燒結煙氣循環切換閥選型及技術要求

錢 明 白麗霞

（寧波鋼鐵有限公司 浙江寧波）

一、概述

環保節能一直是國內鋼鐵行業追求的目標，寧鋼首次在燒結系統上研制使用了燒結煙氣循環利用技術，燒結煙氣通過燒結機風箱支管輸送到煙氣循環和主煙道，通過控制支管之間的切換閥的開閉，實現氣體流向的切換。燒結煙氣含粉塵量大、溫度高，部分區段還有一定濕度，對閥門的沖刷、腐蝕比較大，系統的風量和負壓變化也較大，對閥門的沖擊較大，同時閥門切換頻繁，工況復雜，因此，閥門選型難度較大。合理選擇切換閥的結構形式、準確確定閥門的技術要求，對煙氣循環系統正常運行非常關鍵。

二、煙氣循環切換閥的使用要求及工藝布置

煙氣循環切換閥用來切換燒結煙氣的流動方向，正常生產時，煙氣循環管道暢通，燒結機產生的煙氣通過燒結機的風箱支管，進入煙氣循環管道，通過煙氣循環系統，完成煙氣處理、余熱回收的環節。煙氣循環系統檢修時，煙氣循環管道關閉，大煙道暢通，燒結煙氣通過燒結大煙道放空（圖1）。

圖1 煙氣循環切換閥布置

燒結機產生的煙氣溫度約為200～400℃，含有一定量的粉塵（6～10 g/m3），流動的高溫煙氣對切換閥的閥板產生沖蝕，同時在閥門開關過程中還存在一定的負壓，對切換閥的開關造成沖擊，此外，風箱支管和煙氣循環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，能夠承受一定的負壓（工作壓力為-18 000 Pa，耐壓-21 000 Pa），在滿足強度的前提下，盡量減少體積和自重，縮小安裝空間，能夠實現遠程控制，要求閥門開關時間≤10s。

三、煙氣循環三通切換閥結構與技術要求

1.氣體切換閥門結構比較

（1）插板閥。通過插板的移動實現氣體管路的開閉。這種閥門結構簡單、制造工藝成熟。而且直線式的插板閥可以使閥門盡量向上布置，接近風箱支管、煙氣循環支管和大煙道支管的三通，保證閥門關閉處的直管內積灰量最少。但由于閥板的密封面在開閉時暴露在閥體外面，容易損壞，需要經常更換密封。而且閥體外形尺寸大、設備重量重，要求操作空間也大，閥桿會伸出廠房外，還需要重做設備基礎，設備費、施工費高。

（2）扇形盲板閥。通過閥板的旋轉來實現管路的開閉，這種閥門結構簡單、制造工藝也相對成熟。但是也存在密封面容易損壞的問題，而且這種閥門要求煙氣循環支管和大煙道支管之間的距離更大，使三通的尺寸變大，閥門距離三通也更遠，增加了積灰量，費用比插板閥更高。

（3）翻板閥。通過翻板的上下動作實現氣體管路的開閉，翻板閥結構簡單、體積小、重量輕，制造成本低，便于安裝和維護。翻板閥的結構形式不容易積灰，可以盡量靠近三通的位置布置，大大減小三通的設備尺寸。缺點是密封性較差，工作時大煙道和煙氣循環管道之間容易相互串風，在高溫、含塵量大的介質中，翻板剛性不好，容易變形、卡住，無法實現切換的動作。

2.煙氣循環三通切換閥結構選擇

經過分析和討論，現場空間工藝布置要求閥門連同三通總高度不能超過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，在傳統翻板閥的基礎上進行改進，根據現場工況，對翻板的材料、結構進行特殊的設計，使它達到耐高溫、耐磨、耐腐蝕、減少沖擊、保證漏風率的要求。

兩個煙氣循環三通切換閥分別設置在煙氣循環、主煙道支管上，通過氣缸帶動擺臂使閥軸旋轉，從而帶動閥板作90°旋轉，使閥板與密封座接觸起到開關閉合的作用。氣缸活塞伸出時，閥板關閉，0位時，閥板打開。閥門氣動裝置通過三通電磁閥進行氣源的變換，當一個閥門打開的同時另一個閥門自動關閉，實現聯鎖，保證煙氣循環、主煙道支管始終有一個支管處于開啟狀態。閥門在關閉狀態時通過氣缸頭部自鎖裝置將閥板在密封狀態時鎖定不動，確保閥門密封狀態良好，另外閥門還帶有手動裝置，只要將手輪旋轉也可以方便地打開和關閉閥門。

3.煙氣循環切換閥技術要求

（1）三通管材料。由于燒結煙氣含塵濃度較高，介質溫度在400℃左右，所以對三通管及閥門要求也比較高，殼體內襯選用耐高溫、耐磨損材料制作，內襯材料選用KmTBCr26,為便于安裝和更換，每個襯板為標準規格，用螺栓固定在殼體上,為防止熱膨脹變形,每個襯板之間留有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，為確保閥門整體使用壽命，閥門制造完畢后內外表面全部采用噴丸除銹處理。

（2）閥門材料。閥體采用Q235-B，閥體內部除了閥板背風側外，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，在適當位置加設加強筋。閥體外側與擺臂之間增加彈簧緩沖機構，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，閥板表面鋪標準及異形的耐磨襯板，堆焊耐磨材料。閥桿軸采用2Cr13，閥板與閥桿軸套用錐銷連接，可以方便的拆裝閥座密封。

（3）閥板經過核算負壓工況下閥板自重和灰塵重量的承載能力計算出變形量，把閥板迎風面做成凸面型式，并堆焊耐高溫、防腐、耐磨的高鉻高鎳合金，使閥門無論在關閉和開啟時都能減少對正面受壓的影響，閥板背面設置加強筋以增加剛度和強度。

（4）為了確保傳動的平穩性，閥軸采用滾動軸承支承，同時閥軸支撐方式選擇簡支梁的形式，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、灰塵重量和風壓產生的彎矩。

（5）閥門自鎖。由于普通的翻板閥密封性能不好，為了防止燒結煙氣在支管之間竄風，借鑒了高爐爐頂鐘閥的自鎖機構（圖2），在閥門驅動裝置中設計了自鎖裝置。閥板關閉狀態時，依靠自鎖裝置使閥板保持在固定位置，而不會因為管道負壓使閥板移動，保證了閥門的密封。

（6）為了保證切換閥快速開閉，采用氣缸驅動，驅動氣缸具備緩沖、保壓功能，降低閥門在開閉過程中因自重和負壓產生的沖擊力。同時閥板背后設計了彈簧緩沖裝置和氣缸限位開關，以提高閥板開關的平穩性。

圖2 閥門自鎖裝置

（7）閥門工作狀態均為全開或全閉，在閥門內部設置限位塊，防止閥板在風壓作用下動作過快造成沖擊。

按以上要求設計的閥門（圖3）總體高度為3.45 m，大大縮小了安裝空間，整套閥門整體結構緊湊、開啟方便、流阻小。

圖3 煙氣循環切換閥

四、使用效果

煙氣循環專用三通切閥在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的工況要求，而且大大節約了制造成本。煙氣循環做為一項環保節能的新技術在國內有著非常廣闊的推廣空間，隨著煙氣循環技術的推廣使用，煙氣循環三通切換閥也會有更大的使用空間。