灰石/石膏濕法煙氣脫硫金屬漿液循環(huán)泵國(guó)產(chǎn)化研究及實(shí)踐

中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)襄樊五二五泵業(yè)有限公司湖北襄樊4410212、中國(guó)華電集團(tuán)杭州半山發(fā)電有限責(zé)任公司浙江杭州310015摘要：本文介紹了襄樊五二五泵業(yè)有限公司成功開(kāi)發(fā)煙氣脫硫金屬漿液循環(huán)泵的有關(guān)情況。包括：泵的水力模型、結(jié)構(gòu)、機(jī)械密封、材料的研究成果，經(jīng)工業(yè)性考核和鑒定該泵已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，完全可實(shí)現(xiàn)我國(guó)50MW至600MW火電機(jī)組濕法脫硫裝置的各種金屬漿液循環(huán)泵的國(guó)產(chǎn)化。關(guān)鍵詞：金屬漿液循環(huán)泵、國(guó)產(chǎn)化前言：石灰石（石灰）/石膏濕法煙氣脫硫工藝運(yùn)行可靠性好，對(duì)煤種變化的適應(yīng)性強(qiáng)，是目前世界上技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最多的脫硫工藝，也是我國(guó)火電廠煙氣脫硫所采用的主流工藝。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已建和在建的電廠煙氣脫硫項(xiàng)目共計(jì)159套，總裝機(jī)容量6500萬(wàn)KW，其中采作石灰石（石灰）/石膏濕法脫硫的有130多套，總裝機(jī)容量超過(guò)5900萬(wàn)KW。在石灰石（石灰）/石膏濕法脫硫裝置中，吸收塔循環(huán)泵是關(guān)鍵設(shè)備，被譽(yù)為“裝置運(yùn)行的心臟”。

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該泵是一種大型設(shè)備，價(jià)格昂貴輸送介質(zhì)既有石膏固相物的磨蝕，又有高含量Cl-的腐蝕，對(duì)泵的使用壽命、運(yùn)行效率、安全可靠性及檢修維護(hù)的方便性等方面要求很高。目前在我國(guó)的煙氣脫硫裝置中，各種中小型的漿液泵基本上已全部實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，而這種大型的循環(huán)泵還是以進(jìn)口為主。襄樊五二五泵業(yè)有限公司有近20年耐蝕耐磨泵的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)家引進(jìn)了法國(guó)JumontSchneider（J·S）公司的耐蝕耐磨泵的生產(chǎn)制造技術(shù)和HauteSambre（H·S）公司的特種耐蝕耐磨合金材料的冶煉鑄造技術(shù)。憑借雄厚的技術(shù)力量，豐富的耐腐蝕耐磨蝕泵設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)以及敏銳的市場(chǎng)意識(shí)，五二五泵業(yè)公司于2000年開(kāi)始立項(xiàng)開(kāi)發(fā)這種大型煙氣脫硫循環(huán)泵，在耐腐蝕耐磨蝕材料的開(kāi)發(fā)、高效水力設(shè)計(jì)、泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及密封技術(shù)開(kāi)發(fā)等方面取得了豐碩成果。公司開(kāi)發(fā)的煙氣脫硫循環(huán)泵于2004年被國(guó)家科技部、商務(wù)部、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局四部委確定為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品，并獲得國(guó)家科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金支持。中國(guó)華電集團(tuán)杭州半山發(fā)電有限責(zé)任公司是我國(guó)第一批引進(jìn)建設(shè)石灰石（石灰）/石膏濕法脫硫裝置的電廠之一，該裝置的循環(huán)泵是進(jìn)口德國(guó)KSB公司的產(chǎn)品。多年來(lái)杭州半山電廠一直在尋求該泵的國(guó)產(chǎn)化，經(jīng)過(guò)調(diào)研考察，最終選定襄樊五二五泵業(yè)有限公司作為循環(huán)泵國(guó)產(chǎn)化的依托廠。

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目前已有一臺(tái)由五二五泵業(yè)公司生產(chǎn)的LC600/825型循環(huán)泵取代進(jìn)口泵，在工位上順利運(yùn)行，成功地實(shí)現(xiàn)了該泵的國(guó)產(chǎn)化。

一、煙氣脫硫漿液循環(huán)泵的技術(shù)要求吸收塔循環(huán)液是固液雙相流介質(zhì)，漿液中的固體成份為石灰石和石膏，重量濃度一般在20%左右；燃煤煙氣在循環(huán)吸收過(guò)程會(huì)形成硫酸、鹽酸等酸性混合物，并隨著循環(huán)時(shí)間的延長(zhǎng)逐步富集，所以漿液的氯離子含量一般在20000~60000PPｍ之間，PH一般在3.5~7之間。含固腐蝕性高速流動(dòng)的復(fù)雜介質(zhì)對(duì)循環(huán)泵的用材提出了苛刻的要求。因此漿液循環(huán)泵過(guò)流部件材料的耐腐蝕耐磨蝕性能是決定該泵使用壽命的重要指標(biāo)。根據(jù)機(jī)組裝機(jī)容量及燃煤含硫量不同，脫硫吸收塔漿液循環(huán)流量通常在4000~12000ｍ3/h之間，揚(yáng)程在16~30m之間。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在煙氣脫硫裝量中，漿液循環(huán)泵的電耗，占整個(gè)脫硫島電耗的三分之一以上，因此，大流量、高效率是對(duì)該泵的重要技術(shù)要求。漿液循環(huán)泵是一種大型設(shè)備，是石灰石（石灰）/石膏濕法脫硫的核心設(shè)備之一，價(jià)格昂貴，泵的安全可靠性以及檢修維護(hù)便利性要求也很高。基于上述的要求，襄樊五二五泵業(yè)公司分別從泵材料開(kāi)發(fā)、水力設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及密封設(shè)計(jì)等方面著手，開(kāi)發(fā)了LC系列煙氣脫硫循環(huán)泵。整個(gè)研制過(guò)程經(jīng)過(guò)了小型樣機(jī)試制，權(quán)威部門(mén)產(chǎn)品檢測(cè)，大型樣機(jī)試制，電廠工業(yè)性考核等過(guò)程。

二、漿液循環(huán)泵的研究開(kāi)發(fā)就漿液循環(huán)泵的過(guò)流部件所采用的耐蝕耐磨技術(shù)而言，世界上主要有兩種方案，其一是采用鑄鐵外殼，內(nèi)襯橡膠技術(shù)，即襯膠泵；另一種是采用耐蝕耐磨合金技術(shù)制造泵過(guò)流部件，即合金泵。兩種技術(shù)方案互有優(yōu)劣，采用合金泵，初次投入成本較高，但泵裝置運(yùn)行可靠性好，壽命長(zhǎng)，檢修維護(hù)方便，用戶(hù)更傾向于選擇這一方案，事實(shí)上從日本、歐州、美國(guó)實(shí)施煙氣脫硫的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，合金泵的應(yīng)用相對(duì)較多。而且襄樊五二五泵業(yè)公司曾引進(jìn)了法國(guó)特種耐蝕耐磨合金的冶煉鑄造技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了我國(guó)濕法磷酸裝置中耐蝕耐磨漿液泵的國(guó)產(chǎn)化，而濕法磷酸工藝中的漿液和石灰石（石灰）/石膏濕法脫硫工藝的漿液有相似的組成和腐蝕磨蝕特性。所以襄樊五二五泵業(yè)公司開(kāi)發(fā)的煙氣脫硫循環(huán)泵選擇了合金泵方案。1、耐蝕耐磨合金材料的開(kāi)發(fā)相對(duì)于濕法磷酸工藝而方言，煙氣脫硫漿液的酸性、固體含量、溫度均較小，但其氯離子含量較高。兩種漿液情況對(duì)比如下：項(xiàng)目酸性固體含量（CaSO4）F-(ppm)Cl-(ppm)溫度(℃)煙氣脫硫漿液PH＝3.5~715~20%104~10620000~6000045~55濕法磷酸漿液P2O5H2SO430~35%≤20000≤200008528~30%3~5.3%濕法磷酸制造用泵的材質(zhì)是引進(jìn)法國(guó)的高鉻耐蝕耐磨合金和雙相不銹鋼。它們分別是F30%CrMo（企業(yè)代號(hào)Cr30）和Z3CNUD2605M（企業(yè)代號(hào)2605），這兩種材料目前仍然是國(guó)內(nèi)最苛刻的腐蝕磨蝕性工況濕法磷酸的經(jīng)典用材。針對(duì)煙氣脫硫漿液氯離子含量的特點(diǎn)，我們對(duì)引進(jìn)的兩種材質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)。在Cr30的基礎(chǔ)上加入了Ni和Cu元素，提高了其抗氯離子腐蝕的性能，改進(jìn)后材料的企業(yè)代號(hào)為Cr30A。該材質(zhì)由于其硬度較高，耐腐蝕耐磨蝕性能較好，用于制造漿液泵中旋轉(zhuǎn)件葉輪及與其配合的前后護(hù)板等零件。在2605基礎(chǔ)上，降低碳含量至超低碳范圍（0.03%）以下；提高的Mo含量，Mo元素富集于靠近基體的鈍化膜中，提高膜的穩(wěn)定性，顯著提高雙相不銹鋼耐孔蝕性能，特別是鈍化膜中MoO2，對(duì)鋼在低PH值的高濃度氯化物中有良好的保護(hù)性；同時(shí)加入N元素，提高奧氏體的孔蝕抗力，從而提高整個(gè)材料的孔蝕抗力。而且，N元素能顯著改善材料的力學(xué)性能，促進(jìn)相平衡，消除因Mo含量提高造成材料脆性?xún)A向增大的不利影響。改進(jìn)后材料的企業(yè)代號(hào)2605N，其孔蝕抗力當(dāng)量值PRE值大于40。該材料由于既有較好的耐腐蝕耐磨蝕性，又有較好的強(qiáng)度與韌性，故用以制造承受液體壓力及管線(xiàn)外力的泵體零件，在保證泵體長(zhǎng)壽命的基礎(chǔ)上，同時(shí)保證該泵的安全性。上述兩種材料，在西安交通大學(xué)鑄造和耐磨材料研究所，用取自珞潢電廠的脫硫循環(huán)漿液介質(zhì)中，模擬實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行了相對(duì)腐蝕磨損檢測(cè)試驗(yàn)，Cr30A和2605N的年腐蝕磨損率分別為0.46mm和0.78mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我國(guó)脫硫建設(shè)初期應(yīng)用的高合金奧氏體不銹鋼1.4539、1.4529等材質(zhì)。2、高效水力設(shè)計(jì)水力型線(xiàn)的確定主要經(jīng)過(guò)了水力篩選、樣泵水力模型設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)模擬流場(chǎng)設(shè)計(jì)校正、模型泵試制，水力試驗(yàn)等幾個(gè)過(guò)程。在水力篩選的過(guò)程中，應(yīng)用了我公司引進(jìn)的專(zhuān)用于雙相流介質(zhì)輸送的LC300/635型線(xiàn)，但考慮到原水力模型是針對(duì)礦漿輸送而設(shè)計(jì)，適應(yīng)漿體特性范圍寬，如輸送漿液的含固量可達(dá)65%，最大可通過(guò)顆粒直徑達(dá)55mm，因而限制了泵效率的提高。而脫硫循環(huán)泵作為煙氣脫硫的專(zhuān)用設(shè)備，工況單一，變動(dòng)不大，最大含固量?jī)H為20%，其中的固相物也較小。所以我們對(duì)泵的隔舌、葉片厚度、過(guò)流面積等參數(shù)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，并采用CFD（計(jì)算機(jī)模擬流場(chǎng)設(shè)計(jì)）技術(shù)，對(duì)實(shí)際流動(dòng)進(jìn)行模擬。通過(guò)對(duì)特征參數(shù)不斷調(diào)整，直到CFD顯示達(dá)到最佳。我們依據(jù)改進(jìn)后LC300/635泵型，試制了模型泵，該模型泵經(jīng)過(guò)國(guó)家工業(yè)泵質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢驗(yàn)并出具了《泵檢驗(yàn)報(bào)告》，流量1500m3/h,揚(yáng)程25m，轉(zhuǎn)速740轉(zhuǎn)/分時(shí)，效率為82%。達(dá)到同口徑泵效率指標(biāo)的國(guó)際先進(jìn)水平。在試制成功模型泵的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)相似核算及應(yīng)用CFD（計(jì)算機(jī)模擬流場(chǎng)設(shè)計(jì)）技術(shù)，確定了600mm口徑泵的水力方案。樣品于2004年6月制造完成，經(jīng)過(guò)水力測(cè)試，該泵流量4800m3/h,揚(yáng)程20.6m時(shí)，效率達(dá)86%，完全符合半山電廠3＃漿液循環(huán)泵工位的性能要求。泵實(shí)際運(yùn)行性能曲線(xiàn)與用CFD預(yù)測(cè)的性能曲線(xiàn)基本一致。在設(shè)計(jì)點(diǎn)上實(shí)際值與預(yù)測(cè)值完全相符。3.漿液循環(huán)泵的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到泵的安全可靠性和檢修維護(hù)的方便，主要采用了以下幾項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。a.漿液循環(huán)泵是大流量泵，體積龐大，減少檢修工作量十分突出，因而采用“后開(kāi)門(mén)”結(jié)構(gòu)，在聯(lián)軸器部分設(shè)置中間節(jié)，檢修時(shí)拆下中間節(jié)，留出空間，整個(gè)軸承組件及葉輪即可從后部抽出，而勿需拆卸進(jìn)、出口管線(xiàn)。b.一般清液泵設(shè)置前、后口環(huán)，而此泵代之以前后護(hù)板，既保證效率，也便于更換。c.為了使泵始終在高效點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)軸承組件的調(diào)節(jié)，可改變?nèi)~輪在泵體內(nèi)的相對(duì)位置。d.采用了較小的長(zhǎng)徑比（軸較粗），減少軸的動(dòng)態(tài)撓度。一定程度上控制了軸撓度對(duì)密封壽命的不利影響。e.選用進(jìn)口軸承、軸承箱采用稀油潤(rùn)滑，改善了軸承工作條件，提高了軸承壽命。其結(jié)構(gòu)如左圖所示。金屬型漿液循環(huán)泵特　點(diǎn)綜述：a.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：采用超低碳含氮雙相不銹鋼技術(shù)，泵體直接做成單蝸殼，既保證了耐腐蝕耐磨蝕性，又可承受泵系　統(tǒng)內(nèi)壓力及管線(xiàn)外力?？朔藘?nèi)外泵體采用不同材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。b.運(yùn)行可靠：相對(duì)襯膠泵來(lái)說(shuō)，無(wú)襯膠脫落之憂(yōu)，不會(huì)造成系統(tǒng)特別是噴淋塔內(nèi)噴嘴的堵塞，提高開(kāi)車(chē)率。另外，小的長(zhǎng)徑比，提高機(jī)械密封壽命；葉輪與軸的雙鍵聯(lián)接，抗反轉(zhuǎn)能力強(qiáng)，進(jìn)一步提高了泵運(yùn)行的可靠性。c.壽命長(zhǎng)：金屬型泵體運(yùn)行壽命一般可達(dá)5萬(wàn)小時(shí)以上。d.維修量?。洪L(zhǎng)的壽命自然意味小的維修量，特別是更換泵體內(nèi)襯需要進(jìn)行的進(jìn)、出口管線(xiàn)的拆卸，更是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的檢修工作。三、國(guó)產(chǎn)化金屬漿液循環(huán)泵的工業(yè)運(yùn)行考核。根據(jù)上述研究開(kāi)發(fā)成果，襄樊五二五泵業(yè)有限公司與中國(guó)華電集團(tuán)杭州半山發(fā)電有限公司合作，制造了一臺(tái)金屬漿液循環(huán)泵。該泵流量4800m3/h,揚(yáng)程20.6m。于2004年7月15日安裝于半山發(fā)電有限公司脫硫島三號(hào)循環(huán)泵工位上。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行，泵的各項(xiàng)水力性能指標(biāo)滿(mǎn)足工藝需要，機(jī)械性能穩(wěn)定正常。從運(yùn)轉(zhuǎn)三個(gè)月之后的檢修情況看，泵體、葉輪、護(hù)板等零件光亮如新，機(jī)加工痕跡清晰可見(jiàn)，說(shuō)明耐腐蝕耐磨性滿(mǎn)足要求。到目前為止，已正常運(yùn)行達(dá)4000小時(shí)。四、結(jié)論。襄樊五二五泵業(yè)有限公司研制的金屬型漿液循環(huán)泵，在華電集團(tuán)半山發(fā)電有限公司2X125MW機(jī)上（1套脫硫島）成功地替代了進(jìn)口泵，且已運(yùn)行超過(guò)4000小時(shí)，證明金屬型漿液循環(huán)泵完全可以國(guó)產(chǎn)化。該試制泵選材上泵體采用超低碳含氮雙相不銹鋼，葉輪及前后護(hù)板選用高鉻耐蝕耐磨合金，充分應(yīng)用引進(jìn)雙相流泵技術(shù)進(jìn)行的水力設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；顯示了金屬型漿液循環(huán)泵壽命長(zhǎng)、運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修量小的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。作為國(guó)內(nèi)獨(dú)家引進(jìn)耐腐蝕耐磨蝕泵技術(shù)的軍工企業(yè)，襄樊五二五泵業(yè)有限公司具備從耐腐蝕耐磨蝕合金鑄造，到泵出廠檢驗(yàn)一系列鑄造、機(jī)加及齊全的檢測(cè)設(shè)備，能夠生產(chǎn)流量自1500～12000m3/h，揚(yáng)程自16～30m之間，適用于50MW至600MW機(jī)組濕法脫硫裝置的各種金屬漿液循環(huán)泵。金屬漿液循環(huán)泵的國(guó)產(chǎn)化成功給客戶(hù)多了一個(gè)選擇，必將對(duì)我國(guó)煙氣脫硫關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)生一定的推動(dòng)作用。