Vòng Đệm Than Chì Carbon Cho Bơm Bùn FGD Trong Nhà Máy Nhiệt Điện: Dịch Vụ Mài Mòn 60℃ Với Bùn Đá Vôi-Thạch Cao Chứa Flo

Bơm tuần hoàn bùn thạch cao đá vôi của hệ thống khử lưu huỳnh khí thải ướt (FGD) trong các nhà máy nhiệt điện là một trong những thiết bị lõi của hệ thống khử lưu huỳnh, và độ tin cậy của đệm kín ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng sẵn sàng của tổ máy. Bùn FGD chứa CaSO₄·2H₂O (thạch cao dihydrate, độ cứng 3 Mohs), CaCO₃ chưa phản ứng (độ cứng 3 Mohs), bụi SiO₂ (độ cứng 7 Mohs) và lượng nhỏ HF (axit hydrofluoric, từ phản ứng CaF₂ trong than với H₂SO₄) mang theo trong khí thải than, tạo thành môi trường kết hợp mài mòn mạnh + ăn mòn đặc hiệu fluoride, khiến các đệm kín silicon carbide truyền thống hỏng rất nhanh. Dựa trên kinh nghiệm ứng dụng của Huahao Sealing trong nhiều tổ máy nhiệt điện công suất 300 MW, 600 MW và 1000 MW, bài viết này giới thiệu lựa chọn vòng đệm than chì carbon cho dịch vụ FGD.

1. Đặc điểm dịch vụ

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 fluoride (F⁻): 50-200 mg/L, pH 4.5-6.0 (môi trường yếu axit, HF tồn tại đồng thời dưới dạng HF, F⁻, (HF)₂⁻ polymer)
• Ion chloride (Cl⁻): 10000-50000 mg/L (tăng nồng độ do tuần hoàn bùn)
• Nhiệt độ làm việc: 50-65℃ (nhiệt độ bão hòa áp suất khí quyển)
• Tốc độ bơm: 590-740 vòng/phút (bơm ly tâm lớn tốc độ thấp)

1.2 Phân tích chế độ hỏng hóc

Thống kê hỏng hóc đệm silicon carbide trong dịch vụ FGD:

1.Ăn mòn ranh giới hạt do ion fluoride (60%): Pha ranh giới hạt SiO₂ + silic tự do trong SSiC phản ứng với HF:

• SiO₂ + 6HF → H₂SiF₆ + 2H₂O (axit fluorosilicic, hòa tan trong nước)
• Si (silic tự do) + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂↑

Kết quả: bề mặt silicon carbide bị ăn mòn "đục lỗ" → tách rời ranh giới hạt → gãy vỡ tổng thể.

2.Mài mòn ba thân do hạt rắn (25%): tinh thể thạch cao xâm nhập mặt đệm, tạo mài mòn ba thân, xuất hiện rãnh hình chữ V trên mặt đệm, tăng rò rỉ.

3.Tắc buồng lò xo (10%): hạt bùn lắng đọng trong buồng lò xo và mặt ngoài đường kính mặt đệm, lò xo mất đàn hồi → hỏng khớp mặt đệm.

4.Phồng vòng O (5%): vòng O FKM phồng >15% trong bùn chứa clo cao, gây hỏng bù trừ.

2. Lựa chọn vật liệu

2.1 Than chì carbon chịu ăn mòn ion fluoride

Ăn mòn ion fluoride là thách thức cốt lõi trong dịch vụ FGD. Huahao Sealing M230F-Furan than chì carbon chịu ăn mòn fluoride:

• Vật liệu nền: than chì cấu trúc hạt trung bình (hạt 30 μm, chịu va đập)
• Chất ngâm tẩm: nhựa furan cồn furfuryl (hàm lượng carbon 70%, không có liên kết đôi C=C sau khi đóng rắn, chịu được axit không oxy hóa như HF, HCl, H₂SO₄)
• Hiệu suất chịu HF: ngâm trong 20% HF, 60℃ trong 30 ngày, tỷ lệ mất khối lượng <0,05% (so với than chì ngâm tẩm nhựa thông thường mất khối lượng 3,8%)
• Độ bền cơ học: cường độ nén 280 MPa, cường độ uốn 65 MPa (cao hơn 50% so với than chì ngâm tẩm nhựa thông thường)
• Độ cứng Shore: HS 85 (tương đương mức độ chống mài mòn của silicon carbide)

2.2 Vật liệu tiếp xúc (Cải tiến quan trọng!)

Nghiêm cấm tuyệt đối mọi vật liệu dựa trên silicon (SSiC, RBSiC, Si₃N₄) — ăn mòn ion fluoride là không thể đảo ngược. Lựa chọn vòng tiếp xúc:

• Vonfram cacbua kết dính Ni (loại YG8, pha liên kết Ni 8%, WC 92%)
• Khả năng chịu HF: WC không phản ứng với HF, pha liên kết Ni cực kỳ ổn định trong môi trường axit yếu dưới 50℃
• Độ cứng: HRA 91, khả năng chống mài mòn hạt tốt hơn silicon carbide
• Lưu ý: tránh axit mạnh nhiệt độ cao (>200℃), pha liên kết Ni có thể bị ăn mòn; hoàn toàn an toàn ở nhiệt độ dịch vụ FGD 60℃

2.3 Phớt phụ trợ

• Vòng O: EPDM (ethylene propylene diene monomer, chịu được HF + clo cao + axit yếu, khuyến nghị DuPont Vamac GLS), hoặc FFKM (Kalrez 4079, chịu được hóa chất cực đoan)
• Linh kiện kim loại: thép duplex 2205 (UNS S31803, chịu được pitting Cl⁻ 50000 mg/L) hoặc Hastelloy C276
• Lò xo: Hastelloy C276 (316L thông thường bị nứt ăn mòn ứng suất trong 3 tháng trong bùn clo cao)

3. Thiết Kế Cấu Trúc và Kế Hoạch Xả Rửa

3.1 Cấu Trúc Vòng Đệm Hai Mặt Cartridge

Nghiêm cấm sử dụng đệm kín một mặt cho dịch bùn FGD (hạt bụi trực tiếp tiếp xúc mặt đệm và mài mòn trong 2 tuần). Giải pháp tiêu chuẩn: vòng đệm hai mặt cartridge (dòng Tandem):

• Mặt trong (phía khí quyển): than chì carbon M230F × WC-Ni, tiếp xúc với nước xả rửa (sạch, không có hạt bụi)
• Mặt ngoài (phía môi chất): than chì carbon M230F × WC-Ni, tiếp xúc với dịch bùn quy trình
• Lò xo tích hợp: lò xo lớn bên ngoài (lò xo bên trong dễ bị tắc, loại bên ngoài không tiếp xúc với môi chất)
• Lắp đặt nguyên khối kiểu cartridge, vòng đệm có thể thay thế mà không cần tháo bơm, thời gian bảo trì giảm từ 24 giờ xuống còn 4 giờ

3.2 Kế Hoạch Xả Rửa API PLAN 32 + PLAN 64

PLAN 32 (xả rửa bên ngoài) — yếu tố then chốt ngăn hạt bụi xâm nhập buồng đệm:

• Nguồn nước xả rửa: nước bổ sung quy trình FGD (đã lọc, SS <1 mg/L, kích thước hạt <5 μm)
• Áp suất xả rửa: cao hơn áp suất buồng đệm 0,1-0,2 MPa (thường là 0,5-0,7 MPa)
• Lưu lượng xả rửa: 1,5-3,0 m³/h (bơm đường kính 80-150 mm)
• Phương pháp xả rửa: phun tiếp tuyến vào buồng đệm, tạo dòng xoáy để xả hạt bụi, ngăn ngừa lắng đọng

PLAN 64 (giám sát rò rỉ + xả rửa khẩn cấp):

• Cổng rò rỉ vòng đệm trong kết nối với công tắc áp suất, khi áp suất rò rỉ >0,1 MPa hoặc lưu lượng >20 L/h, hệ thống DCS báo động
• Cổng rò rỉ có thể chuyển sang giao diện xả rửa khẩn cấp (kết nối với nước quy trình áp suất cao), phun nước xả khẩn cấp khi vòng đệm trong bị hỏng, ngăn dịch bùn xâm nhập hộp bạc lót

3.3 Thiết Kế Chống Lắng Đọng Hạt Bụi

• Buồng đệm được trang bị tấm chắn nghiêng (45°), hạt bụi lắng theo dốc, không tích tụ trên đường kính ngoài mặt đệm
• Phía đường kính ngoài mặt đệm có "môi giữ cát" (tấm mỏng PTFE + đệm EPDM), ngăn hạt lớn (>20 μm) va trực tiếp vào mặt đệm
• Ghế lò xo có "lỗ tự làm sạch" (lỗ φ8 ×4), nước xả rửa chảy qua kênh ghế lò xo, cuốn trôi hạt bụi lắng đọng

4. Nghiên cứu trường hợp Huahao Sealing

Một đơn vị siêu tới hạn cực đại 2×660 MW của một tập đoàn năng lượng tỉnh, hệ thống FGD mỗi đơn vị được trang bị 6 bơm tuần hoàn bùn (lưu lượng 8800 m³/h, cột áp 22 m, tốc độ 590 vòng/phút, đường kính vòng đệm 160 mm), ban đầu gặp vấn đề với đệm kín cơ khí mặt đơn lò xo tích hợp thương hiệu nhập khẩu SSiC × SSiC:

1.Vòng ghép SSiC bị ăn mòn do flo, tuổi thọ trung bình 42 ngày (tối thiểu 23 ngày), kiểm tra tháo rời phát hiện mặt đệm đầy vết ăn mòn chấm, gãy cục bộ

2.Khoảng 8 lần thay vòng đệm mỗi bơm mỗi năm, chi phí phụ tùng + bảo trì cho 12 bơm khoảng 7,8 triệu CNY

3.Rò rỉ đệm gây bùn bắn vào cuộn dây động cơ, 2 sự cố cháy động cơ năm 2019 (thiệt hại khoảng 1,8 triệu CNY)

Sau khi chuyển sang giải pháp của Huahao Sealing M230F than chì furan × WC-Ni cacbua xi măng + vòng đệm mặt đôi cartridge + PLAN 32 (nước quy trình 0,6 MPa, 2 m³/h) + PLAN 64 + phụ kiện kim loại thép duplex 2205 + vòng O EPDM vào năm 2020:

• Đơn vị đầu tiên vận hành liên tục 26 tháng (03.2020-05.2022) không rò rỉ, bảo trì theo kế hoạch tháo rời, mặt đệm mòn 0,12 mm (tỷ lệ mòn 0,00046 mm/100 giờ)
• Tuổi thọ vòng đệm trung bình 22 tháng (+1471%), cải thiện từ 42 ngày
• Chi phí phụ tùng + bảo trì hàng năm giảm từ 7,8 triệu xuống còn khoảng 0,8 triệu CNY, tiết kiệm tích lũy trên 20 triệu CNY
• Số vụ cháy động cơ bằng không, độ khả dụng của đơn vị tăng từ 92,3% lên 98,7%

Tiêu chí lựa chọn cốt lõi: nồng độ ion flo quyết định vật liệu ghép (F⁻ >50 mg/L cấm vật liệu gốc silic, chuyển sang WC), hàm lượng hạt rắn quyết định phương án xả rửa (>10% phải PLAN 32 xả rửa ngoài), nồng độ clo quyết định cấp vật liệu kim loại (>30000 mg/L chọn thép duplex 2205 hoặc C276).