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烟气脱硫循环泵机封的选择探究
烟气脱硫循环泵机封的选择探究
[来源：未知] [作者白云泵业] [日期：2016-11-16 14:16] [热度：]
高井热电厂脱硫工程吸收塔循环泵机械密封频繁损坏，严重地影响了机组的安全稳定运行。且检修费时费力，增加了运行成本，降低了脱硫设备的投入率。为此讨论对循环泵叶轮改进的技术途径，并介绍改进的效果。
随着国民经济和社会的发展，我国对于电力的需求持续稳定地增长，尤其是燃煤电厂排放的SO 2等有害气体，对于全球气候变暖、酸雨等影响很大。随着相关法律和法规的公布和实施，人们对环境保护的意识进一步加强，烟气脱硫工程迅速地在我国的燃煤电厂普及开来。“十一五”期间，我国安排用于治理SO 2排放的资金达1 000 亿元以上，2010 年左右,将是我国治理SO 2 排放的迅速发展时期，数百家燃煤电厂将增建烟气脱硫工程，其中主要是石灰石2石膏法湿式烟气脱硫技术( Flue GasDesulfu rizat ion) ，人们通常简称FGD 工程。
石灰石- 石膏法湿式烟气脱硫工程其基本原理就是石灰石浆液和SO2在吸收塔中反应，生成石膏(CaSO4·2H2O ) 从而降低了烟气中SO2的含量，达到脱硫之目的; 因此，输送石灰石浆液就成为FGD 工程的关键流程，吸收塔循环泵就是输送石灰石浆液的主要设备。
1、FGD 工程对吸收塔浆液循环泵机械密封的要求
由于吸收塔循环泵在FGD 工程中的关键作用，对配套机械密封的要求也是极其严格的，本文针对FGD 工程的特点对循环泵和机械密封做一些初步探讨。对于几乎所有FGD 工程来说，对吸收塔循环泵的要求大都有如下的几个特点:
(1) 石灰石浆液一般重量浓度为10%～ 20%的石灰石、石膏，pH 为4～ 6，氯离子含量为20 000～ 25 000×10- 6，因此，对泵的过流部件及机械密封要求既要耐磨损又要耐腐蚀。
(2) 泵输送的浆液温度较高，富含汽泡，含有大量固体颗粒，对泵的汽蚀性能和机械密封有很高的要求。
(3) 不间断连续工作时间大于8000 h，因此对泵的可靠性要求很高。
(4) 要求泵有较高的工作效率，可靠稳定的运行，机械密封不需要冷却水和冲洗水，尽可能降低运行成本。因此，各循环泵的生产厂家都将不得不围绕这些要求设计制造自己的产品来满足市场的需要。不能适应这些要求的厂家，将会很快被市场淘汰，目前，FGD 工程的循环泵普遍采用了单端面、不加冲洗水结构的集装式机械密封。
2、设计FGD 工程循环泵时应注意的问题
随着改革开放的不断深入，世界上各具特点的技术涌入我国，工程实践中，出现了各种各样的问题，特别是国内泵生产商就更面临比较复杂的局面。就机械密封来说，连续出现问题，造成巨大损失的情况出现不少，甚至在部分电厂，又出现了不得不重新回到加冲洗水的机械密封的老路上来。早在20 多年前，国外一些著名的大公司就已经注意到，在FGD 工程中，循环泵输送浆液的温度较高，富含汽泡，并且含有大量固体颗粒。由于浆液中的汽泡挤压破裂，造成特殊的振动和破坏机械密封的润滑膜，影响泵的安全运行。因此，在设计FGD 工程循环泵时，采取了一些特殊的措施，针对机械密封(见图1) 的工作环境，在设计FGD 工程循环泵时采取了以下几个措施。
图1 一种典型的FGD 工程吸收塔循环泵的机械密封区域结构示意图
(1) FGD 工程的浆液中含有大量汽泡。由于机械密封区域在泵腔中的压力较低，汽泡容易在机械密封处聚集，破坏机械密封的润滑膜。为保证机械密封不会干运转，在叶轮轮毂上开设排气孔。
(2) 叶轮后盖板增加副叶片，尽可能避免介质中的固体颗粒进入机械密封腔。
(3) 结构设计可使泵腔中的浆液易于排空。
(4) 结构设计要尽可能地保证机械密封的充分润滑和充分冷却。
3、吸收塔结构对浆液循环泵机械密封的影响
吸收塔位于FGD 工程的心脏部位，是进行脱硫(化学反应) 的大容器，因此，吸收塔的布置对循环泵的可靠运行至关重要。最近几年在我国相继运行的一些燃煤电厂FGD (图2 为部分美国技术) 工程中连续出现循环泵机械密封损坏的情况，北京高井热电厂2、3 号FGD 共6 台循环泵在试运时全部发生了机械密封损坏的现象。拆检后的情况可证实，这些机械密封都是经过干磨损后破裂的。这一让人惊讶的现象引起了人们的高度重视，各相关公司和厂家组织了大规模的调研，现在已经基本上可以判定问题之所在。这些工程的吸收塔结构与我国已经运行的另一部分FGD (图3 为部分欧洲技术) 工程有很大的不同。这些工程都具有几乎相同的以下几个特点：
(1) 吸收塔中进入到循环泵中的补气量超过部分欧洲技术FGD 工程正常设计值的2 倍以上。
(2) 氧化风机的排气口直入到吸收塔的进口位置与循环泵的吸入口同样的水平线，甚至更低。
(3) 在循环泵的吸入口靠近吸收塔内部分布有多个搅拌器搅拌。
图2 部分美国技术FGD 吸收塔结构示意图
图3 部分欧洲技术FGD 吸收塔结构示意图
具有以上特点的吸收塔浆液循环泵系统，从泵的吸入口进入泵腔中的气体将远远高于那些来自欧洲的技术系统。这些气泡如果不能及时排出将很容易在机械密封腔中产生聚集，破坏机械密封的润滑膜。现在的FGD 循环泵，动静磨擦副普遍采用了碳化硅(SiC) 材料，这种材料的机械密封有其非常突出的优点，就是材料硬度高，耐磨损程度强; 易于加工，加工精度高，密封效果好; 散热快，稳定性好。但其材料也非常脆，在润滑膜不连续时，磨擦副处的温度增高，会在短时间内使碳化硅(SiC) 密封环破裂，造成机械密封损坏。
4、解决问题的途径
针对部分美国技术吸收塔结构与一些循环泵不匹配，造成循环泵在运行时机械密封频繁损坏的现象，有两种解决问题的方法。第一种是对吸收塔结构进行修改，如管路系统，吸收塔内含气量重新配置等，这一方法涉及面广，牵扯到整体脱硫技术，是极难改动的。第二种是从循环泵本身着手,包括更改叶轮轮毂通气孔和更改机械密封型式,更改机械密封型式涉及的技术可行性，投入的资金及工作量都会是很大的。如采用带冲洗水或冷却水的机械密封，将使系统复杂，并增大工程造价和运行成本。KSB 德国工厂对此问题进行了专门研究，并提出了一个可行的最简单、最经济有效的方案，就是增加叶轮轮毂处的通气孔数量并加大通气孔直径。最大限度地改善机械密封腔中流体的流动状态，最大可能地破坏机械密封腔中可能产生的集气现象。目的就是最大可能地使机械密封腔中的汽泡回流到泵的进口流道中去，避免机械密封干运转的危险。
北京高井热电厂2、3 号FGD 共6 台循环泵在增加叶轮轮毂处的通气孔数量并加大通气孔直径的技术处理后。全部经过了8000h 以上的连续稳定运行，没有发生一台机械密封损坏的情况。
5 结束语
燃煤电厂FGD 工程吸收塔浆液循环泵由于其在工程中的关键作用，对泵用机械密封要求很高，特别是在无冲洗水和冷却水的情况下就更是一个考验。机械密封损坏的原因很多，本文仅介绍了在FGD 工程前期设计、设备选型过程中对吸收塔的结构布置与浆液循环泵的运行工况匹配问题考虑不周，造成机械密封损坏的原因和解决方案。
此外，为保证吸收塔浆液循环泵连续稳定运行，避免机械密封损坏，使燃煤电厂FGD 正常稳定投入，还要对用户的使用提几点建议:
( 1) 要尽可能地减少浆液中的杂质，特别是胶皮碎片，纤维等可能导致堵塞通气孔的杂质。
(2) 要求停泵后对泵腔进行充分冲洗。
(3) 每次拆检循环泵，都要认真清理通气孔。
关键字：循环泵机封,脱硫循环泵
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