火电厂烟气脱硫系统用泵机械密封常见故障分析及对策

火电厂湿法烟气脱硫工艺是采用石灰石或石灰作为吸收剂，与锅炉尾部烟气在喷淋塔内接触反应，使石灰浆液中的钙同烟气中的SO2反应生成石膏，同时去除烟气中的其它污染物。烟气脱硫系统中使用的泵轴封全部为机械密封，且大部分是无冲洗水机械密封。此类机械密封能否可靠运行直接关系到泵的运转，是泵至关重要的零部件。

　　一. 烟气脱硫装置介质特点

　　锅炉排放的烟气温度较高(180℃)，相对湿度3%，含煤和各种腐蚀性成分，如SO2、NO2、HCl及盐雾，浆液中含有20000~60000ppm的Cl-，浆液的pH值大约在4~9之间，浆液中含有石灰石、石膏的浓度为20~35%，含固体量有时高达60%。固体粒径为1mm，温可达70℃。

　　二. 烟气脱硫装置用泵及机械密封现状

　　脱硫系统用泵按其性能特点大致分为三类：一类是大型循环浆液泵，流量4000~9800m3/h，扬程18~27m；一类是石灰制浆系统及石膏排出用小型泵，流量15~100m3/h，扬程25~70m；其它为辅助系统用工艺水泵，流量100~300m3/h，扬程30~65m。前两类为脱硫系统的核心设备，尤其是大型循环浆液泵每台机组装置配备3~4台，价格昂贵，无备用泵，可靠性要求较高。这些泵的机械密封原来一直采用进口的机械密封，价格昂贵，备件供货时间较长，而国内生产厂家提供的机械密封普遍会发生不同程度的泄漏。

　　三. 脱硫泵机械密封失效分析

　　脱硫系统泵采用的机械密封通常为为弹簧推进式，依靠动环与轴、静环与泵壳（压盖）之间的静密封以及动、静环之间相对旋转滑动摩擦的端面之间的接触来实现密封。两端面之间的泄漏是密封失效的主因。

　　机械密封的失效主要不是由于设计原理上的失误，而是由于动静环两个端面间的摩擦损坏，端面的损坏包括黏附磨损、磨料磨损、磨蚀、表面磨损、冲刷磨损。这些现象在脱硫系统的机械密封中均有体现。

　　石灰石浆液工况。由于脱硫工艺的需要，石灰石浆液的密度为1230kg/m3（固含量30%），由于石灰石粉密度小，具有黏附性和荷电性，导致石灰石粉粒流通不畅（比如结块、搭桥等）。在该工况下需要硫化风机向石灰石仓内鼓入一定压力的气体（气体压力一般为0.2~0.5MPa）搅拌石灰石粉，使石灰石粉呈流态化。

　　石膏浆液工况。吸收塔持液槽内是反应后的石膏浆液，为了便于石膏的形成（从亚硫酸钙进一步氧化成硫酸钙），通过氧化空气风机向槽内鼓入足够的氧气（因为烟气中所含的氧气不足以满足氧化需要），这样导致浆液中含有大量的气泡。

　　石膏、石灰石这两种浆液中含有大量空气，密封腔内机械密封的工作面附近浆液压力低，从而使汽泡体积膨胀，使密封端面得不到很好的冷却、润滑，甚至造成密封端面间润滑膜汽化形成干摩擦，损坏了密封面的光洁度、平直度，从而造成泄漏。一旦含颗粒的浆料从密封端面间通过就会出现严重的磨料磨损，反过来又更加损害端面状况从而形成恶性循环以至完全失效。有时干摩擦产生的高温使O型圈碳化，使SiC环热裂损坏出现龟裂纹。

　　由于种种原因，例如为了节约投资和运行成本而省去冲洗水系统、监控设备、节约水资源等原因而要求的“无水密封”，决不是指密封端面间可以干摩擦，而是指依靠介质本身来冷却、润滑端面，使介质中的液体成分在端面间形成一层既不同于轴承的完全液体润滑，也不是干摩擦的所谓“边界润滑”状态。因此充分地让端面间摩擦面接触液体介质十分重要。

　　四. 采取的措施

　　针对以上恶劣的工况，分别针对机械密封设计、泵设计和泵现场运行采取措施。

　　4.1 机械密封设计上采取的措施

　　4.1.1 机械密封摩擦副选材

　　根据统计，机械密封的泄漏大约有80~95%是由于密封端面摩擦副造成的，除了要保持密封面平行之外，关键在于摩擦副的材料选取。

　　摩擦副材料用于脱硫工况必须要具备足够的强度、硬度、耐磨性、耐蚀性、耐温性、耐冲击性和疲劳强度等，且具有良好的耐干磨性、自润滑性。其中，耐磨性、耐蚀性和抗热裂性能是主要的要求，综合衡量摩擦副各种材料后，选择了碳化硅(SiC)材料。

　　4.1.2 机械密封的结构

　　机械密封结构采用单端面、平衡型、外装式，考虑运行过程中浆液不稳定，为防止冲击摩擦副，动静环采用整体式碳化硅，不采用镶嵌式碳化硅。

　　根据工况的性质，对于易结晶、易凝固和高粘度的介质，我们选择大弹簧静止式结构，不选择小弹簧结构。因为小弹簧容易被固体物堵塞，高粘度介质会使小弹簧弹力受损。大弹簧结构由原来裸露在外改为用夹套包住，防止外面的污物进入从而影响弹簧的补偿能力，并正确选择弹簧的刚度和数目，保持静环的追随性。

　　计算合理的弹簧比压，保证机械密封在投入运行后即能顺利打开动静环接触面，能够在动静环之间有微小的间隙，形成一层水膜，不致于使摩擦副直接接触而产生干摩。

　　4.2 脱硫泵设计上采取的措施

　　4.2.1 叶轮设计

　　针对石灰石浆液和石膏浆液中存在的气泡，采取在泵的叶轮上钻排气孔的方法，使得泵在运行过程中浆液从高压区向低压区循环，避免浆液中的气泡在动静环周围聚集，形成干摩擦。

　　4.2.2 间隙设计

　　为了使浆液快速地大量进入机械密封腔体，使冷却密封副达到理想的效果，在叶轮和后护板之间加大间隙，一般掌握在3~8mm。

　　4.2.3 密封腔体设计

　　摩擦副运转后会产生大量的热，为保证有足够的浆液进行冷却循环以带走摩擦副摩擦产生的热量，可以将机械密封的腔体加大。

　　4. 3 泵启停前后采取的措施

　　现场运行过程中，依据经验，认为在启动泵前首先将进口阀门打开5min，使浆液充分进入泵和机械密封的腔体之后才可开启泵，以防止浆液未能到达摩擦副周围就开启泵而造成干摩擦。

　　停泵后现场及时开启反冲洗水，一般不小于0.8MPa，反冲时间不少于5min，以将黏附在摩擦副周围的浆液颗粒冲洗干净，确保下次启动泵前无固体颗粒干巴在摩擦副上，并防止浆料在O型橡胶圈的间隙内滞留、板结。