火电厂烟气脱硫系统用泵的研制及应用效果

火电厂烟气脱硫系统用泵的研制及应用效果*

刘彦春,杜辉,曹金燕

(石家庄工业泵厂,河北石家庄050100)

摘要:介绍火电厂烟气脱硫系统用泵和石家庄工业泵厂开发D T系列脱硫泵情况。主要论述D T系列脱硫泵的水力设计、结构设计、轴封特点、材料研制等内容。总结D T系列脱硫泵的应用效果。

关键词:电厂烟气脱硫;D T系列脱硫泵;设计;研制;应用效果

中图分类号:T H38文献标识码:B文章编号:1007-4414(2005)02-0091-03

1前言

目前,我国火力发电厂燃煤系统排放烟气中的S O

2

对大气造成了严重污染,给国民经济发展带来巨大的损失。我国制定了环境目标是:2005年大气环境质量达到国家二级标准,2008年大气环境质量接近世界卫生组织的指导值或发达国家大城市的平均水平[1]。

石家庄工业泵厂自20世纪80年代末期以来,一直是我国火力发电行业锅炉除灰系统用泵设备的重要供货厂家之一。在1997年针对烟气脱硫系统输送介质的特点开始研制耐磨、抗腐材料-G L H-5,并研制开发了D T系列脱硫泵。该系列泵设计效率高、结构合理、运行平稳可靠,解决了国内脱硫系统用泵设备的国产化问题。

该厂开发的脱硫泵包括D T卧式系列和T L立式系列。截止2004年5月,D T系列脱硫泵已开发出21个规格,口径从25到600m m;T L立式脱硫泵,已开发出12个规格,口径从25到150m m。脱硫泵的流量从5m3/h到5600m3/h,扬程从5m到88.6m,最高效率达到88.3%。产品基本覆盖了电厂烟气脱硫机组使用的吸收塔用循环泵、石灰石和石膏浆液泵、工艺水泵以及地坑泵。

笔者主要对该厂研制开发的D T系列脱硫泵水力设计、结构设计、轴封特点及过流部件材料研制等方面做详尽的论述。

2脱硫泵水力设计、结构设计及轴封特点

2.1水力设计

目前,离心式脱硫泵水力设计的关键是叶轮叶片型线设计。传统的设计方法是采用速度系数法设计叶轮叶片,一般采用圆柱形叶片。D T系列脱硫泵水力设计综合应用了现代设计方法,即按照能量损失最小原则,考虑了泵输送介质中液体和固体颗粒的相对抽吸和相对排送的运动特点。一方面,确保叶轮要有足够的过流能力。另一方面,力求使叶轮叶片型线与固体颗粒的运动轨迹一致,减少流道的过流损失,提高泵的效率。叶轮采用扭曲叶片后,由于减少了颗粒冲击产生的叶片磨损,延长了叶轮的使用寿命,提高了水力效率。除吸收塔用大型循环泵外,其他离心式灰浆泵均属于小流量、高扬程离心泵,比转速小,圆盘直径大,摩擦损失较大,有一定的设计难度。因此,考虑固体颗粒运动特点的同时,选择适当叶片

进、出口安放角、叶片包角,对叶片进出口面积比值进行核算,以将其控制在合理的范围内,减小流体的扩散损失。蜗壳也是影响水力效率的关键零件。对于离心式灰浆泵,合理选用螺旋形压水室,并适当控制基圆与隔舌的间隙,以减少环流造成的损失。D T系列泵普遍达到泵行业标准规定的优等品以上水平。优秀的水力设计,对于电厂脱硫机组运行中的节能、降耗发挥了较大的作用。

2.2结构设计

D T系列脱硫泵总体结构分为2种形式。一种是吸收塔用大型脱硫循环泵。为悬架、后抽式、单层壳体结构,详见图1

。

图1脱硫循环泵结构图

1.叶轮

2.入口短管

3.蜗壳

4.后护

板5.机械密封6.拆卸环7.悬架

8.轴承体9.轴10.调整螺栓

泵体底部为主支撑,主轴箱体底部为辅助支撑。这种结构形式对于脱硫吸收塔用大型循环浆液泵尤为适用,可便于过流零件、轴封组件的检修、维护及拆装、更换。

蜗壳采用整体铸造支脚,并自带出口法兰。前护板和入口段管合为一体。泵与电机采用联轴器连接,泵与电机间设中间段,为泵轴组件后抽更换叶轮留出足够的空间。转子部件可以轴向调整,并控制叶轮与入口短管的最佳间隙,保证机组高效运行。轴封采用机械密封。过流件全部采用G L H-5耐磨抗腐材料制造。另一种是石灰石制浆系统、石膏处理系统、输送工艺用脱硫浆液泵。该种泵为托架式、单层壳体结构。从图2看出泵头由叶轮1、蜗壳2、后护板3、衬板7、填料

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1

9

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第18卷第2期2005年4月

机械研究与应用

M E C HA N I C A LR E S E A R C H&A P P L I C A T I O N

V o l18N o2

2005-04

*收稿日期:2004-11-08

作者简介:刘彦春(1967-),男,河北石家庄人,高级工程师,主要从事水泵的设计研究、新产品的开发与管理工作。

箱6组成。叶轮与轴的连接和脱硫循环泵结构相同;轴封采用机械密封;转子部件可以轴向调整。脱硫浆液泵具有体积小、结构紧凑、重量轻、检修方便的特点

。

图2 脱硫浆液泵结构图

1.

叶轮 2.蜗壳 3.后护板 4.入口短管 5.出口短管 6.填料箱 7.衬板 8.机械密封 9.托架 10.联轴器 11.

底座2.3 轴封特点

轴封采用机械密封。摩擦副材料硬度达H R A 92-96,具有较高的硬度和适宜的抗冲击能力,还具有稳定的化学特性,耐酸、碱的腐蚀,适用于脱硫系统输送含有石灰或石膏的腐蚀性浆液,

具有无泄漏、消耗功率少等特点。机械密封按其结构分为双端面和单端面2种类型。脱硫循环泵采用了单端面、不加冲洗水结构。该类型结构紧凑、安装方便、轴封可靠、

使用寿命长。其他泵的密封较多采用双端面-注水型或者单端面、

不加冲洗水结构。3 脱硫泵过流部件材料研制

G L H-5材料是该厂自行研制的、

用于火力发电厂的烟气脱硫系统(F G D )脱硫泵用过流部件中的主要材料。考虑到S O 2烟气通过石灰泥浆溶液,反应生成硫酸钙,泥浆中含有未溶解的石灰和飞灰等,介质含有一定量的氯化物并具有低的

p

H 值,其磨蚀性和腐蚀性很强[2]

。新研制的G L H-5材料通过加入合金元素能获得合理的组织,材料具有良好的机械性能,相当优越的耐腐蚀和抗磨损性能。3.1 G L H-5化学成分设计

材料的性能是由材料的组织决定的,

材料的化学成分保证了材料获得合理的组织,在材料化学成分中加入的合金元素对材料的耐磨蚀性能有着不同的影响。C 元素不利于材料的耐孔蚀性能,但是只对低氮钢有影响,随钢中含N 量不同,

碳的影响程度也不同[3]

;C r 对不锈钢的耐蚀性有很大贡献[4],根据塔曼法则,选用高C r 时以保证钢的耐蚀性能;N i 是奥氏体形成元素,与C r 配合能起到更好的作用,保证对形成奥氏体组织有一定的促进作用;C u 对材料表面起保护作用的氧化膜的形成有一定的好处;M o 是一种对氯离子具有选择性的抗蚀元素,对含有大量氯离子的介质中使用的材料属于必加元素。根据以上分析,设计了具有耐磨蚀的G L H-5材料的化学成分如下:C :1.3%～2.6%,C r :20.0%～30.0%,

M o :1.0%～4.0%,N i :1.0～4.0%,C u :0.5%～4.0%。

3.2 G L H-5的组织、

性能及分析3.2.1 G L H-5材料的金相组织

通过使用金相显微镜和扫描电镜对材料的试样进行金相组织和断口分析,G L H-5材料热处理后的金相组织为相对细小的铁素体基体上弥散分布大量的碳化物,如图3所示。断口组织分析可以确定材料的基体为大量的铁素体组织。如图4、5所示,断口呈解理断口形貌,为脆性断裂。3.2.2 G L H-5

材料的机械性能

图3 G L H-5材料的金相组织×10

图4 冲击试样冲断后的断口形貌×100

图5 冲击试样冲断后的断口形貌×1000

抗拉试验是在W E-100型万能试验机上进行,采用10倍试样;冲击试验是在C D-30A 冲击试验机上进行的,试样为夏氏试样,以上试样经热处理后进行性能测试。

从表1中可以看出,抗拉强度较好,2b 在590～700M P a ,而延伸率和冲击韧性值较低,所以材料表现为脆性,与组织分析结果相吻合。

表1 G L H-5材料的机械性能

试样2b

/M P a δ/%a k

/J /c m 2H R C

15900.62.542.826300.42.343.53

7000.62.343.2平均值

640

0.53

2.4

43.2

3.2.3 G L H-5材料的全面腐蚀性能

试验配制腐蚀液为3种情况,具体如表2所示。

表2 腐蚀介质情况表

序号编号具体情况

第1种介质1S O 4

2-为5g /L 、C l -为1%、P H 值为6.5第2种介质2S O 42-为15g /L 、C l -为2%、P H 值为4.5第3种

介质3

S O 4

2-为35g /L 、C l -为6%、P H 值为2.5模拟现场环境介质,用锥形瓶把试样全部浸泡在腐蚀液中,腐蚀后结果如表3所示。全面腐蚀可以用重量法和深度法表示全面腐蚀速度,采用深度法表示全面腐蚀还可用作评

价金属的耐蚀性能的通用标准[4]

。在介质1～3中热处理态

的材料耐腐蚀性能均优于铸态,随介质中氯离子含量增加、P H 值降低酸性增强、温度升高,腐蚀加剧。但G L H-5材料

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29·V o l 18 N o 22005-04 机械研究与应用M E C HA N I C A LR E S E A R C H &A P P L I C A T I O N

第18卷 第2期

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