新型防磨材料在脱硫浆液循环泵上的使用及效果评价

摘 要：锦能公司采用石灰石-湿法脱硫，喷淋空塔型吸收塔，吸收塔内浆液由循环泵从吸收塔下部打入吸收塔上部喷淋层，经喷咀雾化喷出，与烟气形成逆流，进而使浆液在塔内实现脱硫过程，吸收塔浆液循环泵是保证脱硫效率的重要设备之一。运行中受到浆液的腐蚀、冲刷和气蚀等交互磨损作用，导致叶轮、泵壳等部件寿命极短，很难坚持到一个大修期就损坏了，一方面维护成本较高，另一方面极易造成脱硫效率上不去，直接影响环保测评。通过采用新型防磨材料对浆液循环泵叶轮等进行维护，可有效降低维护成本，同时提高设备系统的可靠性。

关键词：新型防磨材料；脱硫；效果评价

1 设备系统基本情况

锦能公司4×600MW机组，每台吸收塔设置3台浆液循环泵，生产厂家为德国KSB AG，型号为KWPK800-934，流量均为9700（m3/h），扬程分别为22.5/24.5/26.5（米液柱），叶轮采用高铬金属叶轮，吸收塔运行浆液密度为1080-1150Kg/m3，PH值为4.8-5.5，吸收塔的液位应控制在8.5～9.0m，运行中氯离子含量控制较低。

2 叶轮腐蚀原因简析

2.1 化学腐蚀：吸收塔内浆液成酸性，容易和叶轮上的金属材料发生化学反应，形成化学腐蚀。其次，在叶轮表面形成的电位差导致的电子转移，发生的氧化反应，直接破坏金属。

2.2 物理反应：由于浆液中带有大量的石灰石和石膏等颗粒物质，在泵的吸入口直接对叶轮形成冲击和破坏。

2.3 气蚀：由于泵的设计、安装、运行中液位、温度调节等问题导致泵的吸力不足，在入口处形成气泡，冲击叶轮。

3 叶轮磨损后的影响

3.1 吸收塔浆液循环泵运行情况

锦能公司每台炉脱硫系统吸收塔配置3台浆液循环泵，不设备用，功率分别为924.1KW、874.2KW、813.7KW。在脱硫吸收塔浆液循环泵配置新叶轮情况下：机组负荷低于400MW运行时，运行两台浆液循环泵可以维持脱硫效率95%以上，机组负荷大于400MW时需要运行三台浆液循环泵。

3.2 叶轮磨损腐蚀后的影响

一方面，叶轮初步磨损腐蚀时出力降低，达到一定程度时首先导致机组负荷低于400MW运行时运行两台浆液循环泵无法维持脱硫效率达到95%以上的要求，需要增加一台浆液循环泵运行，增加一台循环泵运行每天耗电量按照功率最小的泵计算：813.7KW×24h=19528.8KW/h，按照厂用电（0.18元）计算每台机组每台吸收塔浆液循环泵每天费用为0.3515万元，四台机组4台吸收塔浆液循环泵每天费用1.4060万元；按照上网电（0.37元）计算每天节约费用0.7226万元，四台机组每天节约2.8903万元（按照24小时计算）。

另一方面，叶轮磨损严重后出力降低严重，脱硫效率无法维持，影响电价及不符合环保要求。

从经济及环保要求两方面分析，脱硫浆液循环泵叶轮磨损后必须及时进行维护。

4 叶轮维护采用不同方式产生的效果

4.1 更换原装进口叶轮：叶轮持续运行，运行中磨损腐蚀，出现出力降低现象后进行更换原装叶轮。

图1为叶轮运行两年后磨损腐蚀情况，叶轮进、出口之间磨穿，出口压力降低，如果继续使用，等不到下一个检修周期（一年），机组低负荷时必须三台浆液循环泵同时运行才能维持脱硫效率及高负荷时三台泵运行也不能维持脱硫效率达到95%以上。

根据前期实际使用情况，原装进口叶轮使用寿命为三年，更换原装叶轮每个在30万元以上。每年每台泵叶轮维护费用均价约10万元。锦能公司四台机组共计12台浆液循环泵，每年维护费用约120万元。维护费用过高，锦能公司对叶轮进行了国产化。

4.2 叶轮国产化：进口叶轮维护成本较高，调研后，对浆液循环泵叶轮进行国产化。浆液循环泵叶轮国产化使用两年后叶片过流部分中部均有磨损、腐蚀，如继续使用出力降低及安全性降低，需要进行维护处理。

根据实际使用情况看，国产化叶轮使用周期基本在两年半左右，每个叶轮15.2万元，每年每台泵叶轮的维护成本为6.08万元。12台浆液循环泵叶轮维护费用每年为72.96万元。与进口叶轮对比，每年费用减少47.04万元。但是国产化叶轮的加工工艺与进口叶轮对比相对较差，安装配合及叶轮平衡方面容易出现问题。

4.3 新型材料在浆液循环泵叶轮修复上的使用：锦能公司脱硫吸收塔浆液循环泵叶轮国产化后虽然比进口叶轮经济，但整体考虑12台泵平均每年需要费用72.96万元，维护成本仍然较高，所以对叶轮的维护进行进一步探讨。通过了解市场上电力工业设备维修防护情况，对叶轮表面实施耐磨防腐涂层后，在一定程度上对引起叶轮腐蚀磨损的冲刷、气蚀、点蚀、穴蚀等因素很有针对性，总体而言会使叶轮的维护成本更低。

4.3.1 经过对比后锦能公司前期采用了汉高乐泰高分子陶瓷颗粒刮涂技术，对叶轮进行表面刮涂修复防护。

图2为锦能公司首例浆液循环泵叶轮实施耐磨涂层后运行有效时间为一年零三个月。总体而言，耐磨涂层有效的防护了叶轮本体，保护期在一年以上。实施耐磨涂层每个叶轮费用为4.23万元。按照有效防护时间为一年计算，每台浆液循环泵每年维护费用为4.23万元，12台浆液循环泵每年维护费用为50.76万元，与进口叶轮对比每年节约69.24万元，与国产化叶轮对比每年节约22.2万元，同时有效避免了国产化叶轮由于加工工艺及叶轮不平衡的问题带来的问题。

4.3.2 高性能抗气蚀、抗冲刷的防磨材料和表面高频爆震熔射涂层工艺应用。

经过多方调研，后期通过与联合高科节能科技（北京）有限公司合作，引进德国DURUM VERSCHLEISS-SCHUTZ GMBH公司及北京工业大学在水轮机转轮过流面抗气蚀、抗冲刷方面最新的表面涂层防磨研究成果。endprint

（1）图3为叶轮使用一年后的情况，叶轮防磨材料基本完好，运行中出力处于经济状态，初步评估，预计使用2.5年后不会损坏叶轮本体部分，叶轮可实现循环维护，循环使用。

（2）实施耐磨涂层每个叶轮费用为4.0万元。按照有效防护时间为两年计算，每台浆液循环泵每年维护费用为2万元，12台浆液循环泵叶轮平均每年维护费用为24万元，大大低于进口叶轮和国产化叶轮的维护费用，同时有效避免了国产化叶轮由于加工工艺及叶轮不平衡的问题带来的问题。

（3）新材料应用的主要工艺介绍：对于缺失严重叶轮，采用特殊冷焊过渡焊方式将缺损部位进行无裂纹、无变形的冷补焊技术恢复缺损尺寸，然后进行表面打磨靠模修形、车床找正工艺使基体恢复外形轮廓；对叶轮进行表面清洗喷砂，叶轮过流表面采用高频爆震熔射无机非晶-陶瓷，涂层厚度0.5mm（涂层与基体结合度达到70MPa），零件过流面得到整体非晶-陶瓷涂层的保护，所有薄弱环节将得到预保护强化；对非晶-陶瓷涂层进行真空封孔固化处理；对叶轮进行表面刮涂高分子陶瓷涂层，第一层底涂润湿表面，第二层刮涂高分子陶瓷颗粒填麻坑并加强防磨，第三层刷涂高分子陶瓷防护层进一步提高表面的光滑度和抗气蚀冲刷能力，使零件流线型更好，耐磨双层保险；对叶轮配合面尺寸进行测量复查，确认不影响装配，依据为泵厂家的企标；对叶轮进行动平衡处理。

（4）主要优点：通过特殊冷焊工艺使叶轮的豁口重新恢复原来的轮廓并不产生裂纹，同时保证冷补焊达到冶金结合，补焊部位没有开裂脱落风险；改造泵壳叶轮的表面硬度及抗气蚀性，在原过流件上复合一层无机非晶-陶瓷涂层，该涂层具有无机陶瓷特性，既耐磨又耐气蚀，可以很好地确保叶轮本体不被磨损，叶轮线形轮廓完成，出力效率稳定，同时让叶轮具有循环可修性；改造防护涂层的脱落问题——改用爆震熔射工艺后涂层的剪切剥离强度达到70-120MPa，使涂层没有了脱落风险。

5 结束语

5.1 脱硫系统吸收塔浆液循环泵叶轮的维护如果不及时，导致浆液循环泵出力下降，进一步导致400MW以下负荷范围内，增加脱硫浆液循环泵的运行台数，才能维持脱硫效率，直接产生巨大的电耗费用：按照锦能公司4台机组各增加1台泵、400MW以下符合时间10小时/每天计算，每年发生的费用按照厂用电价0.18元、上网电价0.37元计算分别为213.8万元、439.6万元。最终脱硫效率无法维持，不能满足环保要求，同时影响环保电价。根据运行情况及时对吸收塔浆液循环泵叶轮进行维护，才能保证设备系统运行的安全经济性。

5.2 叶轮维护通过对比更换进口叶轮、更换国产化叶轮及实施耐磨涂层的不同方式，成本比例分别10：6.08：2.0，总体考虑进口原装叶轮的安全性最高，维护成本也最高；国产化叶轮成本较高，同时叶轮工艺缺陷及不平衡等问题也给系统稳定运行造成一定影响；相对而言，叶轮实施耐磨涂层维护，维护成本最低，同时工艺及缺陷方面也不会对系统造成影响。在实施耐磨涂层修复工艺中，高频爆震熔射无机非晶-陶瓷工艺较好，设备系统的经济性可观，安全性有保障，目前锦能公司对叶轮的维护已趋向与高频爆震熔射无机非晶-陶瓷工艺维护。

参考文献

[1]林正威.脱硫浆液循环泵故障模式及对策分析[J].中国高新技术企业，2012（26）.

[2]王乃华，鲁天毅.石灰石/石膏湿法烟气脱硫金属浆液循环泵国产化研究及实践[J].电力环境保护，2005（12）.

作者简介：赵光深（1974.11-），男，大专学历，助理工程师，研究方向：火力发电厂脱硫系统。endprint

（1）图3为叶轮使用一年后的情况，叶轮防磨材料基本完好，运行中出力处于经济状态，初步评估，预计使用2.5年后不会损坏叶轮本体部分，叶轮可实现循环维护，循环使用。

（2）实施耐磨涂层每个叶轮费用为4.0万元。按照有效防护时间为两年计算，每台浆液循环泵每年维护费用为2万元，12台浆液循环泵叶轮平均每年维护费用为24万元，大大低于进口叶轮和国产化叶轮的维护费用，同时有效避免了国产化叶轮由于加工工艺及叶轮不平衡的问题带来的问题。

（3）新材料应用的主要工艺介绍：对于缺失严重叶轮，采用特殊冷焊过渡焊方式将缺损部位进行无裂纹、无变形的冷补焊技术恢复缺损尺寸，然后进行表面打磨靠模修形、车床找正工艺使基体恢复外形轮廓；对叶轮进行表面清洗喷砂，叶轮过流表面采用高频爆震熔射无机非晶-陶瓷，涂层厚度0.5mm（涂层与基体结合度达到70MPa），零件过流面得到整体非晶-陶瓷涂层的保护，所有薄弱环节将得到预保护强化；对非晶-陶瓷涂层进行真空封孔固化处理；对叶轮进行表面刮涂高分子陶瓷涂层，第一层底涂润湿表面，第二层刮涂高分子陶瓷颗粒填麻坑并加强防磨，第三层刷涂高分子陶瓷防护层进一步提高表面的光滑度和抗气蚀冲刷能力，使零件流线型更好，耐磨双层保险；对叶轮配合面尺寸进行测量复查，确认不影响装配，依据为泵厂家的企标；对叶轮进行动平衡处理。

（4）主要优点：通过特殊冷焊工艺使叶轮的豁口重新恢复原来的轮廓并不产生裂纹，同时保证冷补焊达到冶金结合，补焊部位没有开裂脱落风险；改造泵壳叶轮的表面硬度及抗气蚀性，在原过流件上复合一层无机非晶-陶瓷涂层，该涂层具有无机陶瓷特性，既耐磨又耐气蚀，可以很好地确保叶轮本体不被磨损，叶轮线形轮廓完成，出力效率稳定，同时让叶轮具有循环可修性；改造防护涂层的脱落问题——改用爆震熔射工艺后涂层的剪切剥离强度达到70-120MPa，使涂层没有了脱落风险。

5 结束语

5.1 脱硫系统吸收塔浆液循环泵叶轮的维护如果不及时，导致浆液循环泵出力下降，进一步导致400MW以下负荷范围内，增加脱硫浆液循环泵的运行台数，才能维持脱硫效率，直接产生巨大的电耗费用：按照锦能公司4台机组各增加1台泵、400MW以下符合时间10小时/每天计算，每年发生的费用按照厂用电价0.18元、上网电价0.37元计算分别为213.8万元、439.6万元。最终脱硫效率无法维持，不能满足环保要求，同时影响环保电价。根据运行情况及时对吸收塔浆液循环泵叶轮进行维护，才能保证设备系统运行的安全经济性。

5.2 叶轮维护通过对比更换进口叶轮、更换国产化叶轮及实施耐磨涂层的不同方式，成本比例分别10：6.08：2.0，总体考虑进口原装叶轮的安全性最高，维护成本也最高；国产化叶轮成本较高，同时叶轮工艺缺陷及不平衡等问题也给系统稳定运行造成一定影响；相对而言，叶轮实施耐磨涂层维护，维护成本最低，同时工艺及缺陷方面也不会对系统造成影响。在实施耐磨涂层修复工艺中，高频爆震熔射无机非晶-陶瓷工艺较好，设备系统的经济性可观，安全性有保障，目前锦能公司对叶轮的维护已趋向与高频爆震熔射无机非晶-陶瓷工艺维护。

参考文献

[1]林正威.脱硫浆液循环泵故障模式及对策分析[J].中国高新技术企业，2012（26）.

[2]王乃华，鲁天毅.石灰石/石膏湿法烟气脱硫金属浆液循环泵国产化研究及实践[J].电力环境保护，2005（12）.

作者简介：赵光深（1974.11-），男，大专学历，助理工程师，研究方向：火力发电厂脱硫系统。endprint

（1）图3为叶轮使用一年后的情况，叶轮防磨材料基本完好，运行中出力处于经济状态，初步评估，预计使用2.5年后不会损坏叶轮本体部分，叶轮可实现循环维护，循环使用。

（2）实施耐磨涂层每个叶轮费用为4.0万元。按照有效防护时间为两年计算，每台浆液循环泵每年维护费用为2万元，12台浆液循环泵叶轮平均每年维护费用为24万元，大大低于进口叶轮和国产化叶轮的维护费用，同时有效避免了国产化叶轮由于加工工艺及叶轮不平衡的问题带来的问题。

（3）新材料应用的主要工艺介绍：对于缺失严重叶轮，采用特殊冷焊过渡焊方式将缺损部位进行无裂纹、无变形的冷补焊技术恢复缺损尺寸，然后进行表面打磨靠模修形、车床找正工艺使基体恢复外形轮廓；对叶轮进行表面清洗喷砂，叶轮过流表面采用高频爆震熔射无机非晶-陶瓷，涂层厚度0.5mm（涂层与基体结合度达到70MPa），零件过流面得到整体非晶-陶瓷涂层的保护，所有薄弱环节将得到预保护强化；对非晶-陶瓷涂层进行真空封孔固化处理；对叶轮进行表面刮涂高分子陶瓷涂层，第一层底涂润湿表面，第二层刮涂高分子陶瓷颗粒填麻坑并加强防磨，第三层刷涂高分子陶瓷防护层进一步提高表面的光滑度和抗气蚀冲刷能力，使零件流线型更好，耐磨双层保险；对叶轮配合面尺寸进行测量复查，确认不影响装配，依据为泵厂家的企标；对叶轮进行动平衡处理。

（4）主要优点：通过特殊冷焊工艺使叶轮的豁口重新恢复原来的轮廓并不产生裂纹，同时保证冷补焊达到冶金结合，补焊部位没有开裂脱落风险；改造泵壳叶轮的表面硬度及抗气蚀性，在原过流件上复合一层无机非晶-陶瓷涂层，该涂层具有无机陶瓷特性，既耐磨又耐气蚀，可以很好地确保叶轮本体不被磨损，叶轮线形轮廓完成，出力效率稳定，同时让叶轮具有循环可修性；改造防护涂层的脱落问题——改用爆震熔射工艺后涂层的剪切剥离强度达到70-120MPa，使涂层没有了脱落风险。

5 结束语

5.1 脱硫系统吸收塔浆液循环泵叶轮的维护如果不及时，导致浆液循环泵出力下降，进一步导致400MW以下负荷范围内，增加脱硫浆液循环泵的运行台数，才能维持脱硫效率，直接产生巨大的电耗费用：按照锦能公司4台机组各增加1台泵、400MW以下符合时间10小时/每天计算，每年发生的费用按照厂用电价0.18元、上网电价0.37元计算分别为213.8万元、439.6万元。最终脱硫效率无法维持，不能满足环保要求，同时影响环保电价。根据运行情况及时对吸收塔浆液循环泵叶轮进行维护，才能保证设备系统运行的安全经济性。

5.2 叶轮维护通过对比更换进口叶轮、更换国产化叶轮及实施耐磨涂层的不同方式，成本比例分别10：6.08：2.0，总体考虑进口原装叶轮的安全性最高，维护成本也最高；国产化叶轮成本较高，同时叶轮工艺缺陷及不平衡等问题也给系统稳定运行造成一定影响；相对而言，叶轮实施耐磨涂层维护，维护成本最低，同时工艺及缺陷方面也不会对系统造成影响。在实施耐磨涂层修复工艺中，高频爆震熔射无机非晶-陶瓷工艺较好，设备系统的经济性可观，安全性有保障，目前锦能公司对叶轮的维护已趋向与高频爆震熔射无机非晶-陶瓷工艺维护。

参考文献

[1]林正威.脱硫浆液循环泵故障模式及对策分析[J].中国高新技术企业，2012（26）.

[2]王乃华，鲁天毅.石灰石/石膏湿法烟气脱硫金属浆液循环泵国产化研究及实践[J].电力环境保护，2005（12）.

作者简介：赵光深（1974.11-），男，大专学历，助理工程师，研究方向：火力发电厂脱硫系统。endprint