水力除渣系统离心泵节水改造

水力除渣系统离心泵节水改造

赵建华

（河北大唐国际唐山热电有限责任公司063029）

摘要河北大唐国际唐山热电有限责任公司（以下简称：唐山热电公司）安装两台1025吨亚临界压力自然循环燃煤锅炉，两台锅炉设计安装了一套水力除渣系统（渣浆系统），将锅炉产生的灰渣输送至脱水仓渣水分离后，清水回用，灰渣装车外运。

水利除渣系统泵类都采用卧式离心泵，均安装在液面以上，由于高位安装的离心泵很难实现自吸启动，所以采用启动喷射水辅助启动的方式，启动过程中需要在泵入口大量注水，确保离心泵正常启动。采用这种启动方式，启动时间长，浪费珍贵的水资源。考虑到泵运行的可靠性及设备管理、检修维护等问题，经过不断试验和摸索，在离心泵入口安装一定容积上位水箱，圆满解决了水利除渣系统离心泵自吸启动的问题，改造后的离心泵在不使用启动喷射水的情况下，启动正常可靠，完全满足安全运行的需求，改造工作结束后拆除了启动喷射水系统，渣水系统更为简洁，节水、节电效果显著，达到了渣浆系统泵类节水改造的目标，同时为同类型离心泵的节水改造提供了可靠的依据。

关键词锅炉；渣浆系统；节水；离心泵；自吸启动；渣水分离

1.前言

唐山热电公司总装机容量600MW，安装两台1025吨/小时亚临界压力自然循环燃煤锅炉，由上海锅炉厂生产，两台锅炉共用一套水利除渣系统。每年除渣系统耗水60万吨以上，是耗水大户，所以水利除渣系统节水工作一直是重点工作之一。水利除渣系统水耗高的影响因素很多，其中渣浆泵、冲灰泵、冲洗泵等离心泵启动过程中，需要大量注水，是主要原因。

2系统简介

两台锅炉产生的灰渣，经过捞渣机、碎渣机冷却破碎后进入灰沟，经过冲灰水的冲刷和输送沿灰沟进入渣浆前池，渣浆泵将渣浆前池的灰水经过渣浆管道送入脱水仓和浓缩机进行渣水分离，分离出的灰渣装车外运，清水自流到冲灰水前池，由冲灰泵送到锅炉重复使用。

水力除渣系统共安装了3台渣浆泵、4台冲灰泵、2台冲洗水泵、2套浓缩池、3套脱水仓系统和1套工艺水系统，工艺水系统包含：冷却水系统、轴封水系统、启动喷射水系统。

渣浆泵、冲灰泵、冲洗泵参数：

3存在问题

唐山热电公司渣浆系统的渣浆泵、冲灰泵、冲洗泵均采用卧式离心泵，高位布置，启动时必须由启动喷射水系统向泵入口大量注水，水量达到200t/h，持续5分钟左右，每台次启动用水16吨，根据渣水系统运行状况和泵的启动次数，平均消耗水量8t/h，由于这些水直接注入到了灰渣系统中，不仅浪费了水资源还引起渣水系统水耗增加，降低了除灰系统运行的经济性。

高位安装的离心泵很难实现自吸启动，需要采用辅助方式才能实现泵的正常启动。石家庄水泵厂生产的ZGB系列渣浆泵的可靠性、效率高，耐磨性能好，在唐山热电公司有良好的运行使用业绩。采用其他辅助方式，或采用液下泵虽然解决了自吸启动的问题，但是带来了管道、泵体磨损严重，可靠性和经济性的降低等问题，设备管理、运行管理、检修维护工作量明显增加，因此采用简单、易行、合理、节水的改造方式，解决水利除渣系统泵类的自吸启动的问题非常必要，检修公司综合队经过不断探索和研究，找到了合理的解决方案。

4改造方案：

通过对渣浆系统离心泵入口管道进行改造，在离心泵入口安装一定容积的高位水箱就能在不使用其他辅助方式的情况下，圆满实现泵的正常启动。

启动前高位水箱注满水，离心泵启动时，叶轮首先将高位水箱中的水输送走，在高位水箱及入口管道中形成真空，将低液位的渣水吸入水箱中，补充到离心泵的入口管道，水箱中存留的空气在水流扰动的作用下，短时间内随着水流不断被离心泵送走，当入口管道和水箱内重新注满水，泵运行稳定正常后，就完成了离心泵的启动过程，这样就可以在不大量使用启动喷射水的情况下，实现泵的顺利启动，使水利除渣系统离心泵具备自吸启动的能力。

改造方案示意图如下：

高位水箱容积的选择：

高位水箱的容积不同，产生的自吸力也不同，改造的关键是根据离心泵的出力、管道内径、吸入高度，选择合理容积的高位水箱，使其能够产生足够的自吸力，确保离心泵正常启动。

根据伯努利方程简化形式：P1V1/t1=P2V2/t2，可以很方便地计算出高位水箱的容积。

泵的启动过程介质温度近似不变，可以近似为绝热过程，公式简化为：

P1V1=P2V2

P1-大气压力(10.33米水柱)

V1-启动前入口管道的体积

P2-高位水箱液位最低时的介质压力

V2-高位水箱的有效容积与入口管道容积之和

高位水箱容积计算公式可简化为

V=V2-V1

=P1V1/P2-V1

在2014年11月，完成了渣水系统渣浆泵、冲灰泵、冲洗泵的自吸改造工作。

渣浆泵的改造中，高位水箱容积计算如下：

根据现场情况可知：渣浆泵的入口管道内径200mm、入口管道长度10米、吸入高度7米，根据上述公式可计算处高位水箱的容积V。

V=P1V1/P2-V1

=(10.33×3.14×(200/2/1000)2×10)/(10.33-7)-3.14×(200/2/1000)2×10

=0.66m3

通过上述计算结果可看出，采用有效容积为0.66m3的上位水箱，就能满足渣浆泵启动的要求，考虑到入口管道安装位置的影响和介质温度的影响，通过不断摸索，高位水箱制作时，增加了0.4m3的容积，实际高位水箱容积为1.06m3，改造工作完成后，渣浆泵启动正常稳定，实现了渣浆泵自吸改造的目标。

采用同样的方式，对其余离心泵进行改造，冲灰泵、冲洗泵增加上位水箱容积0.78m3，全部9台泵改造完成后均能圆满实现自吸启动，改造工作结束后，取消了启动喷射水系统，渣水系统更为简洁可靠，节水效果显著。

5.高位水箱改造注意事项：

1）入口管道及高位水箱必需保持良好的严密性，如果密封性差，漏入空气，离心泵启动过程中，水箱内的真空将会明显下降，影响吸入高度，甚至造成启动失败。

2）第一次启动，必需确保高位水箱注满水，以后的运行过程中，高位水箱会保留满水状态，再次启动时，不需要注水。

3）水箱入口管道安装过程中，尽量减少插入深度b。如下图所示。

离心泵停止后，由于水的虹吸作用，高位水箱的最高液位与插入管道的下沿平齐，减少了水箱的有效容积，增加了入口管道容积。

据测算，为了消除这部分空间的影响，水箱整体容积需要增加高位水箱顶部空间的8倍以上，所以安装时，尽量缩短插入距离b。

4）高位水箱出口管道安装过程中，尽量降低安装高度h。如下图所示。

离心泵启动过程中，高位水箱液位高度降低至h时，水箱就已经达到最大的自吸能力，如果管道安装位置偏高（h数值过大），为了保证高位水箱的有效自吸能力，也要相应考虑增加水箱容积。高位水箱底部h高度的容积是水箱的无效容积。

5）由于渣水系统的特殊性，高位水箱出、入口管道应考虑到防止管壁磨损的要求，采用陶瓷内衬管道或其他耐磨管道。

由于高位水箱的截面积要远远大于入口管道，水箱内的流速非常慢，一般情况下，不用考虑水箱内的磨损，水箱采用普通碳钢即可。

以渣浆泵改造为例，根据不可压缩流体连续性方程：

V1A1=V2A2

V1-高位水箱入口管道流速

A1-高位水箱入口管道截面积

V2-高位水箱流速

A2-高位水箱截面积

V2=V1A1/A2

=3.6×3.14×0.072/(3.14×0.52)

=0.07m/s

从上述计算可看出，渣浆泵高位水箱内的流速非常缓慢，采用普通Q235钢材制作的上位水箱，检修过程中，未发现明显磨损现象。由此可见采用普通碳钢制作上位水箱降低工程造价的同时，也能够满足渣水系统运行中的防磨损要求。

6.结论：

唐山热电公司水利除渣系统全部9台泵的改造工作完成后，均圆满实现了自吸启动，启动过程顺畅，运行可靠，达到了改造目标。

改造后，不再使用启动喷射水系统，组织员工拆除了启动喷射水泵和相应管道，简化了系统。

改造后，减少渣水系统补水8吨/小时，年节水5.6万吨，节约水资源费5万余元，经济效益显著。

渣水系统离心泵的改造方法简便易行，设备的检修维护和运行管理没有明显影响，系统结构简洁，设备的可靠性和经济性都有显著提高，也为同类型泵的改造工作提供了可靠依据。

参考文献：

[1]唐山热电公司《辅控网运行规程》。

[2]唐山热电公司《除灰设备说明书》。

[3]郑俊民著作《火力发电厂项目技术改造工作手册》，中国电力科技出版社，2006-10-1

[4]《最新火力发电优化生产设计与节能及指标管理操作实务指南》，电力科技出版社2009-3

[5]中国机械工程会、中国机械设计大典编委会、北京英科技术开发中心编著《机械设计手册》电子工业出版社2007-1-1

作者简介：

赵建华、1970年出生、工程师、河北大唐国际唐山热电有限责任公司检修公司综合队、从事热能动力专业工作