余熱發(fā)電高溫?zé)煹篱y設(shè)計(jì)選型
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關(guān)健詞：鐵合金行業(yè) 余熱發(fā)電高溫?zé)煔忾y煙道蝶閥 高溫?zé)煹篱y門
5月5日剛剛發(fā)布的《*關(guān)于進(jìn)一步加大工作力度確保實(shí)現(xiàn)“十一五”節(jié)能減排目標(biāo)的通知》要求中指出，要實(shí)現(xiàn)“十一五”單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右的目標(biāo)。加快實(shí)施節(jié)能減排重點(diǎn)工程，支持重點(diǎn)節(jié)能工程建設(shè)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、淘汰落后產(chǎn)能、城鎮(zhèn)污水垃圾處理、重點(diǎn)流域水污染治理，以及節(jié)能環(huán)保能力建設(shè)等，形成年節(jié)能能力8000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。溫總理說，要確保實(shí)現(xiàn)“十一五”節(jié)能減排目標(biāo)。我們國家是世界上鐵合金生產(chǎn)大國，同時(shí)也是能源非常緊缺的國家。企業(yè)間的競爭也是日益激烈，節(jié)能減排和科技創(chuàng)新是企業(yè)能夠發(fā)展的一個重要途徑。鐵合金行業(yè)是耗能大戶，因此利用余熱發(fā)電則是節(jié)能減排的zui有效辦法。我公司作為早致力于水泥余熱發(fā)電煙道閥門產(chǎn)品研發(fā)、制造、銷售為一體的專業(yè)化企業(yè)，在這幾年來成功為水泥、化工、鋼鐵、玻璃等行業(yè)近百條生產(chǎn)線余熱發(fā)電提供的高溫?zé)煔忾y門，為節(jié)能減排做出了貢獻(xiàn)。鐵合金余熱發(fā)電是我國新興的余熱發(fā)電項(xiàng)目，增強(qiáng)余熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備可靠性對于提高余熱發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)率和余熱回收效率至關(guān)重要，也是設(shè)計(jì)者和業(yè)主所共同關(guān)注的問題。高溫?zé)煹缽U氣閥門作為余熱發(fā)電與生產(chǎn)線連接的關(guān)鍵輔機(jī)設(shè)備之一，直接關(guān)系到整個余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行效率和可靠性，也是企業(yè)提高余熱發(fā)電效益，降低生產(chǎn)成本的有效措施。
下面我從鐵合金余熱電項(xiàng)目中使用的高溫?zé)煹篱y門的工況特性等角度介紹,提供給大家作為煙氣閥門的選型、設(shè)計(jì)制造、安裝使用參考。
一、余熱電站高溫?zé)煹篱y門工況
二、硅鐵爐煙氣中粉塵的化學(xué)成分
| 粉塵種類 | CaO | C | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | Mg0 | 其它 |
| 百分比（%） | 2.0 | 3.5 | 82 | 2 | 1.5 | 0.91 | 8.09 |
從上表可以看出硅鐵爐煙氣中粉塵的化學(xué)成分75%是硅鐵。
硅鐵爐煙氣中粉塵的粒徑分布
| 粒徑μm | 0～0.1 | 0.1～0.5 | 0..5～10 | 1～10 | >10 |
| 百分比% | 11.3 | 61.5 | 14.2 | 8.6 | 2.3 |
從上表可以看出煙塵中的灰塵屬飛灰，粒度較小，煙塵粒度（小于2μm 77%；2-5μm 18%； 5-10μm 3% ；大于10μm 2%）。煙氣灰塵含量8—20 g/m3。
硅鐵爐煙氣中粉塵的化學(xué)成分75%是硅鐵，硅系鐵合金冶煉煙氣中主要粉體成分是二氧化硅微粉。而微硅粉屬于水硬性粉塵，一接觸水份便會發(fā)生化學(xué)變化形成硅酸鹽，產(chǎn)生硬化、結(jié)塊、膨脹等現(xiàn)象。同時(shí)粉塵特別細(xì)，平均料徑在0.1—0.2um之間，吸附力特別強(qiáng)。鐵合金礦熱爐煙氣在礦石和焦碳在電爐中冶煉時(shí)形成。它的溫度隨加料出料工藝存在波動，一般在300—700℃范圍。
二、高溫煙道閥門的設(shè)計(jì)選型
根據(jù)鐵合金煙氣的工況條件，一般閥門容易產(chǎn)生卡死熱變形、閥門閥板和管壁粉塵粘結(jié)及管道灰堵，導(dǎo)致閥門不能正常啟閉，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，我們針對鐵合金發(fā)電的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)煙氣閥門。
煙道蝶閥主要用于煙氣的切斷或調(diào)節(jié)介質(zhì)目的，當(dāng)該閥作為調(diào)節(jié)使用的煙道蝶閥在選型時(shí)應(yīng)該滿足一下條件；從蝶閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知：在開啟角小于10°時(shí)，由于閥板由一定厚度，其流通截面的變化幾乎等于零；開啟角大于70°時(shí)，由于閥的轂部（即軸和軸套）由一定厚度，其相對流量的變化很小，已起不到多少調(diào)節(jié)的作用了；在開啟角達(dá)到73°時(shí)，其旋轉(zhuǎn)的作用力矩達(dá)到zui大值，甚至使閥顫動而不能穩(wěn)定，所以，一般都以25°~70°作為蝶閥的有效工作范圍。在確定閥徑的計(jì)算中，常選用蝶閥的zui大流量開度為60°這是因?yàn)榈y的特性在60°以內(nèi)是近似等百分比特性，超過60°，特性就改變了。為了使用這一段等百分比工作特性，推薦取zui大流量時(shí)蝶閥開啟角度為60°，但是，為充分利用閥的流通能力，也可以選70°zui為zui大開啟角，這樣在設(shè)備選用上比較經(jīng)濟(jì)。
同時(shí)在選型應(yīng)該考慮zui小的流量不能小于20°~25°，這樣這樣選取閥徑可以保留一定的工況生產(chǎn)的需要，以滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。
在考慮閥門的使用溫度時(shí)，應(yīng)該要充分考慮瞬間的溫度對閥門的閥門材質(zhì)的影響，同時(shí)要充分考慮瞬間的具體時(shí)間概念，在條件允許的情況下應(yīng)該要高于使用溫度150°作為對閥門的使用溫度要求。確保閥門在高溫情況下的塑性變形不會對閥門的影響。
蝶閥計(jì)算當(dāng)量截面法，（當(dāng)量截面法的計(jì)算公式）
在一定條件（壓力、溫度、密度和壓降）之下，流過閥門的流量與閥的開啟截面積成正比。如算出在zui大流量下，閥可能的zui大開啟截面，就可求得應(yīng)選的閥徑。這個方法稱為：“當(dāng)量截面法”。
當(dāng)量截面法的實(shí)用流量公式從閥徑計(jì)算的基本公式推導(dǎo)而得。又
（1）
D的單位由（m）換成（cm），的單位由（）換成（）
則得
（） （2）
式中 ——容積流量
——流束膨脹系數(shù)
——蝶閥閥板直徑，
——閥兩端的壓降，
——介質(zhì)密度，
系數(shù)——
變換公式（2）可得
（3）
式中叫做閥板直徑為D的蝶閥在一起開啟下“當(dāng)量截面”其中為流量系數(shù)，m為相對流通截面，求的值，在一定開啟角下，就可決定需用的閥徑D。
煙道蝶閥的設(shè)計(jì)：
高溫?zé)煔忾y門與其它煙氣閥門不同，其閥的結(jié)構(gòu)及閥內(nèi)件有很大的差異，如導(dǎo)向間隙、閥板轉(zhuǎn)動間隙軸承方式等。除了從設(shè)計(jì)制造方面控制外，還要針對高溫條件下的各種物理性能、機(jī)械性能發(fā)生變化，分析材料的機(jī)械性熱脹冷縮、材質(zhì)在高溫情況下的不同變形等對閥門使用性能的影響。高溫?zé)煔忾y門主要起截流或調(diào)節(jié)流量的作用, 特別是大口徑閥門, 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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮環(huán)境因素的影響。根據(jù)上述介紹的使用工況條件，由于煙氣中的微硅粉屬于水硬性粉塵，一接觸水份便會發(fā)生化學(xué)變化形成硅酸鹽，產(chǎn)生硬化、結(jié)塊、膨脹等現(xiàn)象，粉塵特別細(xì)。由于粉塵對閥門的使用影響是非常大，它容易產(chǎn)生閥門閥板和管壁粉塵粘結(jié)造成閥板卡死，粉塵容易進(jìn)入閥軸和滑動軸承之間，使之卡死閥軸，導(dǎo)致閥門不能正常啟閉影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，在該場合使用的煙道閥門不同于一般火電廠風(fēng)門和除塵系統(tǒng)上使用的閥門，它們主要是風(fēng)量的調(diào)節(jié)，不存在閥板高溫變形和粉塵吸附等問題，材質(zhì)一般采用Q235鋼板焊接，而且厚度很薄，大多在6mm一下，泄漏率要求也不高。
鐵合金余熱發(fā)電系統(tǒng)煙氣溫度高（300—900℃），并含有大量粉塵，如在余熱發(fā)電也同樣采用此閥門，勢必造成閥板變形，出現(xiàn)閥板卡死，旁路泄漏大，浪費(fèi)了大量廢氣資源，同時(shí)無法調(diào)節(jié)進(jìn)余熱鍋爐的煙氣量。因此閥板在設(shè)計(jì)是要充分考慮機(jī)械強(qiáng)度，我們閥板厚度一般設(shè)計(jì)在15mm（口徑大時(shí)加厚），保證閥板不受高溫產(chǎn)生變形。采用徑向密封應(yīng)用過程中受溫度影響易產(chǎn)生熱卡阻，影響閥門的啟閉；通常無密封圈的通徑密封結(jié)構(gòu)，在受熱變形或管道稍微積灰的情況下不能啟閉。因此，在高溫?zé)煔忾y門中應(yīng)設(shè)計(jì)閥體有密封圈結(jié)構(gòu)。蝶板外徑可以小于閥體通徑，在閥體對應(yīng)兩側(cè)加副密封，以減少閥門的泄漏率，同時(shí)即使閥門內(nèi)腔管壁有粘結(jié)也能方便開啟。閥體外部和閥板設(shè)置合適的加強(qiáng)筋，增加閥門的機(jī)械強(qiáng)度，保證閥門受熱不變形。同時(shí)在葉片與葉片之間設(shè)置密封條，使閥門的泄漏率得到有效的控制。特別是旁路閥漏風(fēng)對發(fā)電量影響很大，旁路閥門泄漏率大了，降低煙氣的品質(zhì)，造成余熱爐出力不足，降低了發(fā)電量。當(dāng)鍋爐故障維修時(shí)，打開旁路閥關(guān)閉進(jìn)口閥，進(jìn)口閥主要性能是切斷性能，關(guān)閉時(shí)的密封性能好，切斷該閥后，檢修不受影響，才能而且保證檢修的安全性。所以，在閥門設(shè)計(jì)和制造過程中要根據(jù)不同使用位置不同的工況確定的閥門的主要功能，保證其滿足現(xiàn)場運(yùn)行的需要。同時(shí)我們在閥門閥體適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置吹灰口，運(yùn)行一段時(shí)間后，可以接入壓縮空氣，把吸附在閥板和管壁粉塵吹落。
除以上說說的，高溫?zé)煔忾y門還必須注意以下的幾個問題：
1、閥軸端結(jié)構(gòu)采用具有隔熱和密封效果優(yōu)良的外置式支撐結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)閥門二軸端先密封后支撐，便于調(diào)節(jié)的功能，不會產(chǎn)生軸端卡阻。在直連式或曲柄連桿機(jī)構(gòu)與傳動機(jī)構(gòu)連接時(shí)，加長閥軸長度，加裝隔熱套，能有效遠(yuǎn)離高溫環(huán)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(qiáng)度有則嚴(yán)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(jié)構(gòu)都是非常重要的，
3、控制閥門動作的電動執(zhí)行器不易采用直接連接方式，應(yīng)該采用閥軸上的曲柄和電動執(zhí)行器上的曲柄再通過連桿帶動閥門旋轉(zhuǎn)，這樣可以方便檢修同時(shí)能降低閥體對電動執(zhí)行器的熱傳遞。
4、硅系鐵合金冶煉煙氣中粉塵特別細(xì)，吸附力強(qiáng)，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(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置吹灰口，運(yùn)行一段時(shí)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(shí)要求安裝時(shí)應(yīng)在閥門開啟端或閥門連接轉(zhuǎn)角處設(shè)計(jì)封閉型漏斗，當(dāng)管道積灰嚴(yán)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(hù)了執(zhí)行機(jī)構(gòu)不因?yàn)殚y門積灰產(chǎn)生過力矩或燒壞電機(jī)，使閥門正常運(yùn)行。
三、安裝煙道閥門時(shí)必須要注意一下事項(xiàng)
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(qiáng)度比較差，在溫度的變化，產(chǎn)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(chǎn)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(qiáng)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(shí)，由于電動執(zhí)行器對環(huán)境溫度有一點(diǎn)的要求，溫度直接影響電動執(zhí)行器的使用壽命，對電動執(zhí)行器來說，它的溫度來自3方面1是環(huán)境溫度，2是熱傳遞，3是熱輻射，由于環(huán)境溫度沒有辦法解決，但熱傳遞我們一般在閥門設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)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(zhí)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(shí)，同時(shí)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(nèi)大約閥門三分之一多口徑的管道里加焊梅花筋，加強(qiáng)管道的機(jī)械性能，避免因管道變形，導(dǎo)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(zhuǎn)動。
7、閥門安裝好了應(yīng)該檢查閥門內(nèi)腔和兩邊管道內(nèi)是否有雜物或焊渣和鋼筋，發(fā)現(xiàn)及時(shí)清理，以免影響閥門的正常啟閉。平時(shí)有發(fā)現(xiàn)安裝閥門時(shí)，為了使吊裝時(shí)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(diào)試時(shí)才發(fā)現(xiàn)閥板不能打開。
鐵合金余熱發(fā)電系統(tǒng)用高溫?zé)煔忾y門作為電站系統(tǒng)的輔機(jī)設(shè)備，在數(shù)量上、價(jià)值上雖然很小，但對余熱發(fā)電系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要，其發(fā)揮的作用不是其數(shù)量或價(jià)值比例所決定的。鑒于此，用戶需就鐵合金余熱發(fā)電工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行正確選型。
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