高溫煙道蝶閥選型

                      上海申弘閥門有限公司

之前介紹截止閥型號含義，現在介紹高溫煙道蝶閥選型增強余熱發電系統設備可靠性對于提高提高余熱發電運轉率和余熱回收效率至關重要，也是設計者和業主所共同關注的。高溫煙道廢氣閥門作為純低溫余熱發電與水泥生產線連接的關鍵輔機設備之一，直接關系到整個余熱發電系統運行效率和可靠性，也是水泥企業提高余熱發電效益，降低生產成本的有效措施。筆者從余熱電站高溫煙道閥門的設計、制造、使用等角度闡述水泥窯余熱發電系統的煙氣閥門選型。 
1. 水泥窯余熱發電系統高溫煙道閥門選型重要性 
隨著國家節能產業政策的落實，水泥窯余熱發電建設如火如荼，水泥窯余熱發電系統高溫煙道閥門也不斷為適應水泥窯發電技術的進步而得到長足發展。 水泥窯余熱發電系統高溫煙道閥門不同于一般火電廠風閥，火電廠風閥一般在室內安裝，工作介質一般是潔凈的空氣，閥門的作用主要是風量的調節，不存在閥板高溫變形和粉塵磨損的問題閥門，材質一般采用Q235鋼板焊接，而且厚度很薄，大多在6mm一下，泄漏率要求比較高。水泥窯余熱發電系統煙氣溫度高（350～450℃），并含有大量粉塵、速度高、負壓大，特別是窯尾含塵量達到80mg以上、負壓7000Pa。如在余熱發電也同樣采用此閥門，勢必造成閥板變形，出現閥板卡死，旁路泄漏大，浪費了大量廢氣資源，流量無法調節。 
就水泥窯余熱發電系統本身，閥門的泄漏量也關系到余熱電站的發電量。就SP旁路閥門的漏風對發電量影響很大，旁路閥門每漏風1%，發電量下降0.6%，因此必須嚴格控制，設計要求旁路閥漏風率為1%，zui大不應超過1.5%，但實際情況遠遠大于1.5%，甚至達到5%。AQC爐也一樣，旁路閥門泄漏率大了，同樣也能降低煙氣的品質，造成AQC爐出力不足 
但是隨著水泥窯余熱發電閥門供應市場競爭日趨激烈，作為非標產品，高溫煙道閥門產品質量良莠不齊。高溫閥門的閥體材質和閥板厚度不盡相同，有些高溫閥門閥體和閥板厚度刻意減薄、甚至有些閥軸也是采用20#材質，時間長了出現銹死。如在余熱發電也同樣采用此閥門，勢必造成閥板變形，出現閥板卡死和漏風流量無法調節，浪費了大量廢氣資源。由于廢氣閥門的位置和生產運輸的特殊性，決定了更換閥門所付出的代價特別高。由于閥門口徑特別大，生產制造周期比較長，運輸超寬，運費特別高，運輸時間長，給業主增加了成本。特別是SP爐進口閥和旁路閥，安裝位置高，更換一個閥門的安裝費用就等于閥門本身的價錢，如果再加上電站不能正常運行所造成的損失，那就未免太大了啊。煙道蝶閥主要用于調節處理來自火法冶煉產生的煙氣(如閃速爐、轉爐、銅合成爐、富氧頂吹熔煉爐或貧化爐產生的煙氣) 。精礦干燥是熔煉系統中物料制備的主要工序之一, 該工藝流程是將來自選礦含水8 %～10 %的濕精礦和煤粉燃燒產生的熱煤氣混合, 經過“三段式”氣流干燥至含水≤013 %的干精礦。煙氣制酸裝置主要包括凈化、轉化、干吸和酸庫等單元。熔煉產生的煙氣和制酸所用煙氣溫度較高且催化劑粉塵較大, 對管道閥門有腐蝕和阻滯作用。熔煉和制酸管網用煙道蝶閥應根據其使用工況條件進行結構設計, 避免由于熱變形和閥門管壁粉塵粘結及管道灰堵使得煙道蝶閥不能正常啟閉, 影響冶煉化工設備的正常運行。

高溫煙道蝶閥選型煙道蝶閥結構特性
從標準規定和實際使用情況分析, 煙道蝶閥用于介質的截斷或者調節時, 其密封性能要求與金屬密封蝶閥有一定的差別。作為管網含塵煙氣控制設備, 處于關閉位置仍留有一定間隙不會影響管路開度調節達到爐壓的自動控制。煙道蝶閥與金屬密封蝶閥流體特性相似, 蝶閥開度與流量之間的關系基本上呈線性比例關系。如果用以控制流量, 其流量特性與配套管路的流阻系數有密切關系。如兩條管道安裝閥門口徑和形式*相同, 而管道損失系數不同, 閥門的流量差別就會相差很大。如果閥門處于節流幅度較大的狀態, 蝶板處于中間開度時, 關閉過程中, 蝶板上下兩側可以形成*不同的狀態, 一側蝶板前端順介質流向而動, 另一側則逆介質流向而動。因此, 一側閥體與蝶板形成似噴嘴形開口, 另一側則類似節流孔形開口, 噴嘴側比節流側流速快的多, 而節流側一面往往會產生負壓, 所以煙道蝶閥水平安裝時應將噴嘴側放在管道的下部, 可以避免管道閥門連接處灰堵現象的發生。
蝶閥蝶板結構
煙道蝶閥主要起截流和調節流量的作用, 特別是大口徑蝶閥, 工況條件影響閥門的變形因素較多且變形量不易控制, 所以結構設計應考慮環境因素的影響。煙道蝶閥徑向密封與金屬密封蝶閥結構相似, 應用過程中受溫度影響易產生熱卡阻, 影響閥門的啟閉。

煙道蝶閥密封形式以平面密封較為理想, 可以設計成垂直板或斜板式結構(如上圖 ) , 閥體、蝶板以側平面為密封副。蝶板外徑可以小于閥體通徑, 即使閥門內腔管壁有粘結也能方便開啟。管道變形對閥門主體密封性能影響沒有徑向密封效果明顯。該結構閥體密封面的對稱度要求較高, 特別是斜板式結構其閥體密封側平面在普通機械設備上難以加工, 必須安排合理的工藝才能使裝配精度達到理想的密封效果。平面密封結構如果采用杠桿式, 無論垂直板還是斜板結構都可解決密封平面在加工過程中存在的問題。該結構有許多優點, 杠桿結構閥門密封面為側平面密封, 不會產生徑向卡阻。另外, 閥體和蝶板密封側平面為連續的平面整體加工, 蝶板外徑設計小于閥體通徑。蝶板關閉過程先轉動后平動密封面越壓越緊, 開啟過程蝶板先平動后轉動, 也不會產生卡阻。煙道蝶閥一般在壓力低、溫度高的環境條件下工作, 不會影響閥門啟閉。

2. 高溫煙氣閥門選型 

2.1 AQC爐閥門

2.1.1 AQC爐進口閥 
篦冷機進口閥，該閥設在篦冷機出風口于沉降室之間，開口在篦冷機中部靠前，作為調節篦冷機出風口煙氣量，該閥門是確保生產線和AQC爐正常運行的關鍵設備。因此要求該閥調節性能好，動作可靠。余熱發電一般在篦冷機中部靠前抽風，設計正常時溫度為300-360℃，zui高時達到450℃以上，同時出篦冷機氣體介質中含有不大于30mg/m3（標態）的熟料粉塵濃度，速度一般在8-15m/s，對該閥的閥板沖刷量非常大，因此要求該閥的閥板能在高溫下耐磨性能好，提高閥門的使用壽命。 
該閥根據實際情況有的選擇圓形有的選擇方形的，這里的溫度是很不穩定的，很多設計院根據理論上的計算，zui高溫度定在≤450℃，但實際運行中很多時間都是超過的，篦冷機料床的厚薄直接影響到廢氣的溫度變化,據不少用戶反映，這里的溫度都是長時間在450左右，有時溫度在650℃左右，而且能維持20分鐘左右。設計溫度一般在≤450℃的閥板都采用16Mn或20鍋材質，在≥600℃的閥板都采用304不銹鋼材質，這兩種材質的閥板在高溫下機械性能幾乎沒有了，更談不上耐磨性能好了。就我們到現場走訪和用戶的反饋，在溫度不超過設計范圍的時候，一般使用壽命在一到兩年之間，如果溫度超過設計范圍，使用壽命zui多半年。由于這個地方廢氣溫度高腐蝕性大，熟料顆粒對閥板沖刷厲害，因此，閥板必需采用焊高強度龜夾網打注具有高溫結構強度高、高溫蠕變率低、熱膨脹小、抗化學侵蝕性強、抗熱震等優點的澆注料，經過高溫烘烤處理，閥板具有較強的抗高溫和耐磨特性，可以大大的延長閥板的使用壽命。 
結構形式：百葉式 連接形式：對焊、法蘭 
泄漏率：百葉式（泄漏率：1.5%-2%） 適合介質壓力：0.1Mpa 
閥體材質：20#鍋爐鋼襯保溫層和耐高溫耐磨澆注料 
閥板材質：≤ 450℃20#鍋爐鋼襯耐高溫耐磨澆注料，≥ 450℃304不銹鋼襯耐高溫耐磨澆注料 閥軸材質：2Cr13，304不銹鋼 
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥但這里必須強調注意的是，管道有內襯澆注料的，需要給閥門廠家注明澆注料的厚度，以免閥門裝上后閥板碰到管道的澆注料而打不開。閥門的閥體應該打上和管道同樣厚度的保溫層和耐磨澆注料，這樣做的好處是氣流不會產生紊流，避免對廢氣對閥體和閥板產生更大的沖刷，而且由于保溫層和耐磨澆注料使得閥體受熱溫度大大降低，閥體因此而不受高溫而降低機械強度。

2.1.2 AQC爐旁路閥與冷風閥 
AQC鍋爐旁路閥，設在篦冷機尾部的煙氣到電除塵之間，冷風閥設在沉降室前用于進冷風。窯頭余風溫度波動較大(180℃～500℃)，波動周期短，旁路調節閥頻繁動作,當窯頭產汽量太大時,過熱蒸汽溫度下降,開啟旁路調節閥，以減少入窯頭鍋爐的煙氣量,保證系統穩定。AQC爐旁路廢氣雖然溫度不高，但含有30mg/m3（標態）的熟料粉塵顆粒濃度，對閥板磨損比較厲害，而且具有一定的腐蝕性，閥板受到沖刷與磨損后泄漏率增大，嚴重時閥板產生脫落，造成系統漏風嚴重，同樣造成AQC爐蒸發量的降低。當進口煙溫過高，通過冷風閥給沉降室加冷風，該閥不會出現磨損的情況，但泄漏率大了，同樣也能降低煙氣的品質。因此，這兩個閥門要求密封性能比較高。

1、閥軸端結構采用具有隔熱和密封效果優良的外置式支撐結構，可實現閥門二軸端先密封后支撐，便于調節的功能，不會產生軸端卡阻。在直連式或曲柄連桿機構與傳動機構連接時，加長閥軸長度，加裝隔熱套，能有效遠離高溫環境對傳動裝置的影響，保證閥門的正常工作。

2、煙氣溫度隨加料出料工藝存在波動，一般在300-900℃范圍。因此它對閥門的要強度有則嚴格的要求，防止金屬材料在高溫塑性變形積累和蠕變。因此閥板的厚度和焊接結構都是非常重要的，

3、控制閥門動作的電動執行器不易采用直接連接方式，應該采用閥軸上的曲柄和電動執行器上的曲柄再通過連桿帶動閥門旋轉，這樣可以方便檢修同時能降低閥體對電動執行器的熱傳遞。

4、硅系鐵合金冶煉煙氣中粉塵特別細，吸附力強，為了解決煙氣中的粉塵對閥門的使用影響，因此我們在閥門閥體適當的位置設置吹灰口，運行一段時間后，可以接入壓縮空氣，把吸附在閥板和管壁粉塵吹落。同時要求安裝時應在閥門開啟端或閥門連接轉角處設計封閉型漏斗，當管道積灰嚴重的情況下，打開卸灰口，卸掉積壓在管道的灰塵，然后再開啟閥門，這樣既保護了執行機構不因為閥門積灰產生過力矩或燒壞電機，使閥門正常運行。

三、安裝煙道閥門時必須要注意一下事項

1、閥軸必須要在水平位置，或則會使閥板單邊位移，使閥板和閥體卡死。2、由于管道一般強度比較差，在溫度的變化，產生變形，而管道變形不影響使用，但管道的變形會拉動閥體的變形，產生閥門變形而卡死，以此建議在閥門的周圍管道上增加加強圈，減少管道的變形對閥門的影響。

3、在高溫管道上安裝高溫蝶閥時，由于電動執行器對環境溫度有一點的要求，溫度直接影響電動執行器的使用壽命，對電動執行器來說，它的溫度來自3方面1是環境溫度，2是熱傳遞，3是熱輻射，由于環境溫度沒有辦法解決，但熱傳遞我們一般在閥門設計的時候應該給與充分的考慮，但熱輻射，是管道的保溫效果比較差造成，以此我們建議在電動執行器和管道之間增加隔熱板，充分利用空氣的來隔熱，效果是非常明顯的，也是zui有效的辦法。

4、對水平管道上安裝閥門時，同時閥門旁邊的管道允許的情況下，建議在管道下方開一個人孔，便于開孔清理粉塵。

5、由于煙氣管道壁厚薄，容易變形，因此在閥門兩端管道內大約閥門三分之一多口徑的管道里加焊梅花筋，加強管道的機械性能，避免因管道變形，導致閥門閥板打不開。

6、定期除灰以防止灰塵堆積過多，便于閥板的轉動。

7、閥門安裝好了應該檢查閥門內腔和兩邊管道內是否有雜物或焊渣和鋼筋，發現及時清理，以免影響閥門的正常啟閉。平時有發現安裝閥門時，為了使吊裝時閥板不會晃動，用鋼筋把閥板焊接固定，可把閥門裝好了，忘了拆除焊接的鋼筋，等到調試時才發現閥板不能打開。鐵合金余熱發電系統用高溫煙氣閥門作為電站系統的輔機設備，在數量上、價值上雖然很小，但對余熱發電系統的安全經濟運行至關重要，其發揮的作用不是其數量或價值比例所決定的。鑒于此，用戶需就鐵合金余熱發電工藝設計特點進行正確選型。與本文相關的產品有角式平衡型截止閥設計說明