全金属浆液循环泵为何在湿法烟气脱硫中得到广泛应用.pdf

全 国 电 力 行 业 脱 硫 脱 硝 技 术 协 作 网 暨 技 术 研 讨 会 论 文 集 全金属浆液循环泵为何得以 在湿法烟气脱硫中得到广泛使用 中国兵器工业集团襄樊五二五泵业有限公司 王乃华 李落成 杨育慧 在湿法烟气脱硫中，吸收塔浆液循环泵主要有两种选择方案：全金属泵，衬胶泵，两种泵的主要差别体现在泵体使用的耐磨耐蚀材料不同，其余部件使用的材料完全相同，全金属泵的泵体使用的是全金属，衬胶泵的泵体使用的是碳钢+橡胶衬里。全金属浆液循环泵的一次性投资约比衬胶泵高 20%左右，那么，全金属浆液循环泵为何得以在湿法烟气脱硫中得到广泛使用呢?1、特种金属材料的研制成功 烟气脱硫浆液介质状况：1525Wt%石膏和碳酸钙浆液、pH47、Cl10000-60000ppm、温度 5055oC、比重 1.15。含固腐蚀性高速流动的复杂介质对循环泵的用材提出了苛刻的要求。因此浆液循环泵过流部件材料的耐腐蚀耐磨蚀性能是决定该泵使用寿命的重要指标。国际镍工业协会的研究成果表明，按 30 年的寿命期限计算的数据显示，在湿法烟气脱硫装置中，采用碳钢加橡胶衬里和氟弹性体比不锈钢要昂贵的多，碳钢加橡胶衬里比双相不锈钢高 45%-65%，氟弹性体比双相不锈钢高 260%-270%。1 全 国 电 力 行 业 脱 硫 脱 硝 技 术 协 作 网 暨 技 术 研 讨 会 论 文 集 在重庆电厂、杭州半山电厂、北京一热和珞璜电厂等四套湿法烟气脱硫示范装置中，全部采用了全金属浆液循环泵，且至今都运行良好。可见，全金属泵在技术上是完全可行，而且是可靠的。针对烟气脱硫浆液介质的特点，襄樊五二五泵业有限公司对浆液循环泵用金属材料进行了深入的研究，对引进法国 Haute Sambre（HS）公司的两种特种耐磨耐蚀合金进行了技术改进，较好地适应了烟气脱硫浆液的介质状况。1.在 Cr30 的基础上加入了 Ni 和 Cu 元素，提高了其抗氯离子腐蚀的性能，改进后材料的企业代号为 Cr30A。该材料由于其硬度较高，耐腐蚀耐磨蚀性能较好，用于制造浆液循环泵中旋转件叶轮及与其配合的前耐磨板、后泵盖等零件。2.在 2605 基础上，降低碳含量至超低碳范围（0.03%）以下；提高了Mo含量，Mo元素富集于靠近基体的钝化膜中，提高膜的稳定性，显著提高双相不锈钢耐孔蚀性能，特别是钝化膜中MoO2，对钢在低pH值的高浓度氯化物中有良好的保护性；同时加入N元素，提高奥氏体的孔蚀抗力，从而提高整个材料的孔蚀抗力。而且，N元素能显著改善材料的力学性能，促进相平衡，消除因Mo含量提高造成材料脆性倾向增大的不利影响。改进后材料的企业代号 2605N，其抗孔蚀当量值PRE大于 40。2605N 材料由于既有较好的耐腐蚀耐磨蚀性，又有较好的强度与韧性，故用以制造承受液体压力及管线外力的泵体、前泵盖零件，在保证泵体长寿命的基础上，同时保证该泵的安全性。2 全 国 电 力 行 业 脱 硫 脱 硝 技 术 协 作 网 暨 技 术 研 讨 会 论 文 集 材料的物理机械性能测试：为了了解和衡量材料的物理机械性能，按照 测试大纲 的要求，对浆液循环泵的过流部件材料的成分、金相组织、材料的硬度、抗拉强度进行了测试，测试结果如下表。表 1 材料性能测定结果 材 料 冲击韧性 抗拉强度 金相组织 硬度 2605N-791.3MPa F+A HB252 Cr30A 10.79J/cm2554.2MPa F+(Fe,Cr)7C3+(Fe,Cr)7C3(II)HRC34 为考察 Cr30A、2605N 材料在模拟烟气脱硫吸收塔浆液循环泵工况下的冲蚀磨损性能，襄樊五二五泵业有限公司委托西安交通大学铸造和耐磨材料研究所，在 MMG-200 高温氧化冲刷腐蚀磨损试验机上,用取自珞璜电厂的吸收塔脱硫循环浆液介质，模拟实际运行工况进行了相对腐蚀磨损检测试验。试验条件：冲蚀速度 20m/s；冲蚀角度 15o；试验温度 5265oC；浆液pH=5.03;固体浓度 1825%；Cl-浓度 34455ppm。试验结果如下:表 2 材料冲蚀磨损试验结果 材料 试样 1 失重Mt(g)试样 2 失重Mt(g)试样 3 失重Mt(g)平均失重Mt(g)失重率R(g/(m2h)2605N 3.3 4.4 4.6 4.1 1.02 Cr30A 1.6 1.7 1.8 1.7 0.42 3 全 国 电 力 行 业 脱 硫 脱 硝 技 术 协 作 网 暨 技 术 研 讨 会 论 文 集 2605N 及 Cr30A 两种材质作为浆液循环泵的过流部件完全能满足该工况长期运行的要求，且相应部件的寿命在 20 年以上。襄樊五二五泵业有限公司研制的全金属型浆液循环泵，在华电集团半山发电有限公司 2X125MW 机上（1 套脱硫岛）已成功地替代了进口泵，且已运行超过 20000 小时，从运转一年之后的检查情况看，泵体零件光亮如新，机加工痕迹清晰可见，从磨损情况看，研制泵优于进口金属泵的水平，进一步验证了国际镍工业协会有关特种金属材料优于碳钢加橡胶衬里的这一结论，同时也证明国产湿法脱硫示范装置采用全金属浆液循环泵是完全正确的。2、全金属浆液循环泵合理的结构设计 良好的材料加上优良的结构，才能保证泵长期安全可靠的运行和良好检修维护性能，襄樊五二五泵业有限公司在结构方面主要采取了下面几项特殊设计：a.浆液循环泵是大流量泵，体积庞大，减少检修工作量十分突出，因而采用“后开门”结构，在联轴器部分设置中间接，检修时拆下中间节，留出空间，整个轴承组件及叶轮即可从后部抽出，而不需拆卸进、出口管线。b.一般清液泵设置前、后口环，而此泵代之以前后护板，既保证效率，也便于更换。c.为了使泵始终在高效点运转，通过轴承组件的调节，可改变叶轮在泵体内的相对位置。d.采用了较小的长径比（轴较粗），减少轴的动态挠度。一定程 4 全 国 电 力 行 业 脱 硫 脱 硝 技 术 协 作 网 暨 技 术 研 讨 会 论 文 集 度上控制了轴挠度对密封寿命的不利影响。e.选用进口轴承、轴承箱采用稀油润滑，改善了轴承工作条件，提高了轴承寿命。金属型浆液循环泵特点：a.结构简单：采用超低碳含氮双相不锈钢技术，泵体直接做成单蜗壳，既保证了耐磨耐蚀性，又可承受泵系统内压力及管线外力。衬胶泵内外泵体采用不同的材料,结构复杂,体积庞大，占地面积大。b.运行可靠：小的长径比，提高机械密封寿命；在泵的停车期间，泵出口管线的液体倒流会引起泵叶轮的反转，为避免危险发生，泵叶轮能适应两个方向的转动，泵叶轮的固定为防松结构，叶轮与轴的双键联接，抗反转能力强，进一步提高了泵运行的可靠性。衬胶泵叶轮为螺纹联结,抗反转能力差；内衬分两半制作，靠外面铸铁压紧内衬接合面，起到密封作用，易造成内衬接合面错位，密封不严，浆液泄漏；吸收塔内壁剥落的结垢碎片及其它异物易划破橡胶引起失效和在汽蚀状态下对橡胶的破坏。c.寿命长：金属型泵体运行寿命一般可达 20 年以上。衬胶的橡胶内衬使用寿命一般为两年，更换频繁。d.维修量小：长的寿命自然意味小的维修量，设备开车率高，金属泵停运后为了防止堵塞，配备有自动冲洗的接口,泵体内积存的浆液可通过排泄孔排出，维护费用低，但一次性投入大。衬胶泵更换泵体内衬需要进行进、出口管线的拆卸，中分泵体解体，泵体内积存的浆液要人工排出，检修麻烦，维护费用高，但一次性投入低。5 全 国 电 力 行 业 脱 硫 脱 硝 技 术 协 作 网 暨 技 术 研 讨 会 论 文 集 襄樊五二五泵业有限公司研制的全金属型浆液循环泵，在华电集团半山发电有限公司已运行超过 20000 小时，从运转情况看，运行平稳，运转可靠,各项机械性能完全达到了进口泵水平；从检查情况看，检修维护方便，国产机封使用良好，超过了电厂预期的 8000 小时，充分说明泵的结构合理可靠。3、全金属液循环泵较低的寿命周期内成本 液循环泵的成本主要由两部分组成：设备购置成本、使用维护成本。设备购置成本 以 600 口径的浆液循环泵为例，衬胶泵约 60 万元/台，全金属泵约 70 万元/台，全金属泵比衬胶泵多 10 万元/台。使用维护成本 按 30 年的寿命期限计算，衬胶泵与全金属泵相比，泵体使用的耐磨耐蚀材料不同，其余部件使用的材料都完全相同，使用维护成本的主要差别体现在泵体上,衬胶泵每两年需更换内衬，内衬约为 10.5万元/套,每次更换一台泵的人工约需 5 人，最快 3 天的时间，以目前的人工费及设备使用计算，平均每人每天约需 400 元，合计约为 0.5万元；每台泵的每次维护费用约为 10.5+0.5=11 万元.寿命周期内的使用维护成本为 1115=165 万元。可见，在寿命期限内，全金属泵泵体不用更换，衬胶泵比全金属泵的使用维护成本要高 165 万元。减去全金属泵多出的 10 万元购置成本，使用衬胶泵比全金属泵在 30 年的寿命期限内的成本要高出 155 6 全 国 电 力 行 业 脱 硫 脱 硝 技 术 协 作 网 暨 技 术 研 讨 会 论 文 集 万元之多。由以上的分析可知，全金属液循环泵寿命周期内的设备成本一次性投入大，但维护工作量小，使用维护成本较低,寿命周期内的总成本较低,使用全金属泵是经济合理的。随着人们生活水平的提高，人工费会越来越高,全金属液循环泵的优势会越来越明显。4、结论 全金属浆液循环泵具有材料优势,能较好地适应浆液特性，使用寿命长，检修方便，维护费用低。因而，能在湿法烟气脱硫中得到广泛使用。襄樊五二五泵业有限公司已有一百多台全金属浆液循环泵在湿法烟气脱硫中得到了应用，生产的泵口径从 500mm-900mm，流量自1500-13000m3/h，扬程自 15-30m之间，涵盖了我国所有机组的湿法脱硫装置。对我国烟气脱硫国产化装置的经济有效的运行具有巨大的推动作用。参考文献：参考文献：1 孙克勤、钟 秦火电厂烟气脱硫系统设计、建造及运行 2 邓徐等石灰石/石膏湿法烟气脱硫装置的防腐蚀 3 应春华、戴豪波浙江钱清电厂烟气工程的实例分析 4 INDUSTEEL arcelor group 大气污染控制系统的应用材料选择及寿命周期成本 7