大型脫硫循環(huán)泵主要用于火電、石油化工、鋼鐵行業(yè)的大型脫硫系統(tǒng)。隨著工業(yè)發(fā)展, 國內(nèi)火力發(fā)電廠發(fā)展迅速, 其中大型火力發(fā)電廠共有500多家, 燃煤排放的二氧化硫不斷增加, 連續(xù)多年超過2000萬t,致使我國酸雨和二氧化硫污染日趨嚴重。國家產(chǎn)業(yè)政策對環(huán)保的要求越來越嚴格, 特別是火電行業(yè)對脫硫系統(tǒng)實行在線檢測, 減少SO₂的排放。脫硫系統(tǒng)中用泵輸送含脫硫渣漿的介質(zhì)日益增多, 給脫硫泵提供了廣闊的市場和良好的發(fā)展機遇。傳統(tǒng)泵用填料密封由于其泄漏量大, 導致能耗與維修費不斷升高, 環(huán)境污染嚴重。機械密封是重要的流體密封技術(shù)之一, 具有密封性能良好、使用方便、主機磨損少、抗振性強等優(yōu)點, 廣泛用作各類泵的密封裝置。

　　脫硫系統(tǒng)含固體顆粒濃度和氯離子濃度較大, 采用普通結(jié)構(gòu)的機械密封難以達到使用要求。目前國外在脫硫泵上使用的機械密封主要為國外某公司生產(chǎn),由于脫硫介質(zhì)的腐蝕性和磨損沖刷等特殊工況條件,該公司機械密封采用SiC-SiC配對, 其耐磨性和耐腐蝕性, 以及自潤滑能滿足使用要求。國產(chǎn)脫硫泵所用的機械密封結(jié)構(gòu)和材質(zhì), 大多數(shù)從國外引進。同內(nèi)對脫硫泵機械密封短期內(nèi)失效的深層次原因分析較少,有關(guān)的文獻報道也很少。王乃華、魯天毅報道了石灰石、石膏濕法煙氣脫硫金屬漿液循環(huán)泵國產(chǎn)化研究及實踐, 介紹了所開發(fā)的煙氣脫硫金屬漿液循環(huán)泵的水力模型、結(jié)構(gòu)、機械密封、材料等, 其中為煙氣脫硫循環(huán)泵開發(fā)的專用密封采用無沖水結(jié)構(gòu), 摩擦副采用碳化鎢材料, 并采用了較窄的環(huán)帶; 針對煙氣脫硫漿液特性, 選用平衡型機械密封以滿足壓力要求, 采用靜環(huán)補償結(jié)構(gòu)以適應(yīng)大軸徑線速度的工況。胡濱、駱建國于2004年申請了一種脫硫循環(huán)泵集裝式機械密封件實用新型專利(申請?zhí)? 200420020662) 。該脫硫泵集裝式機械密封件由動環(huán)和靜環(huán)構(gòu)成端面密封, 其中動環(huán)和與之固定的動環(huán)座所組成的動環(huán)體系固定設(shè)置在軸套的外端部, 靜環(huán)以及抵壓于靜環(huán)內(nèi)端面的推環(huán)、彈簧以及彈簧座組成的靜環(huán)體系固定設(shè)置在壓蓋中心。杜東波等通過對普通機械密封硬質(zhì)合金材料的密封端面采用激光打微孔技術(shù), 宋鵬云等通過探討端面比壓對液膜形成機制的影響等,對液膜的形成條件和延長機械密封的使用壽命、提高密封的可靠性等方面作了有益的探討。

　　由于國產(chǎn)脫硫循環(huán)泵密封腔體處一般存在著“窩氣”、“抽空”、“氣蝕”等現(xiàn)象, 這就造成機械密封的動、靜摩擦副時常處于干摩擦狀態(tài), 易造成摩擦副的溫度急劇上升。另外, 由于“氣蝕”、“抽空”、“窩氣”等現(xiàn)象出現(xiàn), 泵的振動、軸向竄動等現(xiàn)象也加劇, 致使機械密封的使用工況非常惡劣, 而SiC的耐沖擊和耐振動方面的性能很差, 很容易脆裂而引起機械密封失效, 使用壽命縮短。鑒于以上原因, 研制一種適合國產(chǎn)大型脫硫循環(huán)泵工況要求的新型機械密封裝置具有重要經(jīng)濟和社會意義。

1、新型密封裝置的開發(fā)

1.1、密封裝置工作條件

　　脫硫循環(huán)泵輸送的介質(zhì)為石灰石、石膏漿液,其固體顆粒含量為30%～40% (質(zhì)量分數(shù)) , pH值為4～8; 氯離子含量小于等于0.03% ～0.04%。密封裝置工作的溫度為60 ～80 ℃, 壓力小于等于0.8MPa。

1.2、結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1　機械密封結(jié)構(gòu)示意圖

　　設(shè)計的新型機械密封裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示, 主要零部件包括泵軸、組裝在泵軸上的動環(huán)組件和靜環(huán)組件。動環(huán)組件包括內(nèi)軸套、通過緊縮圓盤安裝在內(nèi)軸套上的驅(qū)動座軸套、與驅(qū)動座軸套連接的動環(huán)、內(nèi)軸套O形密封圈、驅(qū)動座軸套O形密封圈; 靜環(huán)組件包括靜環(huán)、置于靜環(huán)另一端的推環(huán)、彈簧、帶導流套的彈簧座, 以及法蘭座和靜環(huán)O形密封圈等, 主要特征在于動環(huán)和靜環(huán)的摩擦環(huán)背面均設(shè)置有L 形的橡膠緩沖墊, 如圖2所示。裝置實物如圖3所示。

2、主要技術(shù)特點

2.1、橡膠L形墊鑲嵌YWN12抗沖擊設(shè)計

　　國外脫硫泵機械密封動、靜環(huán), 采用整體SiC-SiC的摩擦副配對形式, 有優(yōu)良的耐磨性、低的摩擦因數(shù)、高的硬度和耐腐蝕性能, 是國內(nèi)外機械密封廠家首選的材料。這種配對形式在國外的脫硫循環(huán)泵上運行狀況良好, 使用壽命大都能維持一年以上, 這得益于國外的脫硫循環(huán)泵在葉輪曲線設(shè)計及工藝上有獨到之處, 密封腔體的氣蝕現(xiàn)象及抽空現(xiàn)象比較少或者說根本就沒有, 這就使機械密封能在漿液潤滑的情況下運行, 機械密封的壽命就得到了保障。

　　但國產(chǎn)脫硫循環(huán)泵在剛開始啟動時, 由于處于大流量、低揚程狀態(tài), 泵的密封腔體容易出現(xiàn)負壓現(xiàn)象, 即通常所說的“氣蝕”現(xiàn)象, 會引起振動、沖擊。再加上脫硫循環(huán)泵是采用聯(lián)動起動, 容易形成“氣錘”現(xiàn)象, 會加劇對機械密封的沖擊作用; 隨著泵的振動, 軸向竄動也會加劇, 在這兩大因素作用下, 極短時間內(nèi)容易出現(xiàn)機械密封的動、靜環(huán)脆裂現(xiàn)象(斷裂), 使機械密封在泵啟動時失效。

　　針對上述問題, 需要采取的技術(shù)措施, 一是提高密封裝置的整體強度, 使其在泵啟動時具有較強的抗沖擊和抗振動能力; 二是減緩泵啟動時的振動和沖擊力。

　　本設(shè)計在脫硫循環(huán)泵機械密封上采用橡膠L形墊鑲嵌YWN12 (新型Ni基硬質(zhì)合金, 耐腐蝕性能好), 并采用YWN12/YWN12的摩擦副形式, 解決了機械密封既要耐腐蝕又要耐磨損的問題, 提高了動、靜摩擦副的強度, 增強了泵啟動時密封裝置的抗沖擊和抗振動能力。