高浓度灰浆容积泵改造.pdf

全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 节能与环保 675 高浓度灰浆容积泵改造 房继忠 （中国电力姚孟发电有限责任公司） 【摘 要】火电发电厂锅炉灰浆排放输送系统多采用水力除灰 （渣） ， 此系统设备的安全可靠性对机组的安全、 经济运行起到很重要影响。姚孟发电公司经过近几年对国产#1-4 机组除灰灰浆输送泵进行了改造，取得明显的经济 效益，可供国产 300MW 火力发电同类型机组的设备改进时作为参考借鉴。 【关键词】锅炉 输灰 高浓度灰浆 柱塞泵 0 前言 姚孟发电有限责任公司第一、二期工程安装两台国产亚临界 300MW 火电燃煤机组，第三期工程 安装两台引进比利时亚临界 300MW 火电燃煤机组。 #1、2 机组为上海锅炉厂自行设计开发的国产第一台和第四台 300MW 机组，由于当时技术所限， 无法满足现电网要求。#1 机组于 2002 年由英国三井巴布科克能源有限公司（Mitsui Babcock Energy Limited）改造设计、制造的单炉体、双炉膛型布置、四角切圆燃烧、固态排渣、低质量 流速、具有正流量响应特性的垂直管圈水冷壁、亚临界压力中间再热式直流锅炉。 2 锅炉为上海锅炉厂制造的单炉体、双炉膛型布置、四角切圆燃烧、固态排渣、亚临界压 力中间再热式直流锅炉，#2 机组于 2009 年进行了完善性改造大修。 #1、2 机组设计灰量为 92T/H、渣量为 10.75T/H、灰渣重量浓度为 3035%。机组灰浆回水 PH 值为 1012.5 左右。#1、2 机组分别于 1975 年、1980 年相继发电。 #3、4 机组的锅炉为瑞士苏尔寿专利，由比利时考克利钢铁公司制造的半塔式中间再热直流锅 炉。 #3、4 机组设计灰量为 106T/H、渣量为 19.3T/H、灰渣重量浓度为 34%。机组灰浆回水 PH 值为 1012.5 左右。#3、4 机组分别于 1985 年、1986 年相继发电。 姚孟发电有限责任公司为保证四台机组正常将灰浆送至灰场，将#1、2 和#3、4 机组灰渣分别汇 集后，由除灰系统#1、2 灰浆泵房十台灰浆容积泵送入距厂区 11 公里的程寨沟灰场。灰场原设计最 终坝高 125 米，海拔 299 米，最终容量 1.4 亿立方米，为 1800MW 机组储灰 50 年。因此，姚孟发电 有限责任公司水利除灰渣系统设备的安全、稳定及经济运行将直接影响机组整体运行，这一课题作 为本人从事灰渣系统设备管理的一部分，将长期关注和参与系统的完善。 1 改造背景 远距离输灰技术是随着机组容量增大及贮灰场距离的增加，对灰浆泵出力和压头的要求也不断 增加。目前，世界上采用的远距离输灰技术主要有以下两种形式：多级渣浆泵串联输送；容积柱塞 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 节能与环保 676 泵输送。多级渣浆泵串联输送虽然造价相对较低，国内技术也相对比较成熟，但其出口最大压力低， 其应用常受到输送距离的限制。容积柱塞泵是目前在国内大型燃煤电厂中的应用还比较少，由于其 出口压力高，只要单台泵就能满足机组远距离输灰的要求，十分适用于现代大型燃煤电厂。现在用 于远距离输灰的柱塞泵技术主要有：隔膜式柱塞泵和喷水清洗柱塞泵。 姚电公司除灰系统是 1984 年投产的，在投产之初在除灰系统 1、2 灰泵房共安装了十台本溪水 泵厂制造的 2DGN 型油隔离泥浆砂泵，由于此泵油耗大、备品消耗大，噪音大、可靠性低等缺点，现 逐步引进灰浆柱塞泵。 目前国内电厂除灰系统柱塞式灰浆泵主要有二种传动形式： 一种是利用原60 70 年代的泥浆泵改制皮带传动的硬起动的型式三柱塞灰浆泵。另一种是：电动机限矩型液力偶 合器硬齿面减速器传动型式的五柱塞灰浆泵，该泵具有背压软起动的性能，工作平稳，安全可 靠，节能等优点。1997 到 1998 年分别对#1、2、6、7 油隔离泵进行了设备更新改造，换成了 PZNB 型三柱塞灰浆泵，2000 年-2001 年又对#3、8、9 油隔离泵进行了改造，安装了 161C 型五柱塞泵。 目前 除灰系统有 2DGN114/6 型油隔离泵（三台） 、PZNB-160/6 型三柱塞灰浆泵（四台） 、5H 160/6 型五柱塞灰浆泵（三台） 主要技术参数如下： 设备名称 油隔离泵 三柱塞泵 五柱塞泵 型号 2DGN114/6 PZNB-160/6 5H160/6 流量 144M3/h 160 M3/h 160 M3/h 压力 6Mpa 6Mpa 6Mpa 柱塞直径 活塞直径：235mm 210mm 172 mm 柱塞冲次 39 次/ min 90 次/min 117 次/min 制造厂家 本溪水泵厂 宝鸡水泵厂 上海大隆机械厂 电机型号 JS1510-10 JS1510-10 JS1474T 电压 6000V 6000V 6000V 电流 50A 50A 46.6A 功率 440KW 440KW 400KW 转速 590r/min 590r/min 1480r/min 以下将逐一介绍灰浆输送泵基本情况： 1.1 油隔离泵（2DGN 型）基本情况简介： 2DGN 型油隔离泵（玛尔斯泵）起源于日本。主要用于电力、矿山、化工、冶金、交通等部门。 作为输送灰浆、矿浆及其她浆体的重要设备。2DGN 型油隔离泵在输送混合流体方面具有高压力、高 浓度的突出优点，曾获得过世界矿业最高荣誉奖章，该泵 70 年代初被我国引进过来。在七十年 代末，八十年代初开始在火电厂的除灰系统应用油隔离泵，随后的几年它掀起了一个安装应用油隔 离泵的高潮，现阶段很少有电厂的除灰系统中使用油隔离泵。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 节能与环保 677 油隔离泵的工作原理： 电动机通过三角皮带将动力传至传动箱，通过传动箱内的高低速齿轮、偏心轮连杆及十字头等 机构将电机的高速旋转动力转换成活塞杆的直线往复运动，当活塞在液缸内部往复运动时，从而引 起与液缸连接的隔离罐上部的透平油时而进入液缸，时而排出液缸，当隔离罐的透平油进入液缸时 灰浆经阀箱内的吸入阀和 Z 型管进入隔离罐内，完成吸入过程，当活塞向相反方向运动时，活塞又 把油压入隔离罐内，罐内下部的灰浆经 Z 型管和排出阀被压到泵的出口系统管道，这样周而复始循 环下去，就完成油隔离泵输送灰浆的功能。 油隔离泵结构简述： 2DGN 型油隔离泵主要由以下几部分组成： 1）电动机；2）传动系统；3）液缸部分；4）阀箱四部分组成 配套电动机是由沈阳电机厂生产的 JS1510-10 型电动机，其主要参数如下： A、功率：400KW B、电压：6000V C、电流：50A D、转速：590r/min ? 传动系统： 在传动箱内装有一对高低速齿轮，齿轮轴两端分别装有滚动轴承，在高速轴的一端装有三角皮 带轮，其通过三角皮带与电机皮带轮连接，在低速齿轮轴上装有偏心轮及连杆，十字头结构，箱内 注有#45 机油，在运转中通过齿轮带起飞溅的机油来润滑各部分机构。 ? 液缸部分： 液缸有两个缸体组成，其一组通过活塞杆上装有活塞、活塞环，并帽等配件，而每个液缸则与 两个隔离罐相连接，隔离罐内上部是#22 透平油，下部是灰浆。其上部元法兰上装给油排气阀，下 部元法兰连接有 Z 型管与阀箱部分连为一体。 ? 阀箱部分： 阀箱分甲乙侧两部分，每侧阀箱内部分别装四个入口逆止阀和出口逆止阀。其一端通过 Z 型管 与液缸部分连接，另一端则与油隔离泵的出入口母管系统连接。 1.2 灰浆三柱塞泵（PZNB）基本情况简介： PZNB 型喷水式柱塞泵是引进美国技术的基础上，由原水利电力部电力建设研究所和宝鸡水泵厂 共同研制成功的一种新型泥浆泵，该泵可用于电力、矿山、冶金、交通等部门，作为输送灰浆、泥 浆煤浆等其它混合浆体。由于其结构简单合理，运行可靠，是国内火电厂首选距离输送高浓度灰浆 的较理想设备，该泵的研制成功，填补了我国用柱塞泵输送灰浆的空白。其中用于电厂的除灰泵被 评为部优产品，近几年来，这种型号的柱塞泵在火电厂的除灰系统安装的台数较多。 PZNB 型柱塞泵主要结构由以下几部分组成： 1）电动机；2）传动系统；3）柱塞组合；4）喷水装置系统；5）阀箱 四部分组成。 ? 配套电动机主要参数： ? 型号：JS1510-10 型电动机 A、功率：400KW B、电压：6000V C、电流：50A D、转速：590r/min 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 节能与环保 678 ? 传动系统 柱塞泵的传动系统与油隔离泵相似，传动箱内部主要部件有高低速齿轮，偏心轮、连杆、滚动 轴承、上下滑板及十字头等机构，十字头端装连接杆与柱塞相连，高速轴一端装有皮带轮与电机通 过皮带相连。 ? 柱塞组合： 柱塞组合是柱塞泵与其它泥浆泵的重要区别所在，在柱塞的往复运动过程中，实现液体的排吸 功能，其主要部件包括：柱塞、柱塞密封填料盒、柱塞套、喷水环和密封环等。其中的柱塞采用空 心焊接结构，表面喷焊硬质合金，是有很高的硬度和耐用消费品磨性能。 ? 喷水装置系统： 该系统配套有一台 3DS 型高压清洗泵，通过连接管，单向阀等与柱塞套内的喷水环连接。该套 装置是保证柱塞泵能够成功输送灰浆的关键，它可以保证柱塞在往复过程中，通过喷水环向柱塞喷 射高压清水，从而在柱塞周围形成一个均匀的高压水膜，这样一方面可以使柱塞表面粘附的固体颗 粒及时清洗干净，同时又可将柱塞同浆体隔离开，避免灰浆进入密封系统造成政治塞的表面磨损， 以延长柱塞和密封的使用寿命。 ? 阀箱部分： 泵的阀箱为整体式 L 型布置，内装有吸入和排出逆止阀，分别与泵的吸入管和排出管连接，三 组阀箱各自独立，通过螺栓与三组柱塞套连接整体固定在泵的机架上。 （PZNB 型）柱塞泵的工作原理 PZNB 型柱塞泵是通过传动箱内的高低速齿轮、偏心轮、连杆及十字头等机构将电机的圆周运动 转换为柱塞的直线往复运动，在柱塞的直线往复运动过程中，实现液体的吸入和排出阀箱，从而达 到输送灰浆的功能。 1.3 灰浆五柱塞泵（161C 型）基本情况简介： 161C型灰浆泵为卧式五柱塞单作用往复泵， 是上海大隆机械厂引进美国技术生产的新型灰浆泵， 其整套设备具有结构紧凑、布局合理等优点也广泛用于电力、矿山、冶金、交通等行业。 （161C 型）五柱塞泵结构（如图二） ： 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 节能与环保 679 五柱塞泵主要结构示意图（图二） （一）动力端： 由电动机、限矩型液力偶合器、减速器、曲轴箱、稀油站组成。 ? 配套电动机主要参数： ? 型号：JS147-4-T 型电动机 A、功 率：400KW B、 电 压：6000V C、电 流：50A D、 转 速：1480 r/min ? 限矩型液力偶合器主要参数： ? 型号：限矩形 YOX650 1 型 A、额定输出功率：330KW B、工作油牌号：N32 C、工作用油量：31 L D、输入转速：1480 r/min ? 减速机主要参数： ? 型号：ZLYS450-12.246- A、速比：12.246 i B、润滑油牌号： N320 C、润滑油用量：180 L （二）液力端： ? 柱塞组合： 液力端 电机 液力偶合器 注水泵 曲轴箱 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 节能与环保 680 161C 型泥浆泵的柱塞组合和 PZNB 型柱塞泵相似. 其主要部件也包括：柱塞、柱塞密封填料盒、 柱塞套、喷水环和密封环等。其中的柱塞采用空心焊接结构，表面喷焊硬质合金，是有很高的硬度 和耐用消费品磨性能。. ? 喷水系统： 该系统配有一台 3-6/7.8 型高压清洗泵通过连接管与柱塞套内的喷水环连接，该套装置是保证 柱塞泵能够成功输送灰浆的关键， 它可以保证柱塞在往 复过程中， 通过喷水环向柱塞喷射高压清水， 从而在柱塞周围形成一个均匀的高压水膜，这样一方面可以使柱塞表面粘附的固体颗粒及时清洗干 净，同时又可将柱塞同浆体隔离开，避免灰浆进入密封系统造成政治塞的表面磨损，以延长柱塞和 密封的使用寿命。 ? 阀箱部分： 泵的阀箱为整体式 L 型布置，内装有吸入和排出逆止阀，分别与泵的吸入管和排出管连接，五 组阀箱各自独立，通过螺栓与五组柱塞套连接整体固定在泵的机架上。 （161C）型五柱塞泵的工作原理： （161C）型五柱塞泵是通过电动机带动限矩形液力偶合器把输出功率传送到减速机，变速后通 过曲轴箱将电机的圆周运动转换为柱塞的直线往复运动，在柱塞的直线往复运动过程中，实现液体 的吸入和排出阀箱，从而达到输送灰浆的功能。 2 分析比较各种灰浆容积泵的优缺点： 姚孟发电公司近年来油隔离泵与柱塞泵的使用情况如下： ? 历年油隔离泵耗油量 序号 年度 原煤油耗 灰水油耗 年耗油量 备注 1、 1994 年 43.89 克/吨煤 38.88 克/m 3灰水 151826Kg 十台油隔离泵 2、 1995 年 52.82 克/吨煤 40.7 克/m 3灰水 191947Kg 十台油隔离泵 3、 1996 年 28.36 克/吨煤 37.59 克/m 3灰水 128100 Kg 十台油隔离泵 4、 1997 年 26.24 克/吨煤 25.9 克/m 3灰水 89299 Kg 八台油隔离泵 5、 1998 年 14.26 克/吨煤 23.85 克/m 3灰水 48074 Kg 六台油隔离泵 6、 1999 年 12.10 克/吨煤 17.58 克/m 3灰水 35246 Kg 六台油隔离泵 7、 2000 年 10.55 克/吨煤 15.39 克/m 3灰水 30533 Kg 五台油隔离泵 8、 2001 年 8.38 克/吨煤 22.42 克/m 3灰水 26640 Kg 四台油隔离泵 9、 2002 年 7.6 克/吨煤 18.46 克/m 3灰水 25362 Kg 四台油隔离泵 10、 2003 年 22248 Kg 四台油隔离泵 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 节能与环保 681 ? 近年各台灰泵运行时间表： （小时） 年份 运行时间 设备 1997 年 1998 年 1999 年 2000 年 2001 年 2002 年 2003 年 #1 柱塞泵 2788 3425 2658 2551 2901 3267 3238 #2 柱塞泵 3446 3982 3608 3398 2486 2167 3066 #3 柱塞泵 2719 2361 2280 2104 796 3978 3231 #4 油隔离泵 1447 1501 2668 3384 2606 1545 2418 #5 油隔离泵 1938 795 1834 2363 2088 1351 2125 #6 柱塞泵 2510 4046 4216 3598 3462 2375 #7 柱塞泵 3900 2686 1397 3199 4095 3860 #8 柱塞泵 1477 2943 3011 3413 #9 柱塞泵 922 3398 3556 3722 #10 油隔离泵 4051 3442 3905 3639 1938 1712 1253 ? 灰泵振动情况测量： 测量点 方向振动(mm) 方向振动值(mm) 方向振动值(mm) 三柱塞泵 0.047 0.162 0.094 三柱塞泵 0.022 0.110 0.062 五柱塞泵 0.036 0.024 0.092 五柱塞泵 0.031 0.103 0.051 0.264 0.516 0.062 系统管道振动值 0.024 0.066 0.011 ? 油隔离泵同柱塞泵运行情况比较： 以#1、2 灰泵房油隔离泵同柱塞泵运行作为比较： #1 灰泵房油耗 27.9 克/m 3灰水（二台柱塞泵、三台油隔离泵） #2 灰泵房油耗 9.76 克/m 3灰水（四台柱塞泵、一台油隔离泵） 全年油隔离泵耗油 26640kg 油隔离泵同柱塞泵检修维护费用情况比较： 四台油隔离泵年耗费 57.157.6 万元，年均 14.27514.4 万元/台； 六台柱塞泵年耗费：51.452 万元 ，年均 8.68.7 万元/台 以机组大修备品消耗费用情况作为比较： 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 节能与环保 682 #1、2 柱塞泵大修消耗备品的费用：3.8 万元 #3、4、5 油隔离泵大修消耗备品的费用：51.5 万元 油隔离泵大修费用主要有： 阀箱更换两套及阀组件更换、制作基础等 18 万元、高低速齿轮一套 12 万元，偏心轴承两套 8.2 万元、十字头、十字头导板、十字头轴承及高低速轴轴承等 3.1 万元、4 油隔离泵阀箱外委及 4 台油隔离罐外委修理费用 3.8 万元+2.00 万元， 其中没有含更换的低速轴即低速齿轮固定机架和5、 10 油隔离泵阀箱外委修理的费用 7 万元。 3 各泵的优缺点 3.1 油隔离灰浆泵的优缺点 1）2DGB 型油隔离泵在输送灰浆方面具有高浓度、高压力，远距离输送等突出优点。 2）油隔离泵因采用油灰隔离，隔离效果差，油耗大，运行成本高，每年仅透平油一项的开支就 是相当惊人，给电厂带来深重的负担。 3）该泵结构复杂，体积庞大，易损件寿命短，运行周期短，缺陷频繁，经常造成除灰泵房生产 告急的现象，威胁着主机排灰任务的安全完成。 4）该泵体渗漏点多，文明生产条件差，易出现人员滑倒、摔伤现象。 3.2 三柱塞灰浆泵的优缺点 1）该泵具有设计先进，结构简单合理，运行稳定，维修方便，易损易耗件寿命长，运行周期长 及省油节电等优点。 2）该泵因不是采用油质隔离，从而改善了设备的运行环境，保证了人员的安全。 3）缺点是因用水作为介质长时间运行，灰泵柱塞金属结合面锈蚀严重，易造成密封不严。 3.3 五柱塞灰浆泵的优缺点 1）该泵具有设计先进，机构紧凑、布局合理的特点。采用的五个柱塞使运行平稳，泵体振动小， 易损易耗件寿命长。 2）该泵由于动力端采用稀油集中压力润滑，传动部分磨损小。 3）采用限矩形液力偶合器，使得该泵在启动时，转速缓慢提升，压力平稳升高，减少了系统中 的水锤现象。 4）该泵机械所使用的零部件体积小，维修省时省力。 5）缺点是该泵检修空间小、密封渗漏点较多。 4 容积灰浆泵改造后的经验 随着工业科技的进步和发展，油隔离泵的各项技术已经明显处于落后状态，在未来的电力建设 与生产，柱塞泵作为一种新型容积灰浆输送泵，会在除灰系统中发挥巨大的作用，但并不能说柱塞 泵的各项设计就是完善无缺的， 其在易损件的寿命上及有些零配件的结构上仍需有待进一步的完善。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 节能与环保 683 参考文献： 1 邬澎文 王达峰 大型柱塞泵在远距离输灰系统中的应用浙江电力 2001 年第 6 期 2机动往复泵GB/T9234-1997 3往复式杂质泵JB/T9088-1999 4机动往复泵试验方法GB7784-87 5 容銮恩等 电站锅炉原理 中国电力出版社，1997 年 6 电力技术标准汇编 火电部分第 2 册 锅炉及辅机 作者简介： 房继忠： 从事发电厂锅炉除灰专业技术管理工作。 年龄 41 岁 性别：男 职务：专责工程师 职称：工程师 通讯地址：河南省平顶山姚孟发电公司生产技术部 电话：0375-4932172 E-mail :fjzymfd.com 邮编：467031