大型脫硫循環泵主要用于火電、石油化工、鋼鐵行業的大型脫硫系統。隨著工業發展, 國內火力發電廠發展迅速, 其中大型火力發電廠共有500多家, 燃煤排放的二氧化硫不斷增加, 連續多年超過2000萬t,致使我國酸雨和二氧化硫污染日趨嚴重。國家產業政策對環保的要求越來越嚴格, 特別是火電行業對脫硫系統實行在線檢測, 減少SO₂的排放。脫硫系統中用泵輸送含脫硫渣漿的介質日益增多, 給脫硫泵提供了廣闊的市場和良好的發展機遇。傳統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, 環境污染嚴重。機械密封是重要的流體密封技術之一, 具有密封性能良好、使用方便、主機磨損少、抗振性強等優點, 廣泛用作各類泵的密封裝置。

　　脫硫系統含固體顆粒濃度和氯離子濃度較大, 采用普通結構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,由于脫硫介質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。國產脫硫泵所用的機械密封結構和材質, 大多數從國外引進。同內對脫硫泵機械密封短期內失效的深層次原因分析較少,有關的文獻報道也很少。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泵國產化研究及實踐, 介紹了所開發的煙氣脫硫金屬漿液循環泵的水力模型、結構、機械密封、材料等, 其中為煙氣脫硫循環泵開發的專用密封采用無沖水結構, 摩擦副采用碳化鎢材料, 并采用了較窄的環帶; 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, 采用靜環補償結構以適應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泵集裝式機械密封件實用新型專利(申請號: 200420020662) 。該脫硫泵集裝式機械密封件由動環和靜環構成端面密封, 其中動環和與之固定的動環座所組成的動環體系固定設置在軸套的外端部, 靜環以及抵壓于靜環內端面的推環、彈簧以及彈簧座組成的靜環體系固定設置在壓蓋中心。杜東波等通過對普通機械密封硬質合金材料的密封端面采用激光打微孔技術, 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。

　　由于國產脫硫循環泵密封腔體處一般存在著“窩氣”、“抽空”、“氣蝕”等現象, 這就造成機械密封的動、靜摩擦副時常處于干摩擦狀態, 易造成摩擦副的溫度急劇上升。另外, 由于“氣蝕”、“抽空”、“窩氣”等現象出現, 泵的振動、軸向竄動等現象也加劇, 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, 研制一種適合國產大型脫硫循環泵工況要求的新型機械密封裝置具有重要經濟和社會意義。

1、新型密封裝置的開發

1.1、密封裝置工作條件

　　脫硫循環泵輸送的介質為石灰石、石膏漿液,其固體顆粒含量為30%～40% (質量分數) , 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、結構設計

圖1　機械密封結構示意圖

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

2、主要技術特點

2.1、橡膠L形墊鑲嵌YWN12抗沖擊設計

　　國外脫硫泵機械密封動、靜環, 采用整體SiC-SiC的摩擦副配對形式, 有優良的耐磨性、低的摩擦因數、高的硬度和耐腐蝕性能, 是國內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泵在葉輪曲線設計及工藝上有獨到之處, 密封腔體的氣蝕現象及抽空現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。

　　但國產脫硫循環泵在剛開始啟動時, 由于處于大流量、低揚程狀態, 泵的密封腔體容易出現負壓現象, 即通常所說的“氣蝕”現象, 會引起振動、沖擊。再加上脫硫循環泵是采用聯動起動, 容易形成“氣錘”現象, 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, 極短時間內容易出現機械密封的動、靜環脆裂現象(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。

　　本設計在脫硫循環泵機械密封上采用橡膠L形墊鑲嵌YWN12 (新型Ni基硬質合金, 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。