某火電廠灰渣泵水擊現(xiàn)象淺析

摘 要：本文分析了某電廠輸灰系統(tǒng)布置特點，針對除灰泵遇緊急狀況停止運轉時倒流灰漿對泵體產生的破壞現(xiàn)象進行分析，對灰渣泵水擊現(xiàn)象進行模擬分析與計算，校核泵殼強度，并對其飛逸轉速進行計算。通過理論分析與實際計算相結合，對該電廠輸灰系統(tǒng)裝置提出了改進措施。

關鍵詞：灰渣泵 漿體水擊 灰漿回落 反向轉速

中圖分類號：TM6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0091-01

某發(fā)電廠一二期有兩臺機組，其中300MW機組一臺，600 MW機組一臺，每年大概有912×104～1064×104 m3灰生成。電廠除灰系統(tǒng)采用水力除灰，灰渣池的灰漿通過二級串聯(lián)灰渣泵加壓后送往灰場。此種輸灰方式具有兩個特點：①輸送灰管路長；②灰渣泵出口與輸灰管路最高點的位差大。在以往運行中，由于灰渣泵突然斷電停止后，管路中的灰渣有15 m的落差，灰漿形成回流，產生“水擊”現(xiàn)象，有可能對灰渣泵產生具大的沖擊力，最后導致灰渣泵的損壞，威脅著電廠的安全和經濟運行。本文基于電廠除灰系統(tǒng)的水擊問題，進行相關分析和計算，為降低水擊壓力的幅值、提高管路輸灰系統(tǒng)安全性提出合理建議。

1 電廠除灰系統(tǒng)概況及基礎數(shù)據(jù)

目前電廠除灰系統(tǒng)采用兩級泵，其中一級泵為250ZJ-85型灰渣泵，流量1250 m3/h，揚程125 m；二級灰渣泵接一臺液力耦合器，其轉速的調節(jié)范圍為250-750 r/min，正常運行時液力耦合器的轉速是500 r/min；二級灰渣泵為250ZJ-90型灰渣泵，其流量為1250m3/h，揚程為75 m，正常運行時灰渣泵的總的揚程為175 m。

除灰管路的型號為Φ529×65型復合鑄石管，該復合鑄石管由三層材料組成：外壁為#20鋼，壁厚0.01 m，中間為混凝土充填層，厚度0.03 m，內層為玄武巖鑄石，壁厚0.025 m，內徑0.4 m，鑄石管的彈性模量167×108 Pa。管道設計流量1250 m3/h，輸灰管路的總阻力（包括沿程阻力、局部阻力和重力）為50 m，灰水比為1∶15。

2 灰漿管路水擊壓力計算

2.1 灰水混合物密度的計算

在研究除灰管路的液固兩相流時，假設固體顆粒是均勻混合在液體中的，稱這種液固兩相流為均質流動（均相流）。固體顆粒的體積用Vs表示，液體的體積用VL表示，則固液混合物的體積可以表示為固體的體積Vs和液體的體積VL之和。因此固液兩相混合物的密度可依據(jù)下式計算：

（1）

灰漿的密度ρS=600～700 kg/m3，灰水比為1∶15，即得Vs/VL=1/15。

2.2 漿體水擊強度的計算

漿體中由于存在大量固體顆粒，其比重、彈性模量及粒度組成不同，因此漿體水擊特性與固體顆粒性及其在管道中流動特性有密切關系。均質流顆粒和周圍水團的流速一致，在管道末端閥門突然關閉時，固液兩相流的流速可以統(tǒng)一考慮，這與單相流很相似，所不同的是流體的壓縮變形。由于固、液體的彈性模量不同，其壓縮的體積由固體顆粒的壓縮量和水的體積壓縮量組成。

根據(jù)連續(xù)性原理，流入的漿體等于水、固體顆粒的體積壓縮量和管道膨脹的體積，推導均質流的波速如下：

（2）

（3）

式中ρm為均質流的密度，根據(jù)固體顆粒的體積濃度Sv和固體物料的密度ρS求得；

Ew為水的彈性模量，Pa；

Es為灰料的彈性模量，Pa；

D為管道內徑，m。

依據(jù)文獻[4]知，水的彈性模量EW=2.0×109 Pa，因此依據(jù)前述各式，可計算典型工況漿體波速。

2.3 漿體水擊壓強的計算

在管道水力輸送中，由于要考慮到兩相流的穩(wěn)定性，并且固體顆粒一般較細，因此假設為均質流，由此可以看出均質流在漿體水擊中占有重要地位。均質流的固體顆粒和周圍水的流速一致，因此漿擊壓強計算公式可以借助單相流的水擊壓強公式進行計算。當突然斷電后，泵停轉時灰漿回流產生回流壓強

（4）

下表為典型工況下的回流壓強計算結果?？梢钥闯觯瑵{擊壓強均大于泵的承受壓強（廠家提供相關泵的承載壓強為1.5 MPa），說明灰漿產生水擊壓力時，改制對泵體結構的安全具有顯著影響（如表1）。

3 降低灰漿水擊壓強的措施

經上述計算和分析可知，當電廠除灰泵系統(tǒng)發(fā)生緊急停機時，泵體反向轉速不會超過安全允許值，但灰漿水擊壓強稍大于泵蝸殼所承受的最大壓強，對泵體的安全運行十分不利。因此，可對灰渣泵或除灰管路采取一定的防護措施，以保證安全生產。在理論分析及實際計算的基礎，提出以下防護措施：

（1）加厚灰渣泵蝸殼的厚度，提高蝸殼的承壓強度。（2）增加除灰管路的直徑，并且除灰管路的膨脹應使用補償量比較大的補償器。（3）安裝泄流安全閥，在可能發(fā)生漿擊的管段如泵的出口處安裝泄流安全閥，在漿擊壓強超過某一定值后閥門自動開啟，泄出部分漿體，由于漿體壓縮性小壓強隨著流體的泄出而迅速降低。（4）降低波速，緩和漿擊強度，由于空氣彈性模量小，對降低灰漿水擊波速，緩解漿擊壓強有顯著作用。

參考文獻

[1]周云龍，孫斌，蔣誠.發(fā)電廠除灰泵漿體水擊壓強的計算與分析[J].流體機械.2001，2：19-21.

[2]江春波，張永良，丁則平，等.流體力學[M].中國電力出版社.2007（8）：38-89.

[3]韓文亮，費祥俊，任裕民.關于漿體水擊壓力波波速的實驗研究[J].水利學報.1990（11）：41-47.

[4]周云龍，陳曉波，鄧冬，等.火電廠輸灰管路漿體水擊瞬變過程數(shù)值計算與分析[J].吉林大學學報.2008（3）：652-657.