煙氣化工脫硝蝶閥設計 煙道蝶閥的設計與應用 煙氣化工脫硝蝶閥設計 煙氣化工脫硝蝶閥安裝 煙氣化工脫硝電動蝶閥設計   煙氣化工脫硝氣動蝶閥設計 煙氣化工脫硝手動蝶閥設計
1 煙氣化工脫硝蝶閥設計概述
之前介紹JIS日標不銹鋼截止閥標準，現在介紹在鎳熔煉系統及配套的煙氣化工產品管網中，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≤0.3%的干精礦。煙氣制酸裝置主要包括凈、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。
通風蝶閥應用于化工、建材、電站、玻璃等行業中的通風、環保工程的含塵冷風或熱風氣體管道中，作為氣體介質調節流量或切斷的管道控制裝置。本類閥門在管道中一般應當水平安裝。
手動通風蝶閥處 于*開啟位置時，手動通風蝶板厚度是介質流經閥體時*的阻力，因此通過該閥門所產生的壓力降很小，故具有較好的流量控制特性。蝶閥有彈密封和金屬的密 封兩種密封型式。彈性密封閥門，密封圈可以鑲嵌在閥體上或附在蝶板周邊。
手動通風蝶閥風采用金屬密封的閥門一般比彈性密封的閥門壽命長，但很難做到*密封。金屬密封能適應較高的工作溫度，彈性密封則具有受溫度限制的缺陷。

2 性能分析
按文獻（1）的規定，法蘭和對夾連接的截流和調節流量用煙道蝶閥（圖1）適用于公稱壓力≤PN016MPa、公稱通徑≤DN3000mm、溫度≤450℃、介質為空氣、含塵煙氣和工業煤氣等。煙道蝶閥適用于在規定范圍內調節流量和截流。
通風蝶閥由電動機帶動驅動執行機構，使碟板在90°范圍內自由轉動以達到啟閉或調節介質流量的目的。目前,襯氟蝶閥,襯膠蝶閥作為一種用來實現管路系統通斷及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金、水電等許多領域中得到極為廣泛地應用。通風蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在通風蝶閥閥體圓柱形通道內，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉，旋轉角度為0°-90°之間，旋轉到90°時，閥門則處于全開狀態。通風蝶閥結構簡單、體積小、重量輕，只由少數幾個零件組成。而且只需旋轉90°即可快速啟閉，操作簡單，同時該閥門具有良好的流體控制特性。通風蝶閥處于*開啟位置時，蝶板厚度是介質流經閥體時*的阻力，硬密封通風蝶閥因此通過該閥門所產生的壓力降很小，故具有較好的流量控制特性。通風蝶閥有彈密封和金屬的密封兩種密封型式。彈性密封閥門，密封圈可以鑲嵌在閥體上或附在蝶板周邊。
煙道蝶閥與金屬密封蝶閥（2）相比較，在閥門的使用條件、結構和技術要求、泄漏率及其檢驗與試驗方法等方面均有所不同。金屬密封蝶閥zui低標準E級氣體zui大允許泄漏率為200×DN（mm3/s）。煙道蝶閥zui高標準*氣體zui大允許泄漏率為

式中L0———zui大允許泄漏率，Nm3/h。
K———*泄漏系數

DN———蝶閥公稱通徑，mm
P———試驗壓力，MPa。
從以上標準要求和計算公式分析，煙道蝶閥*泄漏率標準明顯大于金屬密封蝶閥E級泄漏率標準。以DN1200口徑的蝶閥為例，金屬密封蝶閥E級標準zui大允許泄漏率為

煙道蝶閥*標準zui大允許泄漏率為（按0.6MPa公稱壓力）
1．NOx的生成機理

NOx生成機理主要有燃料型、熱力型及快速型三種。燃料型NOx約占總NOx的80-90%；其次是熱力型，主要是由于爐內局部高溫造成，也可采用適當措施加時控制；快速型NOx生成量很少。

（1）燃料型NOx

燃料型NOx是由化學地結合在燃料中的雜環氮化物熱分解，并與氧化合而生成的NOx，其生成量與燃料中氮的含量有很大關系，當燃燒中氮的含量超過0.1％時，結合在燃料的氮轉化為NOx的量占主要地位，如煤的含氮量一般為0.5～2.5％；燃料NOx的形成可占生成總量的60％以上，燃料氮轉化為NOx量主要取決于空氣過剩系數，空氣過剩系數降低，NOx的生成量也降低，這是因為在缺氧狀態下，燃料中揮發出來的氮與碳、氫競爭不足的氧，由于氮缺乏競爭能力，而減少了NOx的形成。

（2）熱力型NOx

熱力型NOx的生成機理是高溫下空氣的N2氧化形成NO，其主成速度與燃燒溫度有很大關系，當燃燒溫度低于1400℃時熱力NOx生成速度較慢，當溫度高于1400℃反應明顯加快，根據阿累尼烏斯定律，反應速度按指數規律增加。這說明，在實際爐內溫度分別不均勻的情況下，局部高溫的地方會生成很多的NOx，并會對整個爐內的NOx生成量起決定性影響。熱力NOx的生成量則與空氣過剩系數有很大關系，氧濃度增加，NOx生成量也增加。當出現15％的過量空氣時，NOx生成量達到zui大，當過量空氣超過15％時，由于燃料被稀釋，燃燒溫度下降，反而會導致NOx生成減少。熱力NOx的生成還與煙氣在高溫區的停留時間有關，停留時間越長，NOx越多，這是因為在爐膛燃燒溫度下，NOx的生成反應還未達到平衡，因而NOx的生成量將隨煙氣在高溫區的停留時間增長而增加。

（3）快速型NOx

快速NOx是1971年Fenimore根據碳氫燃料預混火焰的軸向NOx分布實驗結果提出的，是燃料在燃燒過程中碳氫化合物分解的中間產物N2反應生成的氮氧化合物，其生成速度極快，主要在火焰面上形成，且生成量較小，一般在5％以下，其主要反應如下：在溫度低于2000K（1727℃）時，NOx主成主要通過CH-N2反應，在不含氮的碳氫燃料低溫燃燒時，需重點考慮快速NOx的生成。

煙氣脫硝主要工藝

在煙氣凈化技術上控制NOx排放，目前主要方法有選擇性非催化還原SNCR、選擇性催化還原SCR、低氮燃燒技術和電子束照射法、臭氧氧化法、吸附法、氧化吸收法等。其中，選擇性非催化還原SNCR、選擇性催化還原SCR，低氮燃燒，臭氧氧化法等技術已商業化。
由計算式分析，煙道蝶閥與金屬密封蝶閥在結構設計和檢驗方法上有區別，煙道蝶閥密封性要求明顯低于金屬密封蝶閥，其調節特性與金屬密封蝶閥相似。
3 結構特性
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥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。
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（圖2），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。
通風蝶閥由電動機帶動驅動執行機構，使碟板在90°范圍內自由轉動以達到啟閉或調節介質流量的目的。目前,襯氟蝶閥,襯膠蝶閥作為一種用來實現管路系統通斷及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金、水電等許多領域中得到極為廣泛地應用。
通風蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在通風蝶閥閥體圓柱形通道內，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉，旋轉角度為0°-90°之間，旋轉到90°時，閥門則處于全開狀態。通風蝶閥結構簡單、體積小、重量輕，只由少數幾個零件組成。而且只需旋轉90°即可快速啟閉，操作簡單，同時該閥門具有良好的流體控制特性。通風蝶閥處于*開啟位置時，蝶板厚度是介質流經閥體時*的阻力，硬密封通風蝶閥因此通過該閥門所產生的壓力降很小，故具有較好的流量控制特性。通風蝶閥有彈密封和金屬的密封兩種密封型式。彈性密封閥門，密封圈可以鑲嵌在閥體上或附在蝶板周邊。

4 安裝
煙道蝶閥的結構設計應結合閥門的工況使用條件。在溫度較高含塵量大的熔煉工況條件下，煙道蝶閥的設計可采用平面斜板式結構。該結構的蝶板與閥體之間留有間隙，其間隙值依據閥門口徑和工況使用條件確定，一般控制在其通道面積的0.5%以內，可以滿足煙道蝶閥安裝和工況溫度變化及熔煉工藝要求。在溫度較高和含塵量較小的制酸工況條件下，煙道蝶閥的設計可采用垂直板式結構。該結構密封面加工容易，其密封面間隙值控制在通道面積的0.2%以內。閥體、蝶板密封副尺寸精度可通過機械加工達到設計要求。對于溫度高、壓力低及密封要求嚴格的工況，煙道蝶閥設計采用杠桿式平面結構。該密封副配制和蝶板運行軌跡可滿足高密封性能的管網設備工藝要求。煙道蝶閥主體密封依據不同工況選用不同結構，有利于閥門生產和工況使用。煙道蝶閥軸端結構設計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，加裝隔熱套都能有效遠離高溫環境對傳動裝置的影響，保證閥門正常工作。大口徑煙道蝶閥的閥體和蝶板應依據工況要求采用鑄造或焊接形式，均應配置筋板，選擇合理的工藝方案和材料，以提高產品的剛性，防止產品變形。
煙道蝶閥在管網中的安裝位置和管網布局對閥門的使用也有影響，煙塵大的管道在閥門開啟端或閥門連接轉角處設計封閉型漏斗，定期除灰可防灰塵堆積過多，以利于蝶板的轉動。煙道蝶閥安裝還應注意幾個問題，①使用金屬墊圈必須保證負荷均勻，避免因溫度和自重的影響或焊接產生的應力給閥門帶來附加壓力，使閥門法蘭及管道變形。②閥門安裝在較長管道的地方時，應安裝支承架。③閥門安裝應注意介質流向，使蝶板的開啟方向與管道介質流向一致，有利于介質流速的自清灰作用。④加強管網整體保溫層的防護，使管壁溫度在露點以上，可以減少低溫粘結性粉塵積灰。如果管壁溫度高于煙氣的酸露點，可以避免酸汽在受熱管壁上的結露，控制三氧化硫的生成率，則閥門使用效果會更好。
煙道蝶閥的安裝位置隨著管道的設計有橫向、豎向及彎角等不同位置，一般豎管安裝煙道蝶閥使用效果較好，不易積灰，橫管次之，彎角處效果zui差。閥門進出口兩側轉彎處zui易形成偏流和灰堵，閥門操作力矩將有所增大。

5 結語
煙道蝶閥結構簡單，體積小、質量輕，一般使用于溫度高工作壓力低的場所。煙道蝶閥設計結構與工況使用條件有很大的關系，具體結構應根據工況條件而定。從使用情況分析，作為調節型控制閥門，就主體密封結構而言，無論垂直板式還是斜板式結構，一般閥體有密封圈結構優于無密封圈的通徑密封結構。對于熔煉工況條件，煙氣溫度高含塵量大，易選用斜板式平面密封結構。精煉及化工制酸工況相對溫度和含塵量較低可選用閥體有密封圈結構的平面垂直板式密封結構。對于煉化設備密封要求嚴，溫度高的工況，則選用杠桿式平面密封結構。煙道蝶閥軸端結構，以組合外置式支撐結構較為合理。煙道蝶閥在工況使用中溫度變化產生熱卡阻和管壁粉塵粘結及管道灰堵是影響煙道蝶閥正常啟閉的主要原因。

參考文獻與本文相關的產品有不銹鋼波紋管密封安全閥
（1）JB/T8692-1998。煙道蝶閥（S）。
（2）JB/T8527-1997。金屬密封蝶閥（S）。