chì tẩm nhựa thông thường mất khối lượng 3.8%)
- Độ bền cơ học: độ bền nén 280 MPa, độ bền uốn 65 MPa (cao hơn 50% so với than chì nhựa thông thường)
- Độ cứng Shore: HS 85 (phù hợp mức độ chống mài mòn của silic cacbua)
2.2 Vật liệu ma đối (Cải tiến quan trọng!)
Nghiêm cấm sử dụng bất kỳ vật liệu gốc silic nào (SSiC, RBSiC, Si₃N₄) — ăn mòn ion flo là không thể đảo ngược. Chọn vòng ma đối:
- Hợp kim cứng WC-Ni (loại YG8, pha liên kết Ni 8%, WC 92%)
- Chống HF: WC không phản ứng với HF, pha liên kết Ni cực kỳ ổn định trong môi trường yếu axit dưới 50℃
- Độ cứng: HRA 91, chống mài mòn hạt tốt hơn silic cacbua
- Lưu ý: tránh nhiệt độ cao (> 200℃) axit mạnh, pha liên kết Ni có thể bị ăn mòn; hoàn toàn an toàn ở 60℃ điều kiện FGD
2.3 Bộ phận kín phụ trợ
- O-ring: EPDM (cao su etylen propylen dien, chống HF + clo cao + yếu axit, khuyến nghị DuPont Vamac GLS), hoặc FFKM (Kalrez 4079, chống hóa chất cực đoan)
- Bộ phận kim loại: thép kép 2205 (UNS S31803, chống ăn mòn lỗ 50000 mg/L Cl⁻) hoặc Hastelloy C276
- Lò xo: Hastelloy C276 (316L thông thường bị nứt ăn mòn ứng suất sau 3 tháng trong bùn clo cao)
3. Thiết kế kết cấu và kế hoạch xả
3.1 Kết cấu kép mặt kiểm kèm
Nghiêm cấm vòng kín đơn mặt ở điều kiện bùn FGD (hạt trực tiếp xâm nhập mặt kín, mài hỏng sau 2 tuần). Giải pháp tiêu chuẩn: kép mặt kiểm kèm (kiểu nối tiếp Tandem):
- Bên trong (bên không khí): M230F than chì × WC-Ni, tiếp xúc nước xả (sạch không hạt)
- Bên ngoài (bên môi chất): M230F than chì × WC-Ni, tiếp xúc bùn quy trình
- Lò xo tích hợp: lò xo lớn bên ngoài (lò xo nội tại dễ tắc, loại bên ngoài không tiếp xúc môi chất)
- Lắp đặt toàn bộ kiểu kiểm kèm, có thể thay kín mà không tháo bơm, thời gian bảo trì giảm từ 24 giờ xuống 4 giờ
3.2 Kế hoạch xả API PLAN 32 + PLAN 64
PLAN 32 (xả ngoài) — chìa khóa ngăn chặn hạt xâm nhập buồng kín:
- Nguồn nước xả: nước bù quy trình FGD (đã qua bộ lọc, SS <1 mg/L, kích thước hạt <5 μm)
- Áp suất xả: cao hơn áp suất buồng kín 0.1-0.2 MPa (thường 0.5-0.7 MPa)
- Lưu lượng xả: 1.5-3.0 m³/giờ (bơm đường kính 80-150 mm)
- Cách xả: tiêm tiếp tuyến vào buồng kín, tạo xoáy xả hạt, ngăn lắng đọng
PLAN 64 (giám sát rò rỉ + xả khẩn cấp):
- Cổng rò rỉ kín trong nối công tắc áp suất, khi áp suất rò rỉ >0.1 MPa hoặc lưu lượng >20 L/giờ, báo động DCS
- Cổng rò rỉ có thể chuyển sang giao diện xả khẩn cấp (nối nước quy trình cao áp), tiêm nước xả khẩn cấp khi kín trong hỏng, ngăn chặn bùn xâm nhập hộp ổ trục
3.3 Thiết kế chống lắng đọng hạt
- Buồng kín đặt tấm dẫn xiên (45°), hạt lắng dọc theo mặt nghiêng, không tập trung ở ngoài đường kính mặt kín
- Bên ngoài đường kính mặt kín đặt "môi chặn cát" (tấm PTFE mỏng + đỡ EPDM), chặn hạt lớn (> 20 μm) tác động trực tiếp mặt kín
- Đế lò xo đặt "lỗ tự làm sạch" (lỗ φ8 ×4), nước xả đi qua kênh đế lò xo, mang ra hạt lắng đọng
4. Case study Huahao Sealing
Máy siêu siêu tới hạn 2×660 MW của Tập đoàn năng lượng cấp tỉnh, hệ thống FGD mỗi máy lắp 6 bơm tuần hoàn bùn (lưu lượng 8800 m³/giờ, cột áp 22 m, tốc độ 590 r/phút, đường kính kín 160 mm), ban đầu có vấn đề với vòng kín đơn mặt lò xo nội tại SSiC × SSiC của thương hiệu nhập khẩu:
1.Ăn mòn ion flo vòng ma đối SSiC, tuổi thọ trung bình 42 ngày (ngắn nhất 23 ngày), tháo kiểm thấy mặt kín đầy lỗ ghềnh, vỡ cục bộ
2.Khoảng 8 lần thay kín mỗi bơm mỗi năm, chi phí phụ tùng + chi phí bảo trì 12 bơm khoảng 7.8 triệu CNY
3.Rò rỉ kín gây bùn bắn vào cuộn dây động cơ, năm 2019 xảy ra 2 vụ cháy động cơ (tổn thất khoảng 1.8 triệu CNY)
Năm 2020 chuyển sang giải pháp than chì furan M230F × hợp kim cứng WC-Ni + kép mặt kiểm kèm + PLAN 32 (nước quy trình 0.6 MPa, 2 m³/giờ) + PLAN 64 + bộ phận kim loại thép kép 2205 + O-ring EPDM của Huahao Sealing:
- Máy đầu tiên chạy liên tục 26 tháng (2020.03-2022.05) không rò rỉ, tháo kiểm bảo trì theo kế hoạch, mài mòn mặt kín 0.12 mm (tỷ lệ mài mòn 0.00046 mm/100 giờ)
- Tuổi thọ kín trung bình 22 tháng (+1471%), cải thiện từ 42 ngày
- Chi phí phụ tùng + chi phí bảo trì hàng năm giảm từ 7.8 triệu xuống khoảng 0.8 triệu CNY, tiết kiệm tích lũy 20+ triệu CNY
- Vụ cháy động cơ được xóa sổ, khả năng sử dụng máy cải thiện từ 92.3% lên 98.7%
Chọn lõi: nồng độ ion flo quyết định vật liệu ma đối (F⁻ > 50 mg/L nghiêm cấm vật liệu gốc silic, chuyển sang WC), hàm lượng hạt rắn quyết định kế hoạch xả (>10% phải xả ngoài PLAN 32), nồng độ clo quyết định cấp vật liệu kim loại (>30000 mg/L chọn thép kép 2205 hoặc C276).