脱硫浆液循环泵耐陶瓷材料研究与应用
国能长源汉川发电有限公司
一、项目案例基本信息
二、项目案例详细内容
1.项目案例简介
本项目针对火电厂湿法脱硫（FGD）系统中浆液循环泵面临的磨损、腐蚀及运行效率低等难题，联合石家庄科宏泵业有限公司，开发了新型高性能陶瓷基金属复合材料，并成功应用于陶瓷脱硫泵的过流部件。通过材料配方优化及泵体结构、水力设计的系统改进，实现了耐磨耐腐蚀性能的显著提升与运行效率的优化。自2019年6月投运以来，在汉川电厂1--4号机组（4×330MW）实际应用中，泵效率提升约11%，过流部件及机械密封寿命大幅延长，有效降低了维护成本与能耗，为脱硫系统的高效稳定运行提供了可靠保障。
2.主要创新点概述
材料技术突破：传统金属泵在耐腐蚀性和使用寿命方面存在明显短板，其PH耐受范围仅为4-10，平均寿命在1年左右。我司成功推出的EPSICVR复合碳化硅陶瓷材料不仅可以适应自然界存在的任何浓度的氯离子腐蚀环境还具有极强硬度，超强的耐磨耐腐性能使得泵过流部件寿命大幅延长，陶瓷叶轮寿命可以达到3-4年，相比传统金属泵寿命延长了3-4倍。
工艺瓶颈突破：在制造工艺方面，公司独创“全真空浇注+变温固化 ”一次成型工艺，解决了陶瓷材料脆性大、成型困难的行业难题，可以最大限度体现优化设计后的高效率。复合陶瓷真空浇注工艺的应用，保证了叶轮水力流道技术尺寸不发生制造误差，同时保证了效率参数设计值的正确性。。
长期运行效率不衰减：连续运行8000小时无性能衰减，可避免出现由于浆液对过流件磨损和腐蚀，导致尺寸精度和粗糙度损失，间隙变大，泵效率显著下降的情况。
对pH值变化不敏感：其对输送浆液pH值的变化不敏感。在保证脱硫系统安全可靠运行的前提下，可适当提高石膏浆液的pH值，以利于提高脱硫效果。
降低运行和维护成本：有效提高了设备运行稳定性和脱硫系统效率，降低了能耗和维护成本，保证了设备安全、高效、长寿运行，提高了生产效率，具有显著的经济和社会效益。
进口替代成效：全面替代国外知名品牌的产品，采购成本相较进口产品降低了40%，打破了欧美企业在高腐蚀高磨蚀工况陶瓷泵类产品领域的长期垄断，为国内相关行业节约了大量成本，提升了产业竞争力。
3.技术实现路径及方法
陶瓷过流部件工艺生产是我公司自行创新研发的材料、工艺设备、处于国内领先水平；此项技术填补了国内空白，解决了德国卡脖子的技术难题，新材料、新工艺、新设备、新思想。
1）陶瓷真空浇注工艺的应用，保证了叶轮水力流道技术尺寸不发生制造误差，同时保证了效率参数的设计值正确性。
2）通过CFD\ANSYS软件优化离心泵水力、结构，提高泵的运行效率和高效区增宽。
泵先进设计手段的应用，效率得到了优化提升目前我司采用CFD等先进手段建模结合我司先进的设计理念和经验，分析流体的运动规律和磨损机理，使泵的效率得到优化，泵效率提高了约11%，目前C600KT效率最高可以达到92%以上。
3）陶瓷过流部件寿命：相对金属过流部件（叶轮、泵体、护板）陶瓷过流部件寿命提升了4倍，保证了泵在运行效率下降速度慢；机械密封寿命提升2倍，轴承寿命提升1.5倍；减少了设备检修频率。
4）碳化硅陶瓷材料性能：抗拉强度150MPa，压缩强度130MPa，弯曲强度70MPa，剪切强度60MPa；真空浇注工艺，组织致密，没有气孔，增加机械性能，对于陶瓷材料力学质的突破，有利于泵叶轮的设计，高强度的机械性能有利于减少叶轮叶片的厚度而使泵的效率更高。
5）高效区的增加，在流量、扬程工况发生变化时发生效率激烈骤降，引起动能增加。
6）制造与装配工艺：开发专用模具与成型设备，实现陶瓷过流部件精密制造；采用螺纹连接与叶轮拆卸环设计，提升装配与维护便捷性。
4.应用情况及可推广前景简述
该项目成果自2019年6月在汉川电厂投运以来，设备运行稳定，过流部件无明显磨损，机械密封寿命提升2倍，泵效率提升显著，脱硫效率同步提高。
耐磨耐腐、高效节能陶瓷浆液泵重点解决浆液泵实际生产中耐磨性差、成本高、密封性差、使用寿命短、能耗高等问题，可全面推广至火力发电厂脱硫系统，以及化工、冶金等行业类似工况的泵设备领域，市场前景广阔，大幅降低了能耗成本，每年为企业节约大量电费，减少碳排放量，直接提升企业经济效益；显著延长和维护周期的增长，减少了设备维护和更换的人力、物力投入，降低了企业的运营成本。其研发符合国家节能减排战略，能有效降低污染物排放，推动产业结构优化。通过材料创新和工艺改进，实现高性能、高附加值及绿色低碳生产，助力高端制造业和新兴产业发展，进一步带动相关行业转型升级。该技术可广泛应用于电力、冶金、化工等行业的腐蚀磨损工况，具有广阔的市场推广前景。
5.经济效益及社会效益情况
经济效益：适用脱硫FGD系统，以及化工、冶金等行业类似工况的耐磨耐腐蚀泵设备领域。本技术大幅降低能耗成本，节约大量电费，减少碳排放量，直接提升企业经济效益；节能降碳效益可达500万/年。陶瓷材料替代金属材料，减少了贵重金属的进口，对节约资源和保护环境意义重大。陶瓷泵的成功应用，具有划时代里程碑的重大经济、技术意义，性价比极高，市场需求广阔，开辟了一个节能新时代
国家能源集团国能长源汉川发电有限公司于2018年启动脱硫系统节能改 造项目，针对四台C600KT型陶瓷主循环脱硫泵（原使用LC600型金属泵）进行综合性能提升。该项目总投资约160万元，重点围绕提高泵体运行效率与延长过流部件寿命实施技术升级。
改造后成效显著，主要体现在以下几个方面：
1）能效提升显著：泵组平均效率提升达11%，运行电流明显下降，输出流量相应增加。仅节电一项，单台泵每年即可节约电费约18万元（按电价0.38元/千瓦时计算）。
2）运行成本降低：得益于陶瓷材质的耐磨损和抗腐蚀特性，过流部件使用寿命大幅延长，每年节省配件采购费用约3万元。
3）维护强度减少：设备拆检频次降低50%，有效解决了原有泵组常见的跑冒滴漏问题，既减轻了维护工作量，也提升了系统运行的稳定性与安全性。
经综合测算，该项目投资回收期短，仅需不到一年半时间即可收回全部改造成本，实现了经济效益与运行可靠性的双提升，为同类型机组节能改造提供了成功范例。
社会效益：推动电厂节能降耗与绿色生产，提升脱硫系统运行稳定性，对实现环保达标与可持续发展具有积极意义。
过流部件寿命的显著延长和维护周期的增长，减少了设备维护和更换的人力、物力投入，降低了企业的运营成本。
陶瓷材料替代金属材料，减少了钢材使用，降低了泵件铸造、机加、冶炼和矿山开采环节的资源消耗，减少了对贵重金属的进口，对节约资源和保护环境意义重大。同时，陶瓷泵提高了脱硫效率，稳定运行时间长，减少了硫化物废气污染物排放，通过节能减排保护了生态环境。
6.项目案例获专利及奖励情况：
获多项发明与实用新型专利（专利号：2021109437964、2022232978395、2023200009227、202320774364X、2023207743654、2019211171100、202322229839X、2023306330753、2024200459543、2024202920801、2024216668248）；
获得奖励：第十一届创新创业大赛优秀奖、2022年创新创业大赛行业赛一等奖、高企协会科技进步奖二等奖、泵行业协会技术创新奖
获得成果评价：2022年通过河北省科学技术成果认证（证书编号：20221079），中科合创(北京)科技成果评价中心科学技术成果评价，成果名称《新型高性能陶瓷基金属复合材料的研发制备及其应用(碳化硅陶瓷新材料和离心泵)》，评价为“国内领先水平”、2023年通过河南省机械工程学会2项科学技术成果评价（成果登记号：9412023Y1797、9412023Y1796）成果名称《基于统计学精密轴承性能不确定度的建立方法及应用》《精密轴承性能退化的测度研究及应用》，评价为“国内领先水平”、2024年通过河南省机械工程学会2项科学技术成果评价（成果登记号：9412024Y1984、9412024Y1983）成果名称《离心泵精密滚动轴承性能变异参数-非参数融合评估方法》、《滚动轴承实验装置设计》，评价为“国内领先水平”、2025年通过中国循环经济协会科学技术成果评价（证书编号：202564XH2505），成果名称《1060MW机组脱硫浆液循环泵耐磨材料、节能技术研究和应用》，评价为“国内领先水平”；
2022年11月，陶瓷浆液泵被评为高新技术产品。
2024年《碳化硅复合陶瓷脱硫泵》进入工业设计成果转化项目名单
申报单位内部评审结论意见：
本成果在材料研发、结构设计及工艺制造等方面实现多项创新，成功解决了脱硫泵在腐蚀磨损工况下的寿命与能效问题，技术成熟、运行可靠，经济效益与社会效益显著，具备良好的推广应用价值，同意推荐申报相关科技奖项与产业化推广项目。
京公网安备 11011502004515号 
