凝结水泵汽蚀原因分析及解决措施(改03)(2)(3)

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基金项目：国家863项目(No.2007AA05Z251)

作者简介：张凯(1964-)，男，河南洛阳人，洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司工程师。1

水泥厂余热电站凝结水泵设计中应注意的问题

张凯仝伟峰郭建伟

（洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司, 河南洛阳471039）

摘要：凝结水泵是水泥厂余热电站的重要辅机

设备。在水泥生产线余热电厂运行中，由于受水泥生产线运行工况变动的影响，发电系统经常处于变工况运行状态，这就要求凝结水泵在各种变工况下均能稳定运行，从而满足余热发电系统安全稳定运行的需要。本文结合我院设计的某5000t/d水泥生产线余热电站，分析了导致凝结水泵发生汽蚀的原因，提出了设计中应注意的问题。

关键词：余热电站凝结水泵气蚀

1 前言

近年来，随着水泥工业技术进步和节能技术水平的不断提高，水泥熟料热耗已由原来的4600~6700kJ/kg降低到3000~3300 kJ/kg，即使如此，由于受煅烧技术和工艺流程的限制，代表着水泥行业发展方向的新型干法水泥熟料生产线在生产过程中，仍然有大量的350℃以下（约占水泥熟料烧成系统总热耗量的35%以上）的中、低温热量不能被充分利用，造成了巨大的能源浪费。

为了达到节能减排，降低生产成本，保护生态环境、提高企业经济效益的目的，水泥厂一般通过建设纯低温余热电站，利用水泥熟料生产线窑头、窑尾排放的废热资源进行发电。

在设计水泥厂纯低温余热电站时，各设计院一般套用电力行业设计规范。水泥厂余热电站由于受熟料生产的原料水分、煤质成分和发热量、熟料产量以及窑的运行工况等因素的影响，进入余热锅炉的废气参数发生变化，导致汽轮发电机组负荷也相应变化，凝汽器的凝结水量发生变化，若设计时考虑不周，则凝结水泵容易发生汽蚀，从而影响到整个余热电站系统的安全稳定运行。2 凝结水系统设计计算

某5000t/d水泥熟料生产线配套余热电站的补汽凝汽式汽轮机为BN9-1.6/0.35型，配套1200m2凝汽器，正常运行工况凝汽量46.3t/h，设计工况凝汽量47.2t/h，汽轮发电机组最大凝汽量55 t/h，凝汽器压力0.007MPa，凝汽器的正常水位标高 1.272米，水位变动范围-200-+150mm。根据《小型火力发电厂设计规范》要求，凝结水泵容量为最大凝结水量的110％。凝结水泵选型为：4N6型，流量48-60-68m3/h，扬程59.5-57-54m，转速2950r/min，气蚀余量1.4-1.6-1.75m，共两台，一用一备。

根据水泵的几何安装高度计算公式：

)3.0

(

]

[

min

1

0+

∆

-

-

-

=h

h

P

P

H v

gγ

(1)

P0——液面压力（Pa）；

P v——水在温度为t时的汽化压力（Pa）；

h1——凝结水泵吸入管路阻力损失（m）；

⊿h min——水泵汽蚀余量（m）；

0.3——安全余量（m）。

由于热井内的水接近于饱和状态，因此

≈

-

v

P

P(2)

则式(1)变为：

)3.0

(

]

[

min

1

+

∆

-

-

=h

h

H

g

(3)

h1——凝结水泵入口阻力损失（m），按照同类火力发电机组经验数据取0.2m

凝结水泵的流量按照60t/h计算，则凝结水泵的入口中心高度

Hg=-0.2m-（1.6+0.3）m=-2.1m

因此，凝结水泵的入口管道中心标高应为

-2.1m+1.272m=-0.828m

考虑凝结水泵本体高度0.33m ，则凝结水泵的基础标高应为：

-0.828m-0.33m=-1.158m

凝结水泵的基础标高取-1.20米。凝结水泵入口安装管路如图一

3 运行情况

机组在调试过程中出现以下现象，发电机功率在7.5MW （对应的凝结水量38t/h ）以下时，凝结水泵运行正常，凝汽器热井水位在正常范围内波动；发电机功率在7.5MW-7.8MW （凝结水量38-39.5t/h ）时，凝结水泵噪音较大，热井水位出现升高迹象；发电机功率超过7.8MW ，凝结水量超过39.5t/h ，则凝汽器热井水位无法保持在正常范围（正常水位的-200～+150mm ），且凝结水泵出口压力降低到0.1-0.15 MPa ，噪音明显加大，单台凝结水泵无法保证机组正常运行。

4 故障分析及改进措施

根据凝结水泵运行过程中出现的现象，我们主要从以下四个方面对凝结水系统进行了检查分析：

（1）对水泵进行检查。如果凝结水泵的气蚀余量超过其设计值，则可能造成在流量增大时，凝结水泵不能稳定运行。更换同型号凝结水泵后，其实际运行效果没有大的改变。

（2）由于施工疏漏，现场没有安装凝结水

泵入口与冷凝器连通管。恢复连通管后，凝结

水泵运行有所好转，但运行状况没有大的改变。

（3）检查凝结水泵轴封。如果凝结水泵轴封漏气，会影响凝结水泵稳定运行。检查轴封系统正常。

（4）凝结水泵的入口管路校核

管道的阻力损失包括两部分，一部分为局部阻力损失，主要为阀门、管件的阻力损失；另一部分为沿程阻力损失。

发电量在7.5MW （凝结水量38t/h ）时，凝结水泵入口管路的沿程阻力损失h f 为0.057m ，局部阻力损失h j 为0.68m （截止阀损失0.49m ，管件损失0.19m ），水泵的汽蚀余量⊿h min 为1.34m ，则：

h f + h j +⊿h mi

=0.057m+0.68m+1.34m=2.077m

水泵中心线到热水井的正常水位的距离为：

H g =1.272m+1.2m-0.33m=2.142m ＞2.077m 。

发电量在7.8MW （凝结水量39.5t/h ）时，凝结水泵入口管路的沿程阻力损失h f 为0.062m ，局部阻力损失h j 为0.735m （截止阀损失0.525m ，管件损失0.21m ），水泵的汽蚀余量⊿h min 为1.35m ，则：

h f +h j +⊿h min

=0.062+0.735m+1.35m=2.147m ＞H g

从计算结果可以看出，发电量在7.5MW 以下时，水柱的压头克服阻力损失后 ，剩余水头大于凝结水泵的气蚀余量，凝结水泵能够正常