余热发电高温烟道阀设计选型
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关健词：铁合金行业 余热发电高温烟气阀烟道蝶阀 高温烟道阀门
5月5日刚刚发布的《*关于进一步加大工作力度确保实现“十一五”节能减排目标的通知》要求中指出，要实现“十一五”单位国内生产总值能耗降低20%左右的目标。加快实施节能减排重点工程，支持重点节能工程建设、循环经济发展、淘汰落后产能、城镇污水垃圾处理、重点流域水污染治理，以及节能环保能力建设等，形成年节能能力8000万吨标准煤。温总理说，要确保实现“十一五”节能减排目标。我们国家是世界上铁合金生产大国，同时也是能源非常紧缺的国家。企业间的竞争也是日益激烈，节能减排和科技创新是企业能够发展的一个重要途径。铁合金行业是耗能大户，因此利用余热发电则是节能减排的zui有效办法。我公司作为早致力于水泥余热发电烟道阀门产品研发、制造、销售为一体的专业化企业，在这几年来成功为水泥、化工、钢铁、玻璃等行业近百条生产线余热发电提供的高温烟气阀门，为节能减排做出了贡献。铁合金余热发电是我国新兴的余热发电项目，增强余热发电系统设备可靠性对于提高余热发电运转率和余热回收效率至关重要，也是设计者和业主所共同关注的问题。高温烟道废气阀门作为余热发电与生产线连接的关键辅机设备之一，直接关系到整个余热发电系统运行效率和可靠性，也是企业提高余热发电效益，降低生产成本的有效措施。
下面我从铁合金余热电项目中使用的高温烟道阀门的工况特性等角度介绍,提供给大家作为烟气阀门的选型、设计制造、安装使用参考。
一、余热电站高温烟道阀门工况
二、硅铁炉烟气中粉尘的化学成分
| 粉尘种类 | CaO | C | SiO2 | Fe2O3 | Al2O3 | Mg0 | 其它 |
| 百分比（%） | 2.0 | 3.5 | 82 | 2 | 1.5 | 0.91 | 8.09 |
从上表可以看出硅铁炉烟气中粉尘的化学成分75%是硅铁。
硅铁炉烟气中粉尘的粒径分布
| 粒径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 |
从上表可以看出烟尘中的灰尘属飞灰，粒度较小，烟尘粒度（小于2μm 77%；2-5μm 18%； 5-10μm 3% ；大于10μm 2%）。烟气灰尘含量8—20 g/m3。
硅铁炉烟气中粉尘的化学成分75%是硅铁，硅系铁合金冶炼烟气中主要粉体成分是二氧化硅微粉。而微硅粉属于水硬性粉尘，一接触水份便会发生化学变化形成硅酸盐，产生硬化、结块、膨胀等现象。同时粉尘特别细，平均料径在0.1—0.2um之间，吸附力特别强。铁合金矿热炉烟气在矿石和焦碳在电炉中冶炼时形成。它的温度随加料出料工艺存在波动，一般在300—700℃范围。
二、高温烟道阀门的设计选型
根据铁合金烟气的工况条件，一般阀门容易产生卡死热变形、阀门阀板和管壁粉尘粘结及管道灰堵，导致阀门不能正常启闭，影响系统的正常运行。因此，我们针对铁合金发电的特点进行设计烟气阀门。
烟道蝶阀主要用于烟气的切断或调节介质目的，当该阀作为调节使用的烟道蝶阀在选型时应该满足一下条件；从蝶阀的结构特点可知：在开启角小于10°时，由于阀板由一定厚度，其流通截面的变化几乎等于零；开启角大于70°时，由于阀的毂部（即轴和轴套）由一定厚度，其相对流量的变化很小，已起不到多少调节的作用了；在开启角达到73°时，其旋转的作用力矩达到zui大值，甚至使阀颤动而不能稳定，所以，一般都以25°~70°作为蝶阀的有效工作范围。在确定阀径的计算中，常选用蝶阀的zui大流量开度为60°这是因为蝶阀的特性在60°以内是近似等百分比特性，超过60°，特性就改变了。为了使用这一段等百分比工作特性，推荐取zui大流量时蝶阀开启角度为60°，但是，为充分利用阀的流通能力，也可以选70°zui为zui大开启角，这样在设备选用上比较经济。
同时在选型应该考虑zui小的流量不能小于20°~25°，这样这样选取阀径可以保留一定的工况生产的需要，以满足生产发展的需要。
在考虑阀门的使用温度时，应该要充分考虑瞬间的温度对阀门的阀门材质的影响，同时要充分考虑瞬间的具体时间概念，在条件允许的情况下应该要高于使用温度150°作为对阀门的使用温度要求。确保阀门在高温情况下的塑性变形不会对阀门的影响。
蝶阀计算当量截面法，（当量截面法的计算公式）
在一定条件（压力、温度、密度和压降）之下，流过阀门的流量与阀的开启截面积成正比。如算出在zui大流量下，阀可能的zui大开启截面，就可求得应选的阀径。这个方法称为：“当量截面法”。
当量截面法的实用流量公式从阀径计算的基本公式推导而得。又
（1）
D的单位由（m）换成（cm），的单位由（）换成（）
则得
（） （2）
式中 ——容积流量
——流束膨胀系数
——蝶阀阀板直径，
——阀两端的压降，
——介质密度，
系数——
变换公式（2）可得
（3）
式中叫做阀板直径为D的蝶阀在一起开启下“当量截面”其中为流量系数，m为相对流通截面，求的值，在一定开启角下，就可决定需用的阀径D。
烟道蝶阀的设计：
高温烟气阀门与其它烟气阀门不同，其阀的结构及阀内件有很大的差异，如导向间隙、阀板转动间隙轴承方式等。除了从设计制造方面控制外，还要针对高温条件下的各种物理性能、机械性能发生变化，分析材料的机械性热胀冷缩、材质在高温情况下的不同变形等对阀门使用性能的影响。高温烟气阀门主要起截流或调节流量的作用, 特别是大口径阀门, 工况条件影响阀门的变形因素较多且变形量不易控制, 所以结构设计应考虑环境因素的影响。根据上述介绍的使用工况条件，由于烟气中的微硅粉属于水硬性粉尘，一接触水份便会发生化学变化形成硅酸盐，产生硬化、结块、膨胀等现象，粉尘特别细。由于粉尘对阀门的使用影响是非常大，它容易产生阀门阀板和管壁粉尘粘结造成阀板卡死，粉尘容易进入阀轴和滑动轴承之间，使之卡死阀轴，导致阀门不能正常启闭影响系统的正常运行。因此，在该场合使用的烟道阀门不同于一般火电厂风门和除尘系统上使用的阀门，它们主要是风量的调节，不存在阀板高温变形和粉尘吸附等问题，材质一般采用Q235钢板焊接，而且厚度很薄，大多在6mm一下，泄漏率要求也不高。
铁合金余热发电系统烟气温度高（300—900℃），并含有大量粉尘，如在余热发电也同样采用此阀门，势必造成阀板变形，出现阀板卡死，旁路泄漏大，浪费了大量废气资源，同时无法调节进余热锅炉的烟气量。因此阀板在设计是要充分考虑机械强度，我们阀板厚度一般设计在15mm（口径大时加厚），保证阀板不受高温产生变形。采用径向密封应用过程中受温度影响易产生热卡阻，影响阀门的启闭；通常无密封圈的通径密封结构，在受热变形或管道稍微积灰的情况下不能启闭。因此，在高温烟气阀门中应设计阀体有密封圈结构。蝶板外径可以小于阀体通径，在阀体对应两侧加副密封，以减少阀门的泄漏率，同时即使阀门内腔管壁有粘结也能方便开启。阀体外部和阀板设置合适的加强筋，增加阀门的机械强度，保证阀门受热不变形。同时在叶片与叶片之间设置密封条，使阀门的泄漏率得到有效的控制。特别是旁路阀漏风对发电量影响很大，旁路阀门泄漏率大了，降低烟气的品质，造成余热炉出力不足，降低了发电量。当锅炉故障维修时，打开旁路阀关闭进口阀，进口阀主要性能是切断性能，关闭时的密封性能好，切断该阀后，检修不受影响，才能而且保证检修的安全性。所以，在阀门设计和制造过程中要根据不同使用位置不同的工况确定的阀门的主要功能，保证其满足现场运行的需要。同时我们在阀门阀体适当的位置设置吹灰口，运行一段时间后，可以接入压缩空气，把吸附在阀板和管壁粉尘吹落。
除以上说说的，高温烟气阀门还必须注意以下的几个问题：
1、阀轴端结构采用具有隔热和密封效果优良的外置式支撑结构，可实现阀门二轴端先密封后支撑，便于调节的功能，不会产生轴端卡阻。在直连式或曲柄连杆机构与传动机构连接时，加长阀轴长度，加装隔热套，能有效远离高温环境对传动装置的影响，保证阀门的正常工作。
2、烟气温度随加料出料工艺存在波动，一般在300—900℃范围。因此它对阀门的要强度有则严格的要求，防止金属材料在高温塑性变形积累和蠕变。因此阀板的厚度和焊接结构都是非常重要的，
3、控制阀门动作的电动执行器不易采用直接连接方式，应该采用阀轴上的曲柄和电动执行器上的曲柄再通过连杆带动阀门旋转，这样可以方便检修同时能降低阀体对电动执行器的热传递。
4、硅系铁合金冶炼烟气中粉尘特别细，吸附力强，为了解决烟气中的粉尘对阀门的使用影响，因此我们在阀门阀体适当的位置设置吹灰口，运行一段时间后，可以接入压缩空气，把吸附在阀板和管壁粉尘吹落。同时要求安装时应在阀门开启端或阀门连接转角处设计封闭型漏斗，当管道积灰严重的情况下，打开卸灰口，卸掉积压在管道的灰尘，然后再开启阀门，这样既保护了执行机构不因为阀门积灰产生过力矩或烧坏电机，使阀门正常运行。
三、安装烟道阀门时必须要注意一下事项
1、阀轴必须要在水平位置，或则会使阀板单边位移，使阀板和阀体卡死。
2、由于管道一般强度比较差，在温度的变化，产生变形，而管道变形不影响使用，但管道的变形会拉动阀体的变形，产生阀门变形而卡死，以此建议在阀门的周围管道上增加加强圈，减少管道的变形对阀门的影响。
3、在高温管道上安装高温蝶阀时，由于电动执行器对环境温度有一点的要求，温度直接影响电动执行器的使用寿命，对电动执行器来说，它的温度来自3方面1是环境温度，2是热传递，3是热辐射，由于环境温度没有办法解决，但热传递我们一般在阀门设计的时候应该给与充分的考虑，但热辐射，是管道的保温效果比较差造成，以此我们建议在电动执行器和管道之间增加隔热板，充分利用空气的来隔热，效果是非常明显的，也是zui有效的办法。
4、对水平管道上安装阀门时，同时阀门旁边的管道允许的情况下，建议在管道下方开一个人孔，便于开孔清理粉尘。
5、由于烟气管道壁厚薄，容易变形，因此在阀门两端管道内大约阀门三分之一多口径的管道里加焊梅花筋，加强管道的机械性能，避免因管道变形，导致阀门阀板打不开。
6、定期除灰以防止灰尘堆积过多，便于阀板的转动。
7、阀门安装好了应该检查阀门内腔和两边管道内是否有杂物或焊渣和钢筋，发现及时清理，以免影响阀门的正常启闭。平时有发现安装阀门时，为了使吊装时阀板不会晃动，用钢筋把阀板焊接固定，可把阀门装好了，忘了拆除焊接的钢筋，等到调试时才发现阀板不能打开。
铁合金余热发电系统用高温烟气阀门作为电站系统的辅机设备，在数量上、价值上虽然很小，但对余热发电系统的安全经济运行至关重要，其发挥的作用不是其数量或价值比例所决定的。鉴于此，用户需就铁合金余热发电工艺设计特点进行正确选型。
