某火電廠灰渣泵水擊現象淺析

摘 要：本文分析了某電廠輸灰系統布置特點，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象進行分析，對灰渣泵水擊現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。電廠除灰系統采用水力除灰，灰渣池的灰漿通過二級串聯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、提高管路輸灰系統安全性提出合理建議。

1 電廠除灰系統概況及基礎數據

目前電廠除灰系統采用兩級泵，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。

根據連續性原理，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。

依據文獻[4]知，水的彈性模量EW=2.0×109 Pa，因此依據前述各式，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。可以看出，漿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，當電廠除灰泵系統發生緊急停機時，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值計算與分析[J].吉林大學學報.2008（3）：652-657.