燒結(jié)煙氣循環(huán)切換閥選型及技術(shù)要求

錢(qián) 明 白麗霞

（寧波鋼鐵有限公司 浙江寧波）

一、概述

環(huán)保節(jié)能一直是國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)追求的目標(biāo)，寧鋼首次在燒結(jié)系統(tǒng)上研制使用了燒結(jié)煙氣循環(huán)利用技術(shù)，燒結(jié)煙氣通過(guò)燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱支管輸送到煙氣循環(huán)和主煙道，通過(guò)控制支管之間的切換閥的開(kāi)閉，實(shí)現(xiàn)氣體流向的切換。燒結(jié)煙氣含粉塵量大、溫度高，部分區(qū)段還有一定濕度，對(duì)閥門(mén)的沖刷、腐蝕比較大，系統(tǒng)的風(fēng)量和負(fù)壓變化也較大，對(duì)閥門(mén)的沖擊較大，同時(shí)閥門(mén)切換頻繁，工況復(fù)雜，因此，閥門(mén)選型難度較大。合理選擇切換閥的結(jié)構(gòu)形式、準(zhǔn)確確定閥門(mén)的技術(shù)要求，對(duì)煙氣循環(huán)系統(tǒng)正常運(yùn)行非常關(guān)鍵。

二、煙氣循環(huán)切換閥的使用要求及工藝布置

煙氣循環(huán)切換閥用來(lái)切換燒結(jié)煙氣的流動(dòng)方向，正常生產(chǎn)時(shí)，煙氣循環(huán)管道暢通，燒結(jié)機(jī)產(chǎn)生的煙氣通過(guò)燒結(jié)機(jī)的風(fēng)箱支管，進(jìn)入煙氣循環(huán)管道，通過(guò)煙氣循環(huán)系統(tǒng)，完成煙氣處理、余熱回收的環(huán)節(jié)。煙氣循環(huán)系統(tǒng)檢修時(shí)，煙氣循環(huán)管道關(guān)閉，大煙道暢通，燒結(jié)煙氣通過(guò)燒結(jié)大煙道放空（圖1）。

圖1 煙氣循環(huán)切換閥布置

燒結(jié)機(jī)產(chǎn)生的煙氣溫度約為200～400℃，含有一定量的粉塵（6～10 g/m3），流動(dòng)的高溫?zé)煔鈱?duì)切換閥的閥板產(chǎn)生沖蝕，同時(shí)在閥門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程中還存在一定的負(fù)壓，對(duì)切換閥的開(kāi)關(guān)造成沖擊，此外，風(fēng)箱支管和煙氣循環(huán)管道和大煙道布置非常緊湊，安裝空間有限。因此要求切換閥耐高溫、耐磨、耐腐蝕，能夠承受一定的負(fù)壓（工作壓力為-18 000 Pa，耐壓-21 000 Pa），在滿足強(qiáng)度的前提下，盡量減少體積和自重，縮小安裝空間，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，要求閥門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)間≤10s。

三、煙氣循環(huán)三通切換閥結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求

1.氣體切換閥門(mén)結(jié)構(gòu)比較

（1）插板閥。通過(guò)插板的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣體管路的開(kāi)閉。這種閥門(mén)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造工藝成熟。而且直線式的插板閥可以使閥門(mén)盡量向上布置，接近風(fēng)箱支管、煙氣循環(huán)支管和大煙道支管的三通，保證閥門(mén)關(guān)閉處的直管內(nèi)積灰量最少。但由于閥板的密封面在開(kāi)閉時(shí)暴露在閥體外面，容易損壞，需要經(jīng)常更換密封。而且閥體外形尺寸大、設(shè)備重量重，要求操作空間也大，閥桿會(huì)伸出廠房外，還需要重做設(shè)備基礎(chǔ)，設(shè)備費(fèi)、施工費(fèi)高。

（2）扇形盲板閥。通過(guò)閥板的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)管路的開(kāi)閉，這種閥門(mén)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造工藝也相對(duì)成熟。但是也存在密封面容易損壞的問(wèn)題，而且這種閥門(mén)要求煙氣循環(huán)支管和大煙道支管之間的距離更大，使三通的尺寸變大，閥門(mén)距離三通也更遠(yuǎn)，增加了積灰量，費(fèi)用比插板閥更高。

（3）翻板閥。通過(guò)翻板的上下動(dòng)作實(shí)現(xiàn)氣體管路的開(kāi)閉，翻板閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，制造成本低，便于安裝和維護(hù)。翻板閥的結(jié)構(gòu)形式不容易積灰，可以盡量靠近三通的位置布置，大大減小三通的設(shè)備尺寸。缺點(diǎn)是密封性較差，工作時(shí)大煙道和煙氣循環(huán)管道之間容易相互串風(fēng)，在高溫、含塵量大的介質(zhì)中，翻板剛性不好，容易變形、卡住，無(wú)法實(shí)現(xiàn)切換的動(dòng)作。

2.煙氣循環(huán)三通切換閥結(jié)構(gòu)選擇

經(jīng)過(guò)分析和討論，現(xiàn)場(chǎng)空間工藝布置要求閥門(mén)連同三通總高度不能超過(guò)5.2 m，在安裝和操作空間制約較大的情況下，決定選擇體積最小、重量最輕、制造成本最低的翻板閥的形式，在傳統(tǒng)翻板閥的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，對(duì)翻板的材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)，使它達(dá)到耐高溫、耐磨、耐腐蝕、減少?zèng)_擊、保證漏風(fēng)率的要求。

兩個(gè)煙氣循環(huán)三通切換閥分別設(shè)置在煙氣循環(huán)、主煙道支管上，通過(guò)氣缸帶動(dòng)擺臂使閥軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)閥板作90°旋轉(zhuǎn)，使閥板與密封座接觸起到開(kāi)關(guān)閉合的作用。氣缸活塞伸出時(shí)，閥板關(guān)閉，0位時(shí)，閥板打開(kāi)。閥門(mén)氣動(dòng)裝置通過(guò)三通電磁閥進(jìn)行氣源的變換，當(dāng)一個(gè)閥門(mén)打開(kāi)的同時(shí)另一個(gè)閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖，保證煙氣循環(huán)、主煙道支管始終有一個(gè)支管處于開(kāi)啟狀態(tài)。閥門(mén)在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)通過(guò)氣缸頭部自鎖裝置將閥板在密封狀態(tài)時(shí)鎖定不動(dòng)，確保閥門(mén)密封狀態(tài)良好，另外閥門(mén)還帶有手動(dòng)裝置，只要將手輪旋轉(zhuǎn)也可以方便地打開(kāi)和關(guān)閉閥門(mén)。

3.煙氣循環(huán)切換閥技術(shù)要求

（1）三通管材料。由于燒結(jié)煙氣含塵濃度較高，介質(zhì)溫度在400℃左右，所以對(duì)三通管及閥門(mén)要求也比較高，殼體內(nèi)襯選用耐高溫、耐磨損材料制作，內(nèi)襯材料選用KmTBCr26,為便于安裝和更換，每個(gè)襯板為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，用螺栓固定在殼體上,為防止熱膨脹變形,每個(gè)襯板之間留有5

mm間隙，閥座及閥板密封材料選用耐高溫、耐腐蝕、耐磨的高鉻高鎳合金，為確保閥門(mén)整體使用壽命，閥門(mén)制造完畢后內(nèi)外表面全部采用噴丸除銹處理。

（2）閥門(mén)材料。閥體采用Q235-B，閥體內(nèi)部除了閥板背風(fēng)側(cè)外，其他3面均鑲嵌高鉻鑄鐵襯板，外殼和法蘭邊考慮防止熱膨脹變形，在適當(dāng)位置加設(shè)加強(qiáng)筋。閥體外側(cè)與擺臂之間增加彈簧緩沖機(jī)構(gòu)，閥體密封座用緊固件固定在閥體上，閥板做成與閥軸套焊接連接，閥板表面鋪標(biāo)準(zhǔn)及異形的耐磨襯板，堆焊耐磨材料。閥桿軸采用2Cr13，閥板與閥桿軸套用錐銷(xiāo)連接，可以方便的拆裝閥座密封。

（3）閥板經(jīng)過(guò)核算負(fù)壓工況下閥板自重和灰塵重量的承載能力計(jì)算出變形量，把閥板迎風(fēng)面做成凸面型式，并堆焊耐高溫、防腐、耐磨的高鉻高鎳合金，使閥門(mén)無(wú)論在關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)都能減少對(duì)正面受壓的影響，閥板背面設(shè)置加強(qiáng)筋以增加剛度和強(qiáng)度。

（4）為了確保傳動(dòng)的平穩(wěn)性，閥軸采用滾動(dòng)軸承支承，同時(shí)閥軸支撐方式選擇簡(jiǎn)支梁的形式，在閥軸的兩端都配置了軸承，提高閥板的支撐剛性，降低由于閥板自重、灰塵重量和風(fēng)壓產(chǎn)生的彎矩。

（5）閥門(mén)自鎖。由于普通的翻板閥密封性能不好，為了防止燒結(jié)煙氣在支管之間竄風(fēng)，借鑒了高爐爐頂鐘閥的自鎖機(jī)構(gòu)（圖2），在閥門(mén)驅(qū)動(dòng)裝置中設(shè)計(jì)了自鎖裝置。閥板關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，依靠自鎖裝置使閥板保持在固定位置，而不會(huì)因?yàn)楣艿镭?fù)壓使閥板移動(dòng)，保證了閥門(mén)的密封。

（6）為了保證切換閥快速開(kāi)閉，采用氣缸驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)氣缸具備緩沖、保壓功能，降低閥門(mén)在開(kāi)閉過(guò)程中因自重和負(fù)壓產(chǎn)生的沖擊力。同時(shí)閥板背后設(shè)計(jì)了彈簧緩沖裝置和氣缸限位開(kāi)關(guān)，以提高閥板開(kāi)關(guān)的平穩(wěn)性。

圖2 閥門(mén)自鎖裝置

（7）閥門(mén)工作狀態(tài)均為全開(kāi)或全閉，在閥門(mén)內(nèi)部設(shè)置限位塊，防止閥板在風(fēng)壓作用下動(dòng)作過(guò)快造成沖擊。

按以上要求設(shè)計(jì)的閥門(mén)（圖3）總體高度為3.45 m，大大縮小了安裝空間，整套閥門(mén)整體結(jié)構(gòu)緊湊、開(kāi)啟方便、流阻小。

圖3 煙氣循環(huán)切換閥

四、使用效果

煙氣循環(huán)專(zhuān)用三通切閥在2012年投入使用，使用1年多效果良好，不僅完全滿足了煙氣循環(huán)的工況要求，而且大大節(jié)約了制造成本。煙氣循環(huán)做為一項(xiàng)環(huán)保節(jié)能的新技術(shù)在國(guó)內(nèi)有著非常廣闊的推廣空間，隨著煙氣循環(huán)技術(shù)的推廣使用，煙氣循環(huán)三通切換閥也會(huì)有更大的使用空間。