高炉煤气布袋除尘系统输灰阀的改进

揭乐标

(武钢国际经济贸易有限公司　湖北　武汉：430080)



高炉煤气布袋除尘系统输灰阀的改进

揭乐标

(武钢国际经济贸易有限公司湖北武汉：430080)

对高炉煤气布袋除尘(即干法除尘)输灰系统的构成和工作原理进行了阐述，分析了原输灰阀(即双闸板阀)存在的问题以及对输灰系统稳定性造成的影响。在分析理想输灰阀应具有的特点的基础上提出了改进方案，并从阀门的结构、工作原理、密封性能、流通能力、抗磨损性能等方面将改进后的输灰阀(即双偏心半球阀)和双闸板阀进行了对比，分析和总结了偏心半球阀在密封可靠性、流量、耐磨损性能等方面的优势。通过本次改进，输灰系统的可靠性、稳定性和输送效率得到了极大的提高，阀门的使用寿命也得到了大幅度提升，取得了显著的经济效果。

双偏心半球阀；双闸板阀；输灰系统；金属粉尘；密封；磨损；流量系数

0　引言

高炉煤气布袋除尘系统也称干法除尘系统，是目前应用于冶金行业的一项新技术，与传统的湿法除尘技术相比，具有除尘效率高、省水、省电、污染低、综合效益好等众多优点[1]，并已在全国范围内的中小型高炉得到了较为广泛的应用，且在大型高炉也在逐步推广[2]。然而，该系统的输灰系统中输灰阀因动作频繁、经常在带压的情况下启闭、承受金属粉尘的快速冲刷，工况异常恶劣。原设计所用输灰阀为双闸板阀，由于其结构特点，往往会出现使用关不到位、关不严、阀板阀瓣磨损快、使用寿命短等问题。武钢某高炉布袋除尘系统所用双闸板阀平均使用寿命只有5天到15天，严重影响了输灰系统地平稳运行，急需对该输灰阀进行改进，降低其故障率，提高使用寿命。

1　输灰系统系统组成及原理

输灰系统组成图如图1，主要包括：带料位计的仓泵；输灰阀，包括1台气动双闸板进料阀(DN200)和2台出料阀(DN100)，其气源为0.7MPa的氮气；流化气室，其内部装有流化盘，与氮气管道相连接，通过调节加压阀来控制氮气的流入压力。另外，在两个出料阀之间还装有一台用来检测出料阀1泄露量的压力变送器。整个输灰系统所采用的输灰方式为浓相气力方式，所用氮气压力为0.7MPa，其中输灰所用氮气通过减压降至0.4MPa。

图1　高炉煤气布袋除尘输灰系统结构简图

输灰系统一个完整的工作流程大致可分为三个阶段：

(1)进料：进料阀打开，出料阀和加压阀关闭，仓泵与灰斗相连通，粉尘由除尘器的筒体灰斗进入仓泵，直至仓内粉尘达到足够高度触发料位计探头，料位计发出料满信号，输灰系统自动将进料阀关闭，进料过程完毕。

(2)加压：进料阀关闭，加压阀打开，氮气流经流化盘，进入仓泵与其内部积灰均匀混合流态，同时加压阀打开，不断提升进气压力，直到达到设定压力值时，加压阶段完毕。

(3)输送：出料阀打开，加压阀持续供气，气灰混和物流经出料阀，通过管道进入大灰仓。输送结束后，仓泵内压力降低，加压阀、出料阀关闭，进料阀打开，重新进入第一个阶段。

2　原输灰阀结构及缺点

高炉煤气输灰系统原阀门为双闸板闸阀，其主要零部件包括阀体、阀座、闸板、阀杆、气缸等。双闸板阀的工作原理为在气缸提供的外动力作用下，阀杆带动阀板上下移动实现阀门的启闭，在阀门启闭的过程中，双闸板之间设置的弹簧预紧力使得阀板和阀座紧密接触，从而实现密封。

从原设计选用双闸板闸阀而不是普通的单闸板闸阀可以看出，设计者在设计选型的时候考虑到了输灰阀的恶劣工况，因而采用了双闸板的双重密封来提高阀门的密封性。另外，该双闸板闸阀的密封面采用了硬质合金堆焊工艺，通过在闸板表面堆焊耐磨层，密封面硬度可高达HV700。但该阀门在本系统中却并不适用，在实际使用中其使用寿命往往无法超过15天，最短的仅仅只有5天，分析其存在的缺点主要有：

(1)结构笨重，启闭所需时间长，承受金属粉尘冲刷时间长。在开启时要将闸板提升到阀座通孔上方，而在关闭时又要将闸板放落挡住阀座通孔，所以闸板的启闭行程很长，再加之该阀本身结构比较笨重，提升下降速度慢，因而启闭时间较长，在启闭过程中承受粉尘冲刷的时间也较长，磨损严重。

(2)密封面容易产生擦伤，影响密封性能。启闭时闸板与阀座的接触面有相对滑动，在粉尘作用下容易擦伤密封面，从而破坏密封性能，缩短使用寿命。

(3)易出现关闭不严的状况，加剧了密封面的磨损。由于其结构原因，粉尘容易在沟槽处沉积，导致闸板关闭不严，这样就给金属灰留下了通过的缝隙，形成了金属灰在阀体内部的快速流动，高速对闸板和密封面进行冲刷，进一步加剧了密封面的磨损。

3　输灰阀的改进

通过以上分析我们不难发现，理想的输灰阀应该具有以下几个特点：

(1)启闭时间短，阀瓣与阀座能够迅速脱离，减少粉尘冲刷时间；(2)密封应该严密可靠，在密封面受到轻微磨损的情况下仍可关严，阻止磨损的进一步加剧；(3)阀体内的积灰不应该对阀门的密封性产生影响；(4)密封面硬度应足够高，耐磨损；(5)阀门的流通能力要较好，输灰效率要高。

在对各种改进方案进行对比之后，最后我们选定了使用双偏心半球阀替代原有的双阀板闸阀。

3.1双偏心半球阀的结构及工作原理

双偏心半球阀的主要零部件包括：阀体、半球形阀瓣、阀杆及阀座。

双偏心半球阀的工作原理(参见图2)为：上阀杆带动半球体围绕上阀杆和下阀杆作90°旋转。顺时针旋转时，半球进入阀座，在偏心的作用下，不断向阀座加压，紧密密封后阀门关闭；逆时针旋转时，半球在偏心的作用下迅速脱离阀座，旋转90°为完全开启。

图2　双偏心半球阀剖视图

3.2双偏心半球阀与双闸板阀的对比

在该输灰系统内，与双闸板闸阀相比，双偏心半球阀有以下优点：

(1)利用偏心-楔紧原理，避免了密封面之间的相互摩擦，密封更加可靠。双偏心结构即密封面中心与阀杆中心有相对轴向偏心量e，而阀杆中心与阀门的流道中心有相对径向偏心量2e，圆偏心轮在展开平面上的楔形角的变化情况见图3。阀杆做旋转运动时在共同轨迹自动定心，双偏心结构产生的凸轮效应使得阀门在关闭过程中越关越紧，能够达到良好的密封效果。[5]

图3　圆偏心轮及其展开平面上楔形角的变化

该种结构用于输灰系统有几个好处：

①阀门开启时，半球体与阀座之间渐出脱离，在开度10度时球体与阀座就已完全脱离，而在关闭时也是渐入挤压，因而机械磨损和擦伤都比传统的密封方式低很多；②有一定的自动补偿作用，即在密封面上出现一定量磨损后可加大旋入角度实现密封补偿，延长了使用寿命；③球体脱开过程中对阀座密封面有擦拭作用，可自动清理沉积在密封表面上的污垢[3]。

(2)流量系数Cv值、流通能力大和输灰效率大幅度高于双闸板闸阀。流量系数Cv值代表了一个阀门的流通能力，各类阀门典型流量系数见表1。以DN100的阀门为例，闸阀的流量系数为1220gal/min，而球阀则高达1910gal/min，比闸阀高出了56.56%。根据流量与流量系数之间的关系公式：

其中：Q为流量，gal/min；ΔP为压力损失，bf/in2；G为相对密度[6]。

由该公式可得在压降一定的情况下，双偏心半球阀的流量比双闸板闸阀要高出56.56%，输送效率得到了极大的提高。

表1　各类阀门典型流量系数Cv值(单位：gal/min)

(3)阀瓣及阀座密封面硬度高，耐磨性能好。阀座密封面可以采用喷涂碳化钨耐磨涂层或堆焊硬质合金(钴基237硬质合金)，同时阀瓣也进行磨涂层喷涂，其中碳化钨涂层硬度高达HV997，钴基硬质合金硬度达到HV700，硬度和耐磨性能都很高，减少了在金属粉尘冲下下阀座密封面和阀瓣的磨损。

(4)结构紧凑灵巧，启闭时间短，大幅度缩短高速粉尘的冲刷。偏心半球阀仅需在阀杆的带动下旋转90°即可完成阀门的启闭，而双闸板闸阀闸板提升降落速度慢，而且需完全提起或放下闸板才能够完成启闭。比如一台DN200的半球阀即使使用手轮转动，20s即可完成一次启闭，而在气缸作用下则可在10s内完成，实现快开快关。而一台DN200的闸阀在手动作用下则需2～3min完成启闭，即使加上气缸，也需30s～1min时间。在阀门启闭期间，密封面要承受流体的快速冲刷，偏心半球阀比双闸板闸阀所承受冲刷时间要少66%以上。

(5)阀腔内无死区，不会形成粉尘堆积，避免了堆积粉尘对密封的影响。

4　输灰阀改进成效

对输灰阀改进以后，原有的阀门关闭不严的问题得到了极大的改观，阀门启闭速度大幅度提高，输灰效率得到了极大的提升，金属粉尘对密封面和阀瓣的磨损也大为减小，阀门的使用寿命极大的延长。

在使用寿命方面，闸阀与球阀的使用寿命对比情况请见表2。由表可见半球阀在该恶劣工况下使用寿命比闸阀提高了6-8倍，极大地降低了采购成本。

表2　阀门使用寿命对比

5　小结

布袋除尘系统的输灰系统工况恶劣，原设计所用双闸板闸阀无法承受金属粉尘的高速冲刷，使用故障频发，磨损严重，使用寿命短。在改进使用双偏心半球阀后，由于其独特的结构特点，故障率大幅度降低，磨损情况明显改善，输灰效率和使用寿命得到了极大的提高。

通过输灰阀的改进，不但保证了现场生产的顺利进行，提高了系统的工作效率，还大幅度降低了阀门采购成本，取得了显著的经济效益。

本文的研究还有很多不足的地方，比如密封面硬度与磨损速度之间的规律性研究方面还没有涉及，阀门密封面的受力分析和密封面上的比压计算方面还没有深入研究，阀腔内的流场以及对阀门使用的影响方面也没有进行分析。

致谢

在本次课题研究过程中，得到了武钢国贸同事张安龙同志和能源总厂何颖同志等人的大力帮助，在此向两位同志致以诚挚的感谢。同时，还要感谢本次改进方案实施方郑州市郑蝶阀门厂相关资料和素材的提供。

[1]王晓琪.高炉煤气干法布袋除尘技术的应用[J].内蒙古环境与科学.2008,20(3):88-90.

[2]贺智民.全干法布袋除尘在大型高炉煤气除尘系统上的应用[J].节能与环保.2008,(9):37-38.

[3]郭风忠.双偏心半球阀[J].阀门.2010,(2):42-43.

[4]陈奎生.液压与气压传动[M].武汉：武汉理工大学出版社,2001.

[5]杨淑平,王喜庭.BQ型双偏心半球阀设计[J].阀门,2004(4)：21-22.

[6]倪平.阀门流量系数和流阻系数计算式中量单位的分析[J].阀门,2010(6):36-37.

(责任编辑：李文英)

Improvement of Ash-transportation Valve of BF Gas Bag-type De-dusting System

Jie Lebiao

(WISCO International Economic & Trading CO. LTD., Wuhan 430080， Hubei)

This thesis introduces the configuration and working theory of BF gas bag-type de-dusting system (also known as dry de-dusting), analyzes the problems of original ash-transportation valve (double disc valve) and their influence on the stability of the ash-transportation system. It proposes the improvement program on the basis of analyzing properties which ideal valves should possess, it also compares the improved valves (double eccentric hemisphere valve) and double disc valve from the aspects of construction, working theory, sealing performance, circulation ability and anti-wear performance, and analyzes and concludes the advantages of hemisphere valve. This thesis also focuses on introducing the sealing theory of hemisphere valve, and analyzes and calculates its circulation ability. After revampment, the reliability, stability and transportation efficiency of the ash-transportation system have been greatly improved, the service life of valves also has been enhanced greatly, and significant economic effects have been attained.

double eccentricity hemisphere valve; double disc valve; ash-transportation system; metal ash; sealing; wear; discharge coefficient

2016-07-23

2016-08-10

揭乐标(1986～)，男，本科，助理工程师.E-mail：jielebiao@126.com

TF321.9

A

1671-3524(2016)03-0020-04