新型高效脱硫泵的研制

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中图分类号： TH311 文献标识码： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.03.009Development ofNew and High Efi cient FGD PumpGUO Chen.xa'，LIU Jian-rui ， ，HE Xiao-ke， ，WEN Hai.gang ，GAO Zhen-jun '(1.Research Center of Fluid Machinery Engineering and Technology，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China；2.National Research Center of Pumps and Hydraulic System Engineering and Technology，Zhenjiang 212013，China)Abstract： Based on the solid-liquid two-phase flow pump design method，blades of large-scale FGD pump were designe-dwith the method of great distortion and appropriate extension to pump inlet，and the pump chamber Was designed to h-ave doublechanne1.The wear-resisting lining board clearance serf-compensation device in pump chamber and the axial di-splacement adjus-ting device in pump impeler were designed innovatively，the container type structure of the mechanical s-eal was taken，bearingbox Was designed to a structure that Can put the gas at any time，the kind of new and eficient FGD pump Was designed.TheM26-23V ahoy steel was developed and used to the P-ump，the pump Was made with the i-nvestment casting technology process-ing and the performance of the pump Was tested.Th e results show that the compreh-ensive technical index meet the design re-quirements，the pump eficiency at design point reach up to 85.28% ，the pump design is proved to be reasonable and eficient，the perform ance curve is flat，the hi gh eficiency area is wide，the overlo·ad properties is present，and the weal"-resisting perform-alice is good.Th e service life compared with similar products incre-ase by more than 25% .Th e successful development of thepump further promoted our localization process of the FGD p-ump，energy saving and emission reduction of electric power sector，and elevated the economic and social benefits of ele-ctrie power sector。

Key words： FGD pump；eficiency；design ；the service life；energy saving and emission reduction1 前言近年来，全球正面临着严峻的能源危机和环保问题，由于工业过程中大量二氧化硫和氮氧化物的排放，使得全球酸雨污染越发严重 。目前，我国电力结构以火电为主，据不完全统计，我收稿日期： 2012-07-2O基金项目： 国家科技支撑计划资助项目(2011BAF14B02)；江苏势技支撑计划资助项目(BE2011141)42 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.3，2013国火电机组装机容量约占全国总发电量的72%，火电厂燃煤系统排放的烟气中含有大量的二氧化硫，对环境造成了严重的污染 j。火电厂主要通过脱硫技术的改进来解决发电机组烟气二氧化硫污染的问题，石灰石/石膏法脱硫技术是烟气脱硫的主要技术，而脱硫泵作为石灰石/石膏法脱硫装置的关键设备，直接关系到脱硫装置能否安全运行 ～ 。

目前，国内大型火电厂脱硫装置用泵主要依赖进口，进口脱硫泵产品不仅价格昂贵，而且配件跟不上，常常延误生产。因此，研究开发出高效节能、耐磨耐腐蚀、运行稳定的火电机组脱硫泵，对推动我国节能减排进程、保护人类的生活环境和生态环境会起到积极的促进作用。

本文研制了-种新型高效的脱硫泵，泵效率高且耐磨性能好，该产品的开发和推广应用，对于减少火电厂 SO 的排放、环境的治理、脱硫泵的国产化以及电力行业经济效益和社会效益的提高具有重要的现实意义。

2 脱硫泵的设计参数及水力设计脱硫泵的主要技术参数：流量 Q2440m /h，扬程 H40m，转速 990r/min，效 率 叼81.5%，电机配套功率 P450kW，输送的工作介质为石灰石 -石膏溶液。

2.1 叶轮的水力设计叶轮是泵的关键部件，叶轮设计的优劣能直接决定泵性能的好坏。叶轮设计为半开式叶轮，采用叶片极大扭曲结构设计方法，使脱硫泵的叶片叶型流线更符合流场内流体流动，能够改善泵的水力性能并提高效率～叶片向泵的进口端适当延伸，延伸出来的部分相当于在泵的进 口处增设了-个消旋设备，能够减少泵进口处的旋流损失，并降低噪声。

(1)叶轮进口直径D ，n D。：k。( ) 。 (1)，式中 Q--泵的流量，m /sn--泵的转速，r/min- - 根据统计资料选取，兼顾效率和汽蚀取 k 4.0～4.5(2)叶片进口直径 DD.D。 (2)(3)叶片进口芭角JB叶片进口芭角 主要由固体颗粒的粒度决定。抽送细颗粒固液混合物时，叶片进 口边磨损较小，主要考虑吸入能力， 取 l8。～25。；抽送砂砾固液混合物时，叶片进口边磨损大，叶片进口磨损随叶片进口芭角的增大而减小，根据设计要求本文取 22。。

(4)叶轮出口直径 D由于压水室的水力损失大小与叶片出口的绝对速度有关，故叶轮出口直径的大小直接影响泵的杨程和效率。为了减少压水室的水力损失，应当在满足设计参数的条件下使叶轮出口绝对速度较小，并以此来确定叶轮出口直径 D ，D 计算式为 ：D，： (H) (3) -二 式中 K2--补偿系数，K24.15-4.96(5)叶片数叶片数-般由泵的通过能力确定。脱硫泵输送的固液两相流介质中固相颗粒直径-般为 60- 1001xm，故 取 6。

(6)叶轮出口宽度 b为了保证输送的浆体顺利通过叶轮，适当增大叶轮出口宽度，颗粒通过性会变好，同时也可以改善叶轮出El处的磨损情况 。叶轮出口宽度b 计算式：b：k6( )∽ (4)式中 b--修正系数，kb1.75-2.0(7)叶片出VI芭角卢：叶片出口芭角 ：的选择主要考虑减少叶片出口边的磨损。在 20。～40。之间选取，最大可达45。，最小为 10。-25。，在不影响泵性能的前提下，叶片出口芭角 取 33。。

(8)叶片包角叶片包角的取值，应考虑固液混合物对叶片的磨损、流道最许度允许的通过能力以及流道的有效长度等，故叶片包角取 110。，也可由下式计算： (In ，-2/n器 ) (5)式中 r --叶轮进口半径，mm1"2--叶轮出口半径，mm脱硫泵的叶轮三维模型如图 1所示。

FLUID MACHINERY Vo1.41，No.3，2013耐磨板前移，自动补偿磨损间隙并将其间隙控制在0.5mm以内，能够保持泵的工作压力不变并在高效率区运行。当产生磨损的程度严重到间隙不可调节时可以更换耐磨衬板，避免了脱硫泵整机报废的问题。叶轮间隙自动补偿装置的增设能够保证泵的高效稳定运行，缩短检修维护周期并减小维护工作量。这种脱硫泵的结构简单，更换方便，大幅度降低了维修成本和维修时间。

叶轮轴向位移调节装置，能方便地进行叶轮轴向间隙调节，保持叶轮与压水室耐磨板的间隙，使脱硫泵在高效区运行。

3.2 集装式机械密封密封腔设计成大锥形结构形式，采用外冲洗并冷却密封面方式，可以防止密封腔内颗粒浓度过大，有效地保护了密封表面，从而提高了机械密封的可靠性和寿命。

3.3 可放气式轴承箱轴承箱设计成可放气式，该结构可以平衡轴承箱内外压差，使轴承箱内的热量能够及时散发，可以降低轴承高速运转产生的高温，延长轴承的使用寿命。

4 过流部件材料研制在吸收国外先进国家脱硫泵的耐磨耐腐材质及工艺的基础上，采用先进的配方及工艺，研制出了-种新型材料的 M26-23V合金钢，M26-23V合金钢材料主要成份含 cr、Ni、Mo、Cu、V等元素。

Cu元素的电极电位比较高，从而抑制强还原性酸对金属的腐蚀，特别是 Cu-Mo、Cu-。Ni复合添加时可抑制钝化膜的还原溶解，进-步提高钢件的耐磨耐蚀性；V元素在铸造中有提高钢水的淬透性，阻止奥氏体再结晶及沉淀强化的作用，使其硬度加强，其耐磨性均可随之提高。M26-23V合金钢具有极好的耐磨性、耐冲击性、抗蠕变性、抗粘性、耐腐蚀性等优点。

5 制造工艺脱硫泵的泵体、叶轮、衬板均采用熔模铸造工艺进行加工。其特点是 ，铸件表面光滑，流道尺寸精确，加工余量少，不变形，制造工艺性好 。脱硫泵的模具在加工中心加工完成，保证泵体、叶轮及耐磨板等主要部件达到图纸设计的要求，再经过严格的制蜡模、脱蜡模、焙烧等工艺。在铸件浇注过程中采用新配方、新工艺，在焙炼过程中全程跟踪，当钢水达到 1600%时都进行抽样化验，通过光谱仪对铸件的材质进行现场分析，及时补充元素，确保铸造的材质达到设计的要求，对于晶粒粗大的通过热处理工艺解决，采用严格的工艺纪律来控制生产过程。铸件浇注完成后，要进行清砂、打磨 ，最后进行固溶，消除其应力和晶粒粗大等现象。尤其采用金属模具后，铸件的仿形可完全达到设计要求。

6 脱硫泵性能试验脱硫泵按国家标准 GB/T3216-2005《回转动力泵 水力性能验收试验 1级和 2级》进行，结果表明，技术指标检测合格。泵性能试验结果如表 1所示，试验性能曲线如图4所示。

表 1 脱硫泵性能试验结果类别 Q(m /h) 日(m) (%) rb(r/rain) P(kW)规定值 2440.0 40.00 81.5O 990 450.0试验值 2503.7 41.04 85.28 990 450.0Q(m /h)图4 脱硫泵性能曲线从表 1、图4可以看出，泵的额定点的效率达到85.28%，比国内外同类参数的脱硫泵效率提高了3.8%。该泵设计合理，各项技术指标均满足设计要求，且高效率区宽，泵的最高效率达到86.7%，通过了中国机械工业联合会的鉴定，其鉴定结果为：综合技术指标居国际先进水平，其中效率指标居国际领先水平。经云南某电厂实际运行考核，采用新型耐磨材料生产的该类型的脱硫泵产品耐磨性能较好，使用寿命比国内外同类产品提高了25%以上。

7 结论(1)采用叶片极大扭曲设计方法，使其叶形2013年第41卷第3期 流 体 机 械 45流线更符合流场内流体流动，提高泵的水力性能；采用叶片向泵进口段适当延伸，降低泵进口处的旋流损失及噪声；采用双蜗壳压水室结构 ，减小了泵的径向力；(2)创新地设计了压水室耐磨板间隙自动补偿装置，保证泵高效稳定运行，同时避免了泵整机报废的问题 ，延长了泵的使用寿命；创新地研究出叶轮轴向位移调节装置，能够方便地进行叶轮轴向间隙的调节，保持叶轮与压水室耐磨板的间隙，从而保证泵能在高效区工作；采用集装式机械密封结构，提高了机械密封的可靠性；采用可放气式轴承箱设计 ，延长了轴承的寿命；创新地研究出脱硫泵的耐磨耐腐材质 M26-23V合金钢，极大地提高了泵的寿命；采取熔模铸造工艺进行加工，提高材料的机械性能，减小泵过流部件的表面粗糙度，提高泵的寿命；(3)脱硫泵的性能试验结果表明，该泵设计合理，高效率区宽，泵性能曲线平坦，各项指标都满足设计要求，泵的额定点效率达到 85.28%，比国内外同类参数的脱硫泵效率提高了3.8个百分点，该脱硫泵机组的功率为 450 kW，按-年运行8000h，单套机组每年可节电约l3.68万度。若年生产并投入使用 100台，每年节约 1368万度电，提高泵效率-项指标就可节约人民币 1368万元；(4)采用 自行研制的新型耐磨耐腐材料生产的脱硫泵产品，经实际运行考核，使用寿命比国内外同类产品提高了25%以上；(5)该新型高效脱硫泵产品的开发和推广应用，对于减少火电厂 SO 的排放、环境的保护、脱硫泵的国产化以及电力行业效益的提高都具有重要的意义。