新型防磨材料在脫硫漿液循環泵上的使用及效果評價

摘 要：錦能公司采用石灰石-濕法脫硫，噴淋空塔型吸收塔，吸收塔內漿液由循環泵從吸收塔下部打入吸收塔上部噴淋層，經噴咀霧化噴出，與煙氣形成逆流，進而使漿液在塔內實現脫硫過程，吸收塔漿液循環泵是保證脫硫效率的重要設備之一。運行中受到漿液的腐蝕、沖刷和氣蝕等交互磨損作用，導致葉輪、泵殼等部件壽命極短，很難堅持到一個大修期就損壞了，一方面維護成本較高，另一方面極易造成脫硫效率上不去，直接影響環保測評。通過采用新型防磨材料對漿液循環泵葉輪等進行維護，可有效降低維護成本，同時提高設備系統的可靠性。

關鍵詞：新型防磨材料；脫硫；效果評價

1 設備系統基本情況

錦能公司4×600MW機組，每臺吸收塔設置3臺漿液循環泵，生產廠家為德國KSB AG，型號為KWPK800-934，流量均為9700（m3/h），揚程分別為22.5/24.5/26.5（米液柱），葉輪采用高鉻金屬葉輪，吸收塔運行漿液密度為1080-1150Kg/m3，PH值為4.8-5.5，吸收塔的液位應控制在8.5～9.0m，運行中氯離子含量控制較低。

2 葉輪腐蝕原因簡析

2.1 化學腐蝕：吸收塔內漿液成酸性，容易和葉輪上的金屬材料發生化學反應，形成化學腐蝕。其次，在葉輪表面形成的電位差導致的電子轉移，發生的氧化反應，直接破壞金屬。

2.2 物理反應：由于漿液中帶有大量的石灰石和石膏等顆粒物質，在泵的吸入口直接對葉輪形成沖擊和破壞。

2.3 氣蝕：由于泵的設計、安裝、運行中液位、溫度調節等問題導致泵的吸力不足，在入口處形成氣泡，沖擊葉輪。

3 葉輪磨損后的影響

3.1 吸收塔漿液循環泵運行情況

錦能公司每臺爐脫硫系統吸收塔配置3臺漿液循環泵，不設備用，功率分別為924.1KW、874.2KW、813.7KW。在脫硫吸收塔漿液循環泵配置新葉輪情況下：機組負荷低于400MW運行時，運行兩臺漿液循環泵可以維持脫硫效率95%以上，機組負荷大于400MW時需要運行三臺漿液循環泵。

3.2 葉輪磨損腐蝕后的影響

一方面，葉輪初步磨損腐蝕時出力降低，達到一定程度時首先導致機組負荷低于400MW運行時運行兩臺漿液循環泵無法維持脫硫效率達到95%以上的要求，需要增加一臺漿液循環泵運行，增加一臺循環泵運行每天耗電量按照功率最小的泵計算：813.7KW×24h=19528.8KW/h，按照廠用電（0.18元）計算每臺機組每臺吸收塔漿液循環泵每天費用為0.3515萬元，四臺機組4臺吸收塔漿液循環泵每天費用1.4060萬元；按照上網電（0.37元）計算每天節約費用0.7226萬元，四臺機組每天節約2.8903萬元（按照24小時計算）。

另一方面，葉輪磨損嚴重后出力降低嚴重，脫硫效率無法維持，影響電價及不符合環保要求。

從經濟及環保要求兩方面分析，脫硫漿液循環泵葉輪磨損后必須及時進行維護。

4 葉輪維護采用不同方式產生的效果

4.1 更換原裝進口葉輪：葉輪持續運行，運行中磨損腐蝕，出現出力降低現象后進行更換原裝葉輪。

圖1為葉輪運行兩年后磨損腐蝕情況，葉輪進、出口之間磨穿，出口壓力降低，如果繼續使用，等不到下一個檢修周期（一年），機組低負荷時必須三臺漿液循環泵同時運行才能維持脫硫效率及高負荷時三臺泵運行也不能維持脫硫效率達到95%以上。

根據前期實際使用情況，原裝進口葉輪使用壽命為三年，更換原裝葉輪每個在30萬元以上。每年每臺泵葉輪維護費用均價約10萬元。錦能公司四臺機組共計12臺漿液循環泵，每年維護費用約120萬元。維護費用過高，錦能公司對葉輪進行了國產化。

4.2 葉輪國產化：進口葉輪維護成本較高，調研后，對漿液循環泵葉輪進行國產化。漿液循環泵葉輪國產化使用兩年后葉片過流部分中部均有磨損、腐蝕，如繼續使用出力降低及安全性降低，需要進行維護處理。

根據實際使用情況看，國產化葉輪使用周期基本在兩年半左右，每個葉輪15.2萬元，每年每臺泵葉輪的維護成本為6.08萬元。12臺漿液循環泵葉輪維護費用每年為72.96萬元。與進口葉輪對比，每年費用減少47.04萬元。但是國產化葉輪的加工工藝與進口葉輪對比相對較差，安裝配合及葉輪平衡方面容易出現問題。

4.3 新型材料在漿液循環泵葉輪修復上的使用：錦能公司脫硫吸收塔漿液循環泵葉輪國產化后雖然比進口葉輪經濟，但整體考慮12臺泵平均每年需要費用72.96萬元，維護成本仍然較高，所以對葉輪的維護進行進一步探討。通過了解市場上電力工業設備維修防護情況，對葉輪表面實施耐磨防腐涂層后，在一定程度上對引起葉輪腐蝕磨損的沖刷、氣蝕、點蝕、穴蝕等因素很有針對性，總體而言會使葉輪的維護成本更低。

4.3.1 經過對比后錦能公司前期采用了漢高樂泰高分子陶瓷顆粒刮涂技術，對葉輪進行表面刮涂修復防護。

圖2為錦能公司首例漿液循環泵葉輪實施耐磨涂層后運行有效時間為一年零三個月。總體而言，耐磨涂層有效的防護了葉輪本體，保護期在一年以上。實施耐磨涂層每個葉輪費用為4.23萬元。按照有效防護時間為一年計算，每臺漿液循環泵每年維護費用為4.23萬元，12臺漿液循環泵每年維護費用為50.76萬元，與進口葉輪對比每年節約69.24萬元，與國產化葉輪對比每年節約22.2萬元，同時有效避免了國產化葉輪由于加工工藝及葉輪不平衡的問題帶來的問題。

4.3.2 高性能抗氣蝕、抗沖刷的防磨材料和表面高頻爆震熔射涂層工藝應用。

經過多方調研，后期通過與聯合高科節能科技（北京）有限公司合作，引進德國DURUM VERSCHLEISS-SCHUTZ GMBH公司及北京工業大學在水輪機轉輪過流面抗氣蝕、抗沖刷方面最新的表面涂層防磨研究成果。endprint

（1）圖3為葉輪使用一年后的情況，葉輪防磨材料基本完好，運行中出力處于經濟狀態，初步評估，預計使用2.5年后不會損壞葉輪本體部分，葉輪可實現循環維護，循環使用。

（2）實施耐磨涂層每個葉輪費用為4.0萬元。按照有效防護時間為兩年計算，每臺漿液循環泵每年維護費用為2萬元，12臺漿液循環泵葉輪平均每年維護費用為24萬元，大大低于進口葉輪和國產化葉輪的維護費用，同時有效避免了國產化葉輪由于加工工藝及葉輪不平衡的問題帶來的問題。

（3）新材料應用的主要工藝介紹：對于缺失嚴重葉輪，采用特殊冷焊過渡焊方式將缺損部位進行無裂紋、無變形的冷補焊技術恢復缺損尺寸，然后進行表面打磨靠模修形、車床找正工藝使基體恢復外形輪廓；對葉輪進行表面清洗噴砂，葉輪過流表面采用高頻爆震熔射無機非晶-陶瓷，涂層厚度0.5mm（涂層與基體結合度達到70MPa），零件過流面得到整體非晶-陶瓷涂層的保護，所有薄弱環節將得到預保護強化；對非晶-陶瓷涂層進行真空封孔固化處理；對葉輪進行表面刮涂高分子陶瓷涂層，第一層底涂潤濕表面，第二層刮涂高分子陶瓷顆粒填麻坑并加強防磨，第三層刷涂高分子陶瓷防護層進一步提高表面的光滑度和抗氣蝕沖刷能力，使零件流線型更好，耐磨雙層保險；對葉輪配合面尺寸進行測量復查，確認不影響裝配，依據為泵廠家的企標；對葉輪進行動平衡處理。

（4）主要優點：通過特殊冷焊工藝使葉輪的豁口重新恢復原來的輪廓并不產生裂紋，同時保證冷補焊達到冶金結合，補焊部位沒有開裂脫落風險；改造泵殼葉輪的表面硬度及抗氣蝕性，在原過流件上復合一層無機非晶-陶瓷涂層，該涂層具有無機陶瓷特性，既耐磨又耐氣蝕，可以很好地確保葉輪本體不被磨損，葉輪線形輪廓完成，出力效率穩定，同時讓葉輪具有循環可修性；改造防護涂層的脫落問題——改用爆震熔射工藝后涂層的剪切剝離強度達到70-120MPa，使涂層沒有了脫落風險。

5 結束語

5.1 脫硫系統吸收塔漿液循環泵葉輪的維護如果不及時，導致漿液循環泵出力下降，進一步導致400MW以下負荷范圍內，增加脫硫漿液循環泵的運行臺數，才能維持脫硫效率，直接產生巨大的電耗費用：按照錦能公司4臺機組各增加1臺泵、400MW以下符合時間10小時/每天計算，每年發生的費用按照廠用電價0.18元、上網電價0.37元計算分別為213.8萬元、439.6萬元。最終脫硫效率無法維持，不能滿足環保要求，同時影響環保電價。根據運行情況及時對吸收塔漿液循環泵葉輪進行維護，才能保證設備系統運行的安全經濟性。

5.2 葉輪維護通過對比更換進口葉輪、更換國產化葉輪及實施耐磨涂層的不同方式，成本比例分別10：6.08：2.0，總體考慮進口原裝葉輪的安全性最高，維護成本也最高；國產化葉輪成本較高，同時葉輪工藝缺陷及不平衡等問題也給系統穩定運行造成一定影響；相對而言，葉輪實施耐磨涂層維護，維護成本最低，同時工藝及缺陷方面也不會對系統造成影響。在實施耐磨涂層修復工藝中，高頻爆震熔射無機非晶-陶瓷工藝較好，設備系統的經濟性可觀，安全性有保障，目前錦能公司對葉輪的維護已趨向與高頻爆震熔射無機非晶-陶瓷工藝維護。

參考文獻

[1]林正威.脫硫漿液循環泵故障模式及對策分析[J].中國高新技術企業，2012（26）.

[2]王乃華，魯天毅.石灰石/石膏濕法煙氣脫硫金屬漿液循環泵國產化研究及實踐[J].電力環境保護，2005（12）.

作者簡介：趙光深（1974.11-），男，大專學歷，助理工程師，研究方向：火力發電廠脫硫系統。endprint

（1）圖3為葉輪使用一年后的情況，葉輪防磨材料基本完好，運行中出力處于經濟狀態，初步評估，預計使用2.5年后不會損壞葉輪本體部分，葉輪可實現循環維護，循環使用。

（2）實施耐磨涂層每個葉輪費用為4.0萬元。按照有效防護時間為兩年計算，每臺漿液循環泵每年維護費用為2萬元，12臺漿液循環泵葉輪平均每年維護費用為24萬元，大大低于進口葉輪和國產化葉輪的維護費用，同時有效避免了國產化葉輪由于加工工藝及葉輪不平衡的問題帶來的問題。

（3）新材料應用的主要工藝介紹：對于缺失嚴重葉輪，采用特殊冷焊過渡焊方式將缺損部位進行無裂紋、無變形的冷補焊技術恢復缺損尺寸，然后進行表面打磨靠模修形、車床找正工藝使基體恢復外形輪廓；對葉輪進行表面清洗噴砂，葉輪過流表面采用高頻爆震熔射無機非晶-陶瓷，涂層厚度0.5mm（涂層與基體結合度達到70MPa），零件過流面得到整體非晶-陶瓷涂層的保護，所有薄弱環節將得到預保護強化；對非晶-陶瓷涂層進行真空封孔固化處理；對葉輪進行表面刮涂高分子陶瓷涂層，第一層底涂潤濕表面，第二層刮涂高分子陶瓷顆粒填麻坑并加強防磨，第三層刷涂高分子陶瓷防護層進一步提高表面的光滑度和抗氣蝕沖刷能力，使零件流線型更好，耐磨雙層保險；對葉輪配合面尺寸進行測量復查，確認不影響裝配，依據為泵廠家的企標；對葉輪進行動平衡處理。

（4）主要優點：通過特殊冷焊工藝使葉輪的豁口重新恢復原來的輪廓并不產生裂紋，同時保證冷補焊達到冶金結合，補焊部位沒有開裂脫落風險；改造泵殼葉輪的表面硬度及抗氣蝕性，在原過流件上復合一層無機非晶-陶瓷涂層，該涂層具有無機陶瓷特性，既耐磨又耐氣蝕，可以很好地確保葉輪本體不被磨損，葉輪線形輪廓完成，出力效率穩定，同時讓葉輪具有循環可修性；改造防護涂層的脫落問題——改用爆震熔射工藝后涂層的剪切剝離強度達到70-120MPa，使涂層沒有了脫落風險。

5 結束語

5.1 脫硫系統吸收塔漿液循環泵葉輪的維護如果不及時，導致漿液循環泵出力下降，進一步導致400MW以下負荷范圍內，增加脫硫漿液循環泵的運行臺數，才能維持脫硫效率，直接產生巨大的電耗費用：按照錦能公司4臺機組各增加1臺泵、400MW以下符合時間10小時/每天計算，每年發生的費用按照廠用電價0.18元、上網電價0.37元計算分別為213.8萬元、439.6萬元。最終脫硫效率無法維持，不能滿足環保要求，同時影響環保電價。根據運行情況及時對吸收塔漿液循環泵葉輪進行維護，才能保證設備系統運行的安全經濟性。

5.2 葉輪維護通過對比更換進口葉輪、更換國產化葉輪及實施耐磨涂層的不同方式，成本比例分別10：6.08：2.0，總體考慮進口原裝葉輪的安全性最高，維護成本也最高；國產化葉輪成本較高，同時葉輪工藝缺陷及不平衡等問題也給系統穩定運行造成一定影響；相對而言，葉輪實施耐磨涂層維護，維護成本最低，同時工藝及缺陷方面也不會對系統造成影響。在實施耐磨涂層修復工藝中，高頻爆震熔射無機非晶-陶瓷工藝較好，設備系統的經濟性可觀，安全性有保障，目前錦能公司對葉輪的維護已趨向與高頻爆震熔射無機非晶-陶瓷工藝維護。

參考文獻

[1]林正威.脫硫漿液循環泵故障模式及對策分析[J].中國高新技術企業，2012（26）.

[2]王乃華，魯天毅.石灰石/石膏濕法煙氣脫硫金屬漿液循環泵國產化研究及實踐[J].電力環境保護，2005（12）.

作者簡介：趙光深（1974.11-），男，大專學歷，助理工程師，研究方向：火力發電廠脫硫系統。endprint

（1）圖3為葉輪使用一年后的情況，葉輪防磨材料基本完好，運行中出力處于經濟狀態，初步評估，預計使用2.5年后不會損壞葉輪本體部分，葉輪可實現循環維護，循環使用。

（2）實施耐磨涂層每個葉輪費用為4.0萬元。按照有效防護時間為兩年計算，每臺漿液循環泵每年維護費用為2萬元，12臺漿液循環泵葉輪平均每年維護費用為24萬元，大大低于進口葉輪和國產化葉輪的維護費用，同時有效避免了國產化葉輪由于加工工藝及葉輪不平衡的問題帶來的問題。

（3）新材料應用的主要工藝介紹：對于缺失嚴重葉輪，采用特殊冷焊過渡焊方式將缺損部位進行無裂紋、無變形的冷補焊技術恢復缺損尺寸，然后進行表面打磨靠模修形、車床找正工藝使基體恢復外形輪廓；對葉輪進行表面清洗噴砂，葉輪過流表面采用高頻爆震熔射無機非晶-陶瓷，涂層厚度0.5mm（涂層與基體結合度達到70MPa），零件過流面得到整體非晶-陶瓷涂層的保護，所有薄弱環節將得到預保護強化；對非晶-陶瓷涂層進行真空封孔固化處理；對葉輪進行表面刮涂高分子陶瓷涂層，第一層底涂潤濕表面，第二層刮涂高分子陶瓷顆粒填麻坑并加強防磨，第三層刷涂高分子陶瓷防護層進一步提高表面的光滑度和抗氣蝕沖刷能力，使零件流線型更好，耐磨雙層保險；對葉輪配合面尺寸進行測量復查，確認不影響裝配，依據為泵廠家的企標；對葉輪進行動平衡處理。

（4）主要優點：通過特殊冷焊工藝使葉輪的豁口重新恢復原來的輪廓并不產生裂紋，同時保證冷補焊達到冶金結合，補焊部位沒有開裂脫落風險；改造泵殼葉輪的表面硬度及抗氣蝕性，在原過流件上復合一層無機非晶-陶瓷涂層，該涂層具有無機陶瓷特性，既耐磨又耐氣蝕，可以很好地確保葉輪本體不被磨損，葉輪線形輪廓完成，出力效率穩定，同時讓葉輪具有循環可修性；改造防護涂層的脫落問題——改用爆震熔射工藝后涂層的剪切剝離強度達到70-120MPa，使涂層沒有了脫落風險。

5 結束語

5.1 脫硫系統吸收塔漿液循環泵葉輪的維護如果不及時，導致漿液循環泵出力下降，進一步導致400MW以下負荷范圍內，增加脫硫漿液循環泵的運行臺數，才能維持脫硫效率，直接產生巨大的電耗費用：按照錦能公司4臺機組各增加1臺泵、400MW以下符合時間10小時/每天計算，每年發生的費用按照廠用電價0.18元、上網電價0.37元計算分別為213.8萬元、439.6萬元。最終脫硫效率無法維持，不能滿足環保要求，同時影響環保電價。根據運行情況及時對吸收塔漿液循環泵葉輪進行維護，才能保證設備系統運行的安全經濟性。

5.2 葉輪維護通過對比更換進口葉輪、更換國產化葉輪及實施耐磨涂層的不同方式，成本比例分別10：6.08：2.0，總體考慮進口原裝葉輪的安全性最高，維護成本也最高；國產化葉輪成本較高，同時葉輪工藝缺陷及不平衡等問題也給系統穩定運行造成一定影響；相對而言，葉輪實施耐磨涂層維護，維護成本最低，同時工藝及缺陷方面也不會對系統造成影響。在實施耐磨涂層修復工藝中，高頻爆震熔射無機非晶-陶瓷工藝較好，設備系統的經濟性可觀，安全性有保障，目前錦能公司對葉輪的維護已趨向與高頻爆震熔射無機非晶-陶瓷工藝維護。

參考文獻

[1]林正威.脫硫漿液循環泵故障模式及對策分析[J].中國高新技術企業，2012（26）.

[2]王乃華，魯天毅.石灰石/石膏濕法煙氣脫硫金屬漿液循環泵國產化研究及實踐[J].電力環境保護，2005（12）.

作者簡介：趙光深（1974.11-），男，大專學歷，助理工程師，研究方向：火力發電廠脫硫系統。endprint