煙氣化工脫硝蝶閥設(shè)計(jì) 煙道蝶閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 煙氣化工脫硝蝶閥設(shè)計(jì) 煙氣化工脫硝蝶閥安裝 煙氣化工脫硝電動(dòng)蝶閥設(shè)計(jì) 煙氣化工脫硝氣動(dòng)蝶閥設(shè)計(jì) 煙氣化工脫硝手動(dòng)蝶閥設(shè)計(jì)
1 煙氣化工脫硝蝶閥設(shè)計(jì)概述
之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹在鎳熔煉系統(tǒng)及配套的煙氣化工產(chǎn)品管網(wǎng)中，煙道蝶閥主要用于調(diào)節(jié)處理來(lái)自火法冶煉產(chǎn)生的煙氣（如閃速爐、轉(zhuǎn)爐、銅合成爐、富氧頂吹熔煉爐或貧化爐產(chǎn)生的煙氣）。精礦干燥是熔煉系統(tǒng)中物料制備的主要工序之一，該工藝流程是將來(lái)自選礦含水8%～10%的濕精礦和煤粉燃燒產(chǎn)生的熱煤氣混合，經(jīng)過(guò)“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(zhuǎn)化、干吸和酸庫(kù)等單元。熔煉產(chǎn)生的煙氣和制酸所用煙氣溫度較高且催化劑粉塵較大，對(duì)管道閥門有腐蝕和阻滯作用。熔煉和制酸管網(wǎng)用煙道蝶閥應(yīng)根據(jù)其使用工況條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免由于熱變形和閥門管壁粉塵粘結(jié)及管道灰堵使得煙道蝶閥不能正常啟閉，影響冶煉化工設(shè)備的正常運(yùn)行。
通風(fēng)蝶閥應(yīng)用于化工、建材、電站、玻璃等行業(yè)中的通風(fēng)、環(huán)保工程的含塵冷風(fēng)或熱風(fēng)氣體管道中，作為氣體介質(zhì)調(diào)節(jié)流量或切斷的管道控制裝置。本類閥門在管道中一般應(yīng)當(dāng)水平安裝。
手動(dòng)通風(fēng)蝶閥處 于*開(kāi)啟位置時(shí)，手動(dòng)通風(fēng)蝶板厚度是介質(zhì)流經(jīng)閥體時(shí)*的阻力，因此通過(guò)該閥門所產(chǎn)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(dòng)通風(fēng)蝶閥風(fēng)采用金屬密封的閥門一般比彈性密封的閥門壽命長(zhǎng)，但很難做到*密封。金屬密封能適應(yīng)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(xiàn)（1）的規(guī)定，法蘭和對(duì)夾連接的截流和調(diào)節(jié)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(zhì)為空氣、含塵煙氣和工業(yè)煤氣等。煙道蝶閥適用于在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)流量和截流。
通風(fēng)蝶閥由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使碟板在90°范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)以達(dá)到啟閉或調(diào)節(jié)介質(zhì)流量的目的。目前,襯氟蝶閥,襯膠蝶閥作為一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)管路系統(tǒng)通斷及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金、水電等許多領(lǐng)域中得到極為廣泛地應(yīng)用。通風(fēng)蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在通風(fēng)蝶閥閥體圓柱形通道內(nèi)，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為0°-90°之間，旋轉(zhuǎn)到90°時(shí)，閥門則處于全開(kāi)狀態(tài)。通風(fēng)蝶閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，只由少數(shù)幾個(gè)零件組成。而且只需旋轉(zhuǎn)90°即可快速啟閉，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)該閥門具有良好的流體控制特性。通風(fēng)蝶閥處于*開(kāi)啟位置時(shí)，蝶板厚度是介質(zhì)流經(jīng)閥體時(shí)*的阻力，硬密封通風(fēng)蝶閥因此通過(guò)該閥門所產(chǎn)生的壓力降很小，故具有較好的流量控制特性。通風(fēng)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(jié)構(gòu)和技術(shù)要求、泄漏率及其檢驗(yàn)與試驗(yàn)方法等方面均有所不同。金屬密封蝶閥zui低標(biāo)準(zhǔn)E級(jí)氣體zui大允許泄漏率為200×DN（mm3/s）。煙道蝶閥zui高標(biāo)準(zhǔn)*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(shù) DN———蝶閥公稱通徑，mm
P———試驗(yàn)壓力，MPa。
從以上標(biāo)準(zhǔn)要求和計(jì)算公式分析，煙道蝶閥*泄漏率標(biāo)準(zhǔn)明顯大于金屬密封蝶閥E級(jí)泄漏率標(biāo)準(zhǔn)。以DN1200口徑的蝶閥為例，金屬密封蝶閥E級(jí)標(biāo)準(zhǔn)zui大允許泄漏率為 
煙道蝶閥*標(biāo)準(zhǔn)zui大允許泄漏率為（按0.6MPa公稱壓力）
1．NOx的生成機(jī)理 NOx生成機(jī)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(nèi)局部高溫造成，也可采用適當(dāng)措施加時(shí)控制；快速型NOx生成量很少。 （1）燃料型NOx 燃料型NOx是由化學(xué)地結(jié)合在燃料中的雜環(huán)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(guān)系，當(dāng)燃燒中氮的含量超過(guò)0.1％時(shí)，結(jié)合在燃料的氮轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為NOx量主要取決于空氣過(guò)剩系數(shù)，空氣過(guò)剩系數(shù)降低，NOx的生成量也降低，這是因?yàn)樵谌毖鯛顟B(tài)下，燃料中揮發(fā)出來(lái)的氮與碳、氫競(jìng)爭(zhēng)不足的氧，由于氮缺乏競(jìng)爭(zhēng)能力，而減少了NOx的形成。 （2）熱力型NOx 熱力型NOx的生成機(jī)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(guān)系，當(dāng)燃燒溫度低于1400℃時(shí)熱力NOx生成速度較慢，當(dāng)溫度高于1400℃反應(yīng)明顯加快，根據(jù)阿累尼烏斯定律，反應(yīng)速度按指數(shù)規(guī)律增加。這說(shuō)明，在實(shí)際爐內(nèi)溫度分別不均勻的情況下，局部高溫的地方會(huì)生成很多的NOx，并會(huì)對(duì)整個(gè)爐內(nèi)的NOx生成量起決定性影響。熱力NOx的生成量則與空氣過(guò)剩系數(shù)有很大關(guān)系，氧濃度增加，NOx生成量也增加。當(dāng)出現(xiàn)15％的過(guò)量空氣時(shí)，NOx生成量達(dá)到zui大，當(dāng)過(guò)量空氣超過(guò)15％時(shí)，由于燃料被稀釋，燃燒溫度下降，反而會(huì)導(dǎo)致NOx生成減少。熱力NOx的生成還與煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間有關(guān)，停留時(shí)間越長(zhǎng)，NOx越多，這是因?yàn)樵跔t膛燃燒溫度下，NOx的生成反應(yīng)還未達(dá)到平衡，因而NOx的生成量將隨煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間增長(zhǎng)而增加。 （3）快速型NOx 快速NOx是1971年Fenimore根據(jù)碳?xì)淙剂项A(yù)混火焰的軸向NOx分布實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出的，是燃料在燃燒過(guò)程中碳?xì)浠衔锓纸獾闹虚g產(chǎn)物N2反應(yīng)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(yīng)如下：在溫度低于2000K（1727℃）時(shí)，NOx主成主要通過(guò)CH-N2反應(yīng)，在不含氮的碳?xì)淙剂系蜏厝紵龝r(shí)，需重點(diǎn)考慮快速NOx的生成。 
煙氣脫硝主要工藝 在煙氣凈化技術(shù)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(shù)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(shù)已商業(yè)化。
由計(jì)算式分析，煙道蝶閥與金屬密封蝶閥在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)方法上有區(qū)別，煙道蝶閥密封性要求明顯低于金屬密封蝶閥，其調(diào)節(jié)特性與金屬密封蝶閥相似。
3 結(jié)構(gòu)特性
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和實(shí)際使用情況分析，煙道蝶閥用于介質(zhì)的截?cái)嗷蛘哒{(diào)節(jié)時(shí)，其密封性能要求與金屬密封蝶閥有一定的差別。作為管網(wǎng)含塵煙氣控制設(shè)備，處于關(guān)閉位置仍留有一定間隙不會(huì)影響管路開(kāi)度調(diào)節(jié)達(dá)到爐壓的自動(dòng)控制。煙道蝶閥與金屬密封蝶閥流體特性相似，蝶閥開(kāi)度與流量之間的關(guān)系基本上呈線性比例關(guān)系。如果用以控制流量，其流量特性與配套管路的流阻系數(shù)有密切關(guān)系。如兩條管道安裝閥門口徑和形式*相同，而管道損失系數(shù)不同，閥門的流量差別就會(huì)相差很大。如果閥門處于節(jié)流幅度較大的狀態(tài)，蝶板處于中間開(kāi)度時(shí)，關(guān)閉過(guò)程中，蝶板上下兩側(cè)可以形成*不同的狀態(tài)，一側(cè)蝶板前端順介質(zhì)流向而動(dòng)，另一側(cè)則逆介質(zhì)流向而動(dòng)。因此，一側(cè)閥體與蝶板形成似噴嘴形開(kāi)口，另一側(cè)則類似節(jié)流孔形開(kāi)口，噴嘴側(cè)比節(jié)流側(cè)流速快的多，而節(jié)流側(cè)一面往往會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，所以煙道蝶閥水平安裝時(shí)應(yīng)將噴嘴側(cè)放在管道的下部，可以避免管道閥門連接處灰堵現(xiàn)象的發(fā)生。
煙道蝶閥主要起截流和調(diào)節(jié)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮環(huán)境因素的影響。煙道蝶閥徑向密封與金屬密封蝶閥結(jié)構(gòu)相似，應(yīng)用過(guò)程中受溫度影響易產(chǎn)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(shè)計(jì)成垂直板或斜板式結(jié)構(gòu)（圖2），閥體、蝶板以側(cè)平面為密封副。蝶板外徑可以小于閥體通徑，即使閥門內(nèi)腔管壁有粘結(jié)也能方便開(kāi)啟。管道變形對(duì)閥門主體密封性能影響沒(méi)有徑向密封效果明顯。該結(jié)構(gòu)閥體密封面的對(duì)稱度要求較高，特別是斜板式結(jié)構(gòu)其閥體密封側(cè)平面在普通機(jī)械設(shè)備上難以加工，必須安排合理的工藝才能使裝配精度達(dá)到理想的密封效果。平面密封結(jié)構(gòu)如果采用杠桿式，無(wú)論垂直板還是斜板結(jié)構(gòu)都可解決密封平面在加工過(guò)程中存在的問(wèn)題。該結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)點(diǎn)，杠桿結(jié)構(gòu)閥門密封面為側(cè)平面密封，不會(huì)產(chǎn)生徑向卡阻。另外，閥體和蝶板密封側(cè)平面為連續(xù)的平面整體加工，蝶板外徑設(shè)計(jì)小于閥體通徑。蝶板關(guān)閉過(guò)程先轉(zhuǎn)動(dòng)后平動(dòng)密封面越壓越緊，開(kāi)啟過(guò)程蝶板先平動(dòng)后轉(zhuǎn)動(dòng)，也不會(huì)產(chǎn)生卡阻。煙道蝶閥一般在壓力低、溫度高的環(huán)境條件下工作，不會(huì)影響閥門啟閉。
通風(fēng)蝶閥由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使碟板在90°范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)以達(dá)到啟閉或調(diào)節(jié)介質(zhì)流量的目的。目前,襯氟蝶閥,襯膠蝶閥作為一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)管路系統(tǒng)通斷及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金、水電等許多領(lǐng)域中得到極為廣泛地應(yīng)用。
通風(fēng)蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在通風(fēng)蝶閥閥體圓柱形通道內(nèi)，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為0°-90°之間，旋轉(zhuǎn)到90°時(shí)，閥門則處于全開(kāi)狀態(tài)。通風(fēng)蝶閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，只由少數(shù)幾個(gè)零件組成。而且只需旋轉(zhuǎn)90°即可快速啟閉，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)該閥門具有良好的流體控制特性。通風(fēng)蝶閥處于*開(kāi)啟位置時(shí)，蝶板厚度是介質(zhì)流經(jīng)閥體時(shí)*的阻力，硬密封通風(fēng)蝶閥因此通過(guò)該閥門所產(chǎn)生的壓力降很小，故具有較好的流量控制特性。通風(fēng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)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(shè)計(jì)可采用平面斜板式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的蝶板與閥體之間留有間隙，其間隙值依據(jù)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(nèi)，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(shè)計(jì)可采用垂直板式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)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(nèi)。閥體、蝶板密封副尺寸精度可通過(guò)機(jī)械加工達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于溫度高、壓力低及密封要求嚴(yán)格的工況，煙道蝶閥設(shè)計(jì)采用杠桿式平面結(jié)構(gòu)。該密封副配制和蝶板運(yùn)行軌跡可滿足高密封性能的管網(wǎng)設(shè)備工藝要求。煙道蝶閥主體密封依據(jù)不同工況選用不同結(jié)構(gòu)，有利于閥門生產(chǎn)和工況使用。煙道蝶閥軸端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(huì)產(chǎn)生軸端卡阻。在直連式或曲柄連桿機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接時(shí)，加裝隔熱套都能有效遠(yuǎn)離高溫環(huán)境對(duì)傳動(dòng)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(yīng)依據(jù)工況要求采用鑄造或焊接形式，均應(yīng)配置筋板，選擇合理的工藝方案和材料，以提高產(chǎn)品的剛性，防止產(chǎn)品變形。
煙道蝶閥在管網(wǎng)中的安裝位置和管網(wǎng)布局對(duì)閥門的使用也有影響，煙塵大的管道在閥門開(kāi)啟端或閥門連接轉(zhuǎn)角處設(shè)計(jì)封閉型漏斗，定期除灰可防灰塵堆積過(guò)多，以利于蝶板的轉(zhuǎn)動(dòng)。煙道蝶閥安裝還應(yīng)注意幾個(gè)問(wèn)題，①使用金屬墊圈必須保證負(fù)荷均勻，避免因溫度和自重的影響或焊接產(chǎn)生的應(yīng)力給閥門帶來(lái)附加壓力，使閥門法蘭及管道變形。②閥門安裝在較長(zhǎng)管道的地方時(shí)，應(yīng)安裝支承架。③閥門安裝應(yīng)注意介質(zhì)流向，使蝶板的開(kāi)啟方向與管道介質(zhì)流向一致，有利于介質(zhì)流速的自清灰作用。④加強(qiáng)管網(wǎng)整體保溫層的防護(hù)，使管壁溫度在露點(diǎn)以上，可以減少低溫粘結(jié)性粉塵積灰。如果管壁溫度高于煙氣的酸露點(diǎn)，可以避免酸汽在受熱管壁上的結(jié)露，控制三氧化硫的生成率，則閥門使用效果會(huì)更好。
煙道蝶閥的安裝位置隨著管道的設(shè)計(jì)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(jìn)出口兩側(cè)轉(zhuǎn)彎處zui易形成偏流和灰堵，閥門操作力矩將有所增大。
5 結(jié)語(yǔ)
煙道蝶閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、質(zhì)量輕，一般使用于溫度高工作壓力低的場(chǎng)所。煙道蝶閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與工況使用條件有很大的關(guān)系，具體結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)工況條件而定。從使用情況分析，作為調(diào)節(jié)型控制閥門，就主體密封結(jié)構(gòu)而言，無(wú)論垂直板式還是斜板式結(jié)構(gòu)，一般閥體有密封圈結(jié)構(gòu)優(yōu)于無(wú)密封圈的通徑密封結(jié)構(gòu)。對(duì)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(jié)構(gòu)。精煉及化工制酸工況相對(duì)溫度和含塵量較低可選用閥體有密封圈結(jié)構(gòu)的平面垂直板式密封結(jié)構(gòu)。對(duì)于煉化設(shè)備密封要求嚴(yán)，溫度高的工況，則選用杠桿式平面密封結(jié)構(gòu)。煙道蝶閥軸端結(jié)構(gòu)，以組合外置式支撐結(jié)構(gòu)較為合理。煙道蝶閥在工況使用中溫度變化產(chǎn)生熱卡阻和管壁粉塵粘結(jié)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(xiàn)與本文相關(guān)的產(chǎn)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）。 |
