閥門在煤氣干法除塵卸灰閥上的應(yīng)用

大型高爐煤氣干法除塵系統(tǒng)，具有節(jié)水、環(huán)保和節(jié)能等突出優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在越來越多的高爐上應(yīng)用。煤氣干法除塵系統(tǒng)主要包括過濾系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、排灰和粉塵輸送系統(tǒng)以及煤氣壓力控制系統(tǒng)。一般來說，各家鋼鐵企業(yè)的具體系統(tǒng)流程與上述流程有些差異。比如，某家鋼鐵企業(yè)的干法除塵系統(tǒng)，取消了中間灰倉，布袋除塵器灰倉與輸灰管道，中間的連接管道安裝一臺(tái)手動(dòng)球閥、卸灰閥（氣動(dòng)球閥）和一臺(tái)手動(dòng)球閥。
　　在這個(gè)系統(tǒng)中，企業(yè)內(nèi)部一般把卸灰操作過程中，需要打開的閥門稱為卸灰閥。這些閥門開啟頻繁，介質(zhì)為磨損性強(qiáng)的壓縮氣體和除塵灰，因而使用壽命短，故障率高。某企業(yè)的卸灰閥壽命僅為三個(gè)月左右，主要故障就是閥體穿孔、密封副和球體損壞。由于卸灰閥的高故障率，許多企業(yè)都在不斷嘗試選用各種耐磨閥門，以期延長(zhǎng)使用壽命。
本文就現(xiàn)在這個(gè)位置上使用的閥門進(jìn)行一一介紹，分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)，以期為提高卸灰閥門的使用壽命做出貢獻(xiàn)。
一、圓頂閥
　　圓頂閥的最大特點(diǎn)在于擁有一個(gè)中空的可以充氣的密封圈。在閥門開啟時(shí)，密封圈泄氣，與閥門球體脫離接觸，緊接著球體轉(zhuǎn)動(dòng)，閥門實(shí)現(xiàn)開啟；在此過程中，密封圈與球體無接觸無磨損。在閥門關(guān)閉時(shí)，密封圈充氣，與球體緊密接觸，實(shí)現(xiàn)密封。
　　圓頂閥的優(yōu)點(diǎn)主要有三點(diǎn)。一是充氣的密封圈可對(duì)球體的部分磨損實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命。二是由于密封圈在磨損泄漏后會(huì)無法保持密封圈腔體的壓力，從而可以通過檢測(cè)密封圈腔體壓力的變化獲得密封圈磨損的狀況。三是彈性的可膨脹密封圈可以內(nèi)陷物料顆粒，避免了由于壓差作用物料顆粒發(fā)生滑動(dòng)，對(duì)閥座和密封圈的磨損。
　　圓頂閥的主要缺點(diǎn)有二點(diǎn)。一是不耐磨損。在密封圈泄氣的瞬間，閥門兩端的壓力差使得含塵氣體迅速通過密封圈與球體的狹窄空間，含塵氣體磨損球體和密封圈。密封圈雖都是由耐磨橡膠制成，但是耐磨橡膠硬度低，不耐灰塵的磨損，從而容易被磨出微孔造成漏氣而導(dǎo)致密封失效。二是不能應(yīng)用于高溫工況。中空橡膠圈耐高溫性能差，對(duì)于介質(zhì)溫度大于一百攝氏度的工況，如發(fā)電廠省煤器出來的煤灰，圓頂閥不能使用。
二、耐磨球閥
　　耐磨球閥是在煤氣干法除塵卸灰工位上常見的一種閥門。它的結(jié)構(gòu)與一般的球閥差異不大，也有固定式和浮動(dòng)式的兩種。它與普通球閥的主要區(qū)別在于材質(zhì)。耐磨球閥的球體和閥座的主體材質(zhì)是耐磨金屬，或者表面采用耐磨處理，鍍鉻或超音速火焰噴涂碳化鎢等。
　　耐磨球閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，技術(shù)成熟，價(jià)格較低。能夠生產(chǎn)的生產(chǎn)廠家很多，對(duì)于采購(gòu)商來說選擇余地大。
　　耐磨球閥的缺點(diǎn)主要有三點(diǎn)。一是由于耐磨金屬或者耐磨涂層的硬度與灰塵硬度比，還是較差，同時(shí)限于表面處理工藝技術(shù)的能力表面硬化層較薄，從而導(dǎo)致耐磨球閥耐磨性能較差；在頻繁開啟的卸灰工位，使用壽命短。煤氣干法除塵系統(tǒng)卸灰工位，一般普通耐磨球閥的壽命僅三個(gè)月，長(zhǎng)的半年左右。二是球閥在啟閉過程中，球體與密封副接觸時(shí)間較長(zhǎng)，使得球體與密封副產(chǎn)生一定的摩擦，從而加速了球體和密封副的磨損失效。三是球體與閥體之間存在空隙。不少?gòu)S家生產(chǎn)的耐磨球閥由于加工技術(shù)和工藝設(shè)計(jì)的不足，經(jīng)常導(dǎo)致這些空隙里進(jìn)入微細(xì)的顆粒，導(dǎo)致球體轉(zhuǎn)動(dòng)卡滯，甚至不能關(guān)閉到位。
三、耐磨半球閥
　　耐磨半球閥是在耐磨球閥基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。它的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是球體的軸線與密封副的軸線存在一定的偏離，從而使得閥門在啟閉過程中可以縮短球體與密封副接觸的時(shí)間，減少兩者的磨損。
　　耐磨半球閥選用的材質(zhì)與耐磨球閥的基本一致。與耐磨球閥相比，耐磨半球閥開關(guān)動(dòng)作迅速，耐磨性能進(jìn)一步增強(qiáng)。球體與閥座之間存在的偏心結(jié)構(gòu)，使得球體能夠自動(dòng)補(bǔ)償磨損，同時(shí)閥門在啟閉時(shí)球體可以更加迅速地接近或脫離，減少了球體和閥座之間的接觸時(shí)間降低了磨損。但是對(duì)于開關(guān)頻繁的卸灰工位，使用壽命仍舊不理想。最關(guān)鍵的原因是材質(zhì)性能，不能長(zhǎng)期承受飛灰的摩擦沖擊。另外一點(diǎn)，與耐磨球閥一樣，球體與閥體之間存在空隙，雖然半球閥的空隙空間小了一半。閥門在關(guān)閉過程中，空隙可能進(jìn)入灰塵，使得球體不能旋轉(zhuǎn)到位。事實(shí)上，在卸灰系統(tǒng)中發(fā)生故障的半球閥，故障原因大都與這個(gè)空隙有關(guān)?？障哆M(jìn)入灰塵后，球體轉(zhuǎn)動(dòng)不到位，密封副之間存在細(xì)微的空間，在閥門兩端存在壓力差的情況下，這個(gè)細(xì)微的空間有含塵氣體快速通過。通過的含塵氣體迅速磨損球體和閥座，有的甚至造成球體出現(xiàn)凹槽，閥體出現(xiàn)穿孔。
四、陶瓷球閥
　　陶瓷球閥的結(jié)構(gòu)與耐磨球閥的基本一致。兩者的關(guān)鍵不同在于材質(zhì)。陶瓷球閥的球體和密封副采用結(jié)構(gòu)陶瓷，由主要成分為氧化鋁和氧化鋯的原料經(jīng)注漿或等靜壓成型后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。結(jié)構(gòu)陶瓷硬度高，達(dá)到HRC88，且克服了一般陶瓷脆性大的缺點(diǎn)，綜合機(jī)械性能好，耐磨性能遠(yuǎn)超過耐磨金屬。但是陶瓷球閥在卸灰工位上使用的效果比較差，主要故障就是球體碎裂。經(jīng)解體分析，球體碎裂的原因就是球體與閥體之間的空隙進(jìn)入了灰塵，進(jìn)入的灰塵在空隙中集聚到一定程度，就會(huì)對(duì)球體的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙，形成反向扭矩。空心的陶瓷球體抗剪切性能較差，容易碎裂。
五、陶瓷半球閥
　　陶瓷半球閥的基本結(jié)構(gòu)與耐磨半球閥相似。主要的不同是陶瓷半球閥的半球體的球冠是結(jié)構(gòu)陶瓷，閥座是結(jié)構(gòu)陶瓷。陶瓷半球閥既繼承了耐磨半球閥結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)，又具有了陶瓷材料耐磨的特點(diǎn)，同時(shí)避免了陶瓷全球體不耐剪切力的缺陷。在實(shí)際應(yīng)用過程中，陶瓷半球閥表現(xiàn)出了較好的無故障壽命時(shí)間。然而，它本身仍然具有球閥固有的缺陷，球體與閥體之間的空隙容易被進(jìn)入微細(xì)的顆粒，阻礙球體的轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至使得球體關(guān)閉不到位。
六、陶瓷雙閘板閘閥
　　陶瓷雙閘板閘閥是一種平行式雙閘板閥門。兩塊閥板之間有彈簧，可以自動(dòng)補(bǔ)償閥板和閥座之間的磨損，又可以使得閥板和閥座始終保持緊密接觸防止灰塵進(jìn)入。閥板和閥桿支撐特殊設(shè)計(jì)，可以使得閥板在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)有自旋轉(zhuǎn)，從而使得閥板和閥座可以磨損均勻。閥板和閥座密封副采用結(jié)構(gòu)陶瓷。陶瓷雙閘板閘閥在火力發(fā)電廠氣力輸灰系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，壽命長(zhǎng)。然而在高爐煤氣干法除塵卸灰輸送系統(tǒng)中，在卸灰閥這個(gè)工位上，陶瓷雙閘板閘閥的使用效果很差。主要故障表現(xiàn)在閥門開關(guān)不到位，一般的兩到三天就會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問題。經(jīng)解體后發(fā)現(xiàn)，閥體腔體積聚了較多的灰塵，灰塵阻礙了閥板的滑動(dòng)。之所以在煤氣干法除塵卸灰輸送系統(tǒng)中出現(xiàn)這種故障而在火力發(fā)電廠氣力輸灰系統(tǒng)中不出現(xiàn)，根本的原因在與在火力發(fā)電廠的系統(tǒng)中陶瓷雙閘板閘閥是在水平管道垂直安裝的，而在高爐煤氣系統(tǒng)中它是在垂直管道水平安裝的。閘閥在啟閉過程中，含塵流體的流線紊亂，會(huì)有一部分灰塵繞過閥板進(jìn)入到體腔。在水平管道垂直安裝時(shí)，灰塵由于重力的作用會(huì)落下來，不至于積存在體腔；而在垂直管道水平安裝時(shí)，灰塵無法落下來只會(huì)不斷在體腔集聚。
　　在高爐煤氣干法除塵卸灰輸送系統(tǒng)中，卸灰閥這個(gè)工位工況惡劣，啟閉頻繁，含塵氣體對(duì)閥門磨損性強(qiáng)，對(duì)閥門的耐磨性能要求很高。現(xiàn)在可供各個(gè)企業(yè)使用的耐磨閥門種類多樣，每種都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，從實(shí)際使用效果來看，還沒有一種閥門完全較好地滿足這個(gè)工位的要求。