火電廠濕法煙氣脫硫工藝是采用石灰石或石灰作為吸收劑，與鍋爐尾部煙氣在噴淋塔內(nèi)接觸反應，使石灰漿液中的鈣同煙氣中的SO2反應生成石膏，同時去除煙氣中的其它污染物。煙氣脫硫系統(tǒng)中使用的泵軸封全部為機械密封，且大部分是無沖洗水機械密封。此類機械密封能否可靠運行直接關系到泵的運轉，是泵至關重要的零部件。
一.煙氣脫硫裝置介質(zhì)特點
鍋爐排放的煙氣溫度較高(180℃)，相對濕度3%，含煤和各種腐蝕性成分，如SO2、NO2、HCl及鹽霧，漿液中含有20000~60000ppm的Cl-，漿液的pH值大約在4~9之間，漿液中含有石灰石、石膏的濃度為20~35%，含固體量有時高達60%。固體最大粒徑為1mm，溫度最高可達70℃。
二.煙氣脫硫裝置用泵及機械密封現(xiàn)狀
脫硫系統(tǒng)用泵按其性能特點大致分為三類：一類是大型循環(huán)漿液泵，流量4000~9800m3/h，揚程18~27m；一類是石灰制漿系統(tǒng)及石膏排出用小型泵，流量15~100m3/h，揚程25~70m；其它為輔助系統(tǒng)用工藝水泵，流量100~300m3/h，揚程30~65m。前兩類為脫硫系統(tǒng)的核心設備，尤其是大型循環(huán)漿液泵每臺機組裝置配備3~4臺，價格昂貴，無備用泵，可靠性要求較高。這些泵的機械密封原來一直采用進口的機械密封，價格昂貴，備件供貨時間較長，而國內(nèi)生產(chǎn)廠家提供的機械密封普遍會發(fā)生不同程度的泄漏。
三.脫硫泵機械密封失效分析
脫硫系統(tǒng)泵采用的機械密封通常為為彈簧推進式，依靠動環(huán)與軸、靜環(huán)與泵殼（壓蓋）之間的靜密封以及動、靜環(huán)之間相對旋轉滑動摩擦的端面之間的接觸來實現(xiàn)密封。兩端面之間的泄漏是密封失效的主因。
機械密封的失效主要不是由于設計原理上的失誤，而是由于動靜環(huán)兩個端面間的摩擦損壞，端面的損壞包括黏附磨損、磨料磨損、磨蝕、表面磨損、沖刷磨損。這些現(xiàn)象在脫硫系統(tǒng)的機械密封中均有體現(xiàn)。
石灰石漿液工況。由于脫硫工藝的需要，石灰石漿液的密度為1230kg/m3（固含量30%），由于石灰石粉密度小，具有黏附性和荷電性，導致石灰石粉粒流通不暢（比如結塊、搭橋等）。在該工況下需要硫化風機向石灰石倉內(nèi)鼓入一定壓力的氣體（氣體壓力一般為0.2~0.5MPa）攪拌石灰石粉，使石灰石粉呈流態(tài)化。
石膏漿液工況。吸收塔持液槽內(nèi)是反應后的石膏漿液，為了便于石膏的形成（從亞硫酸鈣進一步氧化成硫酸鈣），通過氧化空氣風機向槽內(nèi)鼓入足夠的氧氣（因為煙氣中所含的氧氣不足以滿足氧化需要），這樣導致漿液中含有大量的氣泡。
石膏、石灰石這兩種漿液中含有大量空氣，密封腔內(nèi)機械密封的工作面附近漿液壓力低，從而使汽泡體積膨脹，使密封端面得不到很好的冷卻、潤滑，甚至造成密封端面間潤滑膜汽化形成干摩擦，損壞了密封面的光潔度、平直度，從而造成泄漏。一旦含顆粒的漿料從密封端面間通過就會出現(xiàn)嚴重的磨料磨損，反過來又更加損害端面狀況從而形成惡性循環(huán)以至完全失效。有時干摩擦產(chǎn)生的高溫使O型圈碳化，使SiC環(huán)熱裂損壞出現(xiàn)龜裂紋。
由于種種原因，例如為了節(jié)約投資和運行成本而省去沖洗水系統(tǒng)、監(jiān)控設備、節(jié)約水資源等原因而要求的“無水密封”，決不是指密封端面間可以干摩擦，而是指依靠介質(zhì)本身來冷卻、潤滑端面，使介質(zhì)中的液體成分在端面間形成一層既不同于軸承的完全液體潤滑，也不是干摩擦的所謂“邊界潤滑”狀態(tài)。因此充分地讓端面間摩擦面接觸液體介質(zhì)十分重要。
四.采取的措施
針對以上惡劣的工況，分別針對機械密封設計、泵設計和泵現(xiàn)場運行采取措施。
4.1機械密封設計上采取的措施
4.1.1機械密封摩擦副選材
根據(jù)統(tǒng)計，機械密封的泄漏大約有80~95%是由于密封端面摩擦副造成的，除了要保持密封面平行之外，關鍵在于摩擦副的材料選取。
摩擦副材料用于脫硫工況必須要具備足夠的強度、硬度、耐磨性、耐蝕性、耐溫性、耐沖擊性和疲勞強度等，且具有良好的耐干磨性、自潤滑性。其中，耐磨性、耐蝕性和抗熱裂性能是最主要的要求，綜合衡量摩擦副各種材料后，選擇了碳化硅(SiC)材料。
4.1.2機械密封的結構
機械密封結構采用單端面、平衡型、外裝式，考慮運行過程中漿液不穩(wěn)定，為防止沖擊摩擦副，動靜環(huán)采用整體式碳化硅，不采用鑲嵌式碳化硅。
根據(jù)工況的性質(zhì)，對于易結晶、易凝固和高粘度的介質(zhì)，我們選擇大彈簧靜止式結構，不選擇小彈簧結構。因為小彈簧容易被固體物堵塞，高粘度介質(zhì)會使小彈簧彈力受損。大彈簧結構由原來裸露在外改為用夾套包住，防止外面的污物進入從而影響彈簧的補償能力，并正確選擇彈簧的剛度和數(shù)目，保持靜環(huán)的追隨性。
計算合理的彈簧比壓，保證機械密封在投入運行后即能順利打開動靜環(huán)接觸面，能夠在動靜環(huán)之間有微小的間隙，形成一層水膜，不致于使摩擦副直接接觸而產(chǎn)生干摩。
4.2脫硫泵設計上采取的措施
4.2.1葉輪設計
針對石灰石漿液和石膏漿液中存在的氣泡，采取在泵的葉輪上鉆排氣孔的方法，使得泵在運行過程中漿液從高壓區(qū)向低壓區(qū)循環(huán)，避免漿液中的氣泡在動靜環(huán)周圍聚集，形成干摩擦。
4.2.2間隙設計
為了使?jié){液快速地大量進入機械密封腔體，使冷卻密封副達到理想的效果，在葉輪和后護板之間加大間隙，一般掌握在3~8mm。
4.2.3密封腔體設計
摩擦副運轉后會產(chǎn)生大量的熱，為保證有足夠的漿液進行冷卻循環(huán)以帶走摩擦副摩擦產(chǎn)生的熱量，可以將機械密封的腔體加大。
4.3泵啟停前后采取的措施
現(xiàn)場運行過程中，依據(jù)經(jīng)驗，認為在啟動泵前首先將進口閥門打開5min，使?jié){液充分進入泵和機械密封的腔體之后才可開啟泵，以防止?jié){液未能到達摩擦副周圍就開啟泵而造成干摩擦。
停泵后現(xiàn)場及時開啟反沖洗水，一般不小于0.8MPa，反沖時間不少于5min，以將黏附在摩擦副周圍的漿液顆粒沖洗干凈，確保下次啟動泵前無固體顆粒干巴在摩擦副上，并防止?jié){料在O型橡膠圈的間隙內(nèi)滯留、板結。
五.選擇自平衡機械密封
該密封使用橡膠鼓形圈取代了以往的金屬彈簧，整個密封結構都不存在金屬件，無被液體腐蝕之憂。
一.煙氣脫硫裝置介質(zhì)特點
鍋爐排放的煙氣溫度較高(180℃)，相對濕度3%，含煤和各種腐蝕性成分，如SO2、NO2、HCl及鹽霧，漿液中含有20000~60000ppm的Cl-，漿液的pH值大約在4~9之間，漿液中含有石灰石、石膏的濃度為20~35%，含固體量有時高達60%。固體最大粒徑為1mm，溫度最高可達70℃。
二.煙氣脫硫裝置用泵及機械密封現(xiàn)狀
脫硫系統(tǒng)用泵按其性能特點大致分為三類：一類是大型循環(huán)漿液泵，流量4000~9800m3/h，揚程18~27m；一類是石灰制漿系統(tǒng)及石膏排出用小型泵，流量15~100m3/h，揚程25~70m；其它為輔助系統(tǒng)用工藝水泵，流量100~300m3/h，揚程30~65m。前兩類為脫硫系統(tǒng)的核心設備，尤其是大型循環(huán)漿液泵每臺機組裝置配備3~4臺，價格昂貴，無備用泵，可靠性要求較高。這些泵的機械密封原來一直采用進口的機械密封，價格昂貴，備件供貨時間較長，而國內(nèi)生產(chǎn)廠家提供的機械密封普遍會發(fā)生不同程度的泄漏。
三.脫硫泵機械密封失效分析
脫硫系統(tǒng)泵采用的機械密封通常為為彈簧推進式，依靠動環(huán)與軸、靜環(huán)與泵殼（壓蓋）之間的靜密封以及動、靜環(huán)之間相對旋轉滑動摩擦的端面之間的接觸來實現(xiàn)密封。兩端面之間的泄漏是密封失效的主因。
機械密封的失效主要不是由于設計原理上的失誤，而是由于動靜環(huán)兩個端面間的摩擦損壞，端面的損壞包括黏附磨損、磨料磨損、磨蝕、表面磨損、沖刷磨損。這些現(xiàn)象在脫硫系統(tǒng)的機械密封中均有體現(xiàn)。
石灰石漿液工況。由于脫硫工藝的需要，石灰石漿液的密度為1230kg/m3（固含量30%），由于石灰石粉密度小，具有黏附性和荷電性，導致石灰石粉粒流通不暢（比如結塊、搭橋等）。在該工況下需要硫化風機向石灰石倉內(nèi)鼓入一定壓力的氣體（氣體壓力一般為0.2~0.5MPa）攪拌石灰石粉，使石灰石粉呈流態(tài)化。
石膏漿液工況。吸收塔持液槽內(nèi)是反應后的石膏漿液，為了便于石膏的形成（從亞硫酸鈣進一步氧化成硫酸鈣），通過氧化空氣風機向槽內(nèi)鼓入足夠的氧氣（因為煙氣中所含的氧氣不足以滿足氧化需要），這樣導致漿液中含有大量的氣泡。
石膏、石灰石這兩種漿液中含有大量空氣，密封腔內(nèi)機械密封的工作面附近漿液壓力低，從而使汽泡體積膨脹，使密封端面得不到很好的冷卻、潤滑，甚至造成密封端面間潤滑膜汽化形成干摩擦，損壞了密封面的光潔度、平直度，從而造成泄漏。一旦含顆粒的漿料從密封端面間通過就會出現(xiàn)嚴重的磨料磨損，反過來又更加損害端面狀況從而形成惡性循環(huán)以至完全失效。有時干摩擦產(chǎn)生的高溫使O型圈碳化，使SiC環(huán)熱裂損壞出現(xiàn)龜裂紋。
由于種種原因，例如為了節(jié)約投資和運行成本而省去沖洗水系統(tǒng)、監(jiān)控設備、節(jié)約水資源等原因而要求的“無水密封”，決不是指密封端面間可以干摩擦，而是指依靠介質(zhì)本身來冷卻、潤滑端面，使介質(zhì)中的液體成分在端面間形成一層既不同于軸承的完全液體潤滑，也不是干摩擦的所謂“邊界潤滑”狀態(tài)。因此充分地讓端面間摩擦面接觸液體介質(zhì)十分重要。
四.采取的措施
針對以上惡劣的工況，分別針對機械密封設計、泵設計和泵現(xiàn)場運行采取措施。
4.1機械密封設計上采取的措施
4.1.1機械密封摩擦副選材
根據(jù)統(tǒng)計，機械密封的泄漏大約有80~95%是由于密封端面摩擦副造成的，除了要保持密封面平行之外，關鍵在于摩擦副的材料選取。
摩擦副材料用于脫硫工況必須要具備足夠的強度、硬度、耐磨性、耐蝕性、耐溫性、耐沖擊性和疲勞強度等，且具有良好的耐干磨性、自潤滑性。其中，耐磨性、耐蝕性和抗熱裂性能是最主要的要求，綜合衡量摩擦副各種材料后，選擇了碳化硅(SiC)材料。
4.1.2機械密封的結構
機械密封結構采用單端面、平衡型、外裝式，考慮運行過程中漿液不穩(wěn)定，為防止沖擊摩擦副，動靜環(huán)采用整體式碳化硅，不采用鑲嵌式碳化硅。
根據(jù)工況的性質(zhì)，對于易結晶、易凝固和高粘度的介質(zhì)，我們選擇大彈簧靜止式結構，不選擇小彈簧結構。因為小彈簧容易被固體物堵塞，高粘度介質(zhì)會使小彈簧彈力受損。大彈簧結構由原來裸露在外改為用夾套包住，防止外面的污物進入從而影響彈簧的補償能力，并正確選擇彈簧的剛度和數(shù)目，保持靜環(huán)的追隨性。
計算合理的彈簧比壓，保證機械密封在投入運行后即能順利打開動靜環(huán)接觸面，能夠在動靜環(huán)之間有微小的間隙，形成一層水膜，不致于使摩擦副直接接觸而產(chǎn)生干摩。
4.2脫硫泵設計上采取的措施
4.2.1葉輪設計
針對石灰石漿液和石膏漿液中存在的氣泡，采取在泵的葉輪上鉆排氣孔的方法，使得泵在運行過程中漿液從高壓區(qū)向低壓區(qū)循環(huán)，避免漿液中的氣泡在動靜環(huán)周圍聚集，形成干摩擦。
4.2.2間隙設計
為了使?jié){液快速地大量進入機械密封腔體，使冷卻密封副達到理想的效果，在葉輪和后護板之間加大間隙，一般掌握在3~8mm。
4.2.3密封腔體設計
摩擦副運轉后會產(chǎn)生大量的熱，為保證有足夠的漿液進行冷卻循環(huán)以帶走摩擦副摩擦產(chǎn)生的熱量，可以將機械密封的腔體加大。
4.3泵啟停前后采取的措施
現(xiàn)場運行過程中，依據(jù)經(jīng)驗，認為在啟動泵前首先將進口閥門打開5min，使?jié){液充分進入泵和機械密封的腔體之后才可開啟泵，以防止?jié){液未能到達摩擦副周圍就開啟泵而造成干摩擦。
停泵后現(xiàn)場及時開啟反沖洗水，一般不小于0.8MPa，反沖時間不少于5min，以將黏附在摩擦副周圍的漿液顆粒沖洗干凈，確保下次啟動泵前無固體顆粒干巴在摩擦副上，并防止?jié){料在O型橡膠圈的間隙內(nèi)滯留、板結。
五.選擇自平衡機械密封
該密封使用橡膠鼓形圈取代了以往的金屬彈簧，整個密封結構都不存在金屬件，無被液體腐蝕之憂。