烧结烟气循环切换阀选型及技术要求

钱 明 白丽霞

（宁波钢铁有限公司 浙江宁波）

一、概述

环保节能一直是国内钢铁行业追求的目标，宁钢首次在烧结系统上研制使用了烧结烟气循环利用技术，烧结烟气通过烧结机风箱支管输送到烟气循环和主烟道，通过控制支管之间的切换阀的开闭，实现气体流向的切换。烧结烟气含粉尘量大、温度高，部分区段还有一定湿度，对阀门的冲刷、腐蚀比较大，系统的风量和负压变化也较大，对阀门的冲击较大，同时阀门切换频繁，工况复杂，因此，阀门选型难度较大。合理选择切换阀的结构形式、准确确定阀门的技术要求，对烟气循环系统正常运行非常关键。

二、烟气循环切换阀的使用要求及工艺布置

烟气循环切换阀用来切换烧结烟气的流动方向，正常生产时，烟气循环管道畅通，烧结机产生的烟气通过烧结机的风箱支管，进入烟气循环管道，通过烟气循环系统，完成烟气处理、余热回收的环节。烟气循环系统检修时，烟气循环管道关闭，大烟道畅通，烧结烟气通过烧结大烟道放空（图1）。

图1 烟气循环切换阀布置

烧结机产生的烟气温度约为200～400℃，含有一定量的粉尘（6～10 g/m3），流动的高温烟气对切换阀的阀板产生冲蚀，同时在阀门开关过程中还存在一定的负压，对切换阀的开关造成冲击，此外，风箱支管和烟气循环管道和大烟道布置非常紧凑，安装空间有限。因此要求切换阀耐高温、耐磨、耐腐蚀，能够承受一定的负压（工作压力为-18 000 Pa，耐压-21 000 Pa），在满足强度的前提下，尽量减少体积和自重，缩小安装空间，能够实现远程控制，要求阀门开关时间≤10s。

三、烟气循环三通切换阀结构与技术要求

1.气体切换阀门结构比较

（1）插板阀。通过插板的移动实现气体管路的开闭。这种阀门结构简单、制造工艺成熟。而且直线式的插板阀可以使阀门尽量向上布置，接近风箱支管、烟气循环支管和大烟道支管的三通，保证阀门关闭处的直管内积灰量最少。但由于阀板的密封面在开闭时暴露在阀体外面，容易损坏，需要经常更换密封。而且阀体外形尺寸大、设备重量重，要求操作空间也大，阀杆会伸出厂房外，还需要重做设备基础，设备费、施工费高。

（2）扇形盲板阀。通过阀板的旋转来实现管路的开闭，这种阀门结构简单、制造工艺也相对成熟。但是也存在密封面容易损坏的问题，而且这种阀门要求烟气循环支管和大烟道支管之间的距离更大，使三通的尺寸变大，阀门距离三通也更远，增加了积灰量，费用比插板阀更高。

（3）翻板阀。通过翻板的上下动作实现气体管路的开闭，翻板阀结构简单、体积小、重量轻，制造成本低，便于安装和维护。翻板阀的结构形式不容易积灰，可以尽量靠近三通的位置布置，大大减小三通的设备尺寸。缺点是密封性较差，工作时大烟道和烟气循环管道之间容易相互串风，在高温、含尘量大的介质中，翻板刚性不好，容易变形、卡住，无法实现切换的动作。

2.烟气循环三通切换阀结构选择

经过分析和讨论，现场空间工艺布置要求阀门连同三通总高度不能超过5.2 m，在安装和操作空间制约较大的情况下，决定选择体积最小、重量最轻、制造成本最低的翻板阀的形式，在传统翻板阀的基础上进行改进，根据现场工况，对翻板的材料、结构进行特殊的设计，使它达到耐高温、耐磨、耐腐蚀、减少冲击、保证漏风率的要求。

两个烟气循环三通切换阀分别设置在烟气循环、主烟道支管上，通过气缸带动摆臂使阀轴旋转，从而带动阀板作90°旋转，使阀板与密封座接触起到开关闭合的作用。气缸活塞伸出时，阀板关闭，0位时，阀板打开。阀门气动装置通过三通电磁阀进行气源的变换，当一个阀门打开的同时另一个阀门自动关闭，实现联锁，保证烟气循环、主烟道支管始终有一个支管处于开启状态。阀门在关闭状态时通过气缸头部自锁装置将阀板在密封状态时锁定不动，确保阀门密封状态良好，另外阀门还带有手动装置，只要将手轮旋转也可以方便地打开和关闭阀门。

3.烟气循环切换阀技术要求

（1）三通管材料。由于烧结烟气含尘浓度较高，介质温度在400℃左右，所以对三通管及阀门要求也比较高，壳体内衬选用耐高温、耐磨损材料制作，内衬材料选用KmTBCr26,为便于安装和更换，每个衬板为标准规格，用螺栓固定在壳体上,为防止热膨胀变形,每个衬板之间留有5

mm间隙，阀座及阀板密封材料选用耐高温、耐腐蚀、耐磨的高铬高镍合金，为确保阀门整体使用寿命，阀门制造完毕后内外表面全部采用喷丸除锈处理。

（2）阀门材料。阀体采用Q235-B，阀体内部除了阀板背风侧外，其他3面均镶嵌高铬铸铁衬板，外壳和法兰边考虑防止热膨胀变形，在适当位置加设加强筋。阀体外侧与摆臂之间增加弹簧缓冲机构，阀体密封座用紧固件固定在阀体上，阀板做成与阀轴套焊接连接，阀板表面铺标准及异形的耐磨衬板，堆焊耐磨材料。阀杆轴采用2Cr13，阀板与阀杆轴套用锥销连接，可以方便的拆装阀座密封。

（3）阀板经过核算负压工况下阀板自重和灰尘重量的承载能力计算出变形量，把阀板迎风面做成凸面型式，并堆焊耐高温、防腐、耐磨的高铬高镍合金，使阀门无论在关闭和开启时都能减少对正面受压的影响，阀板背面设置加强筋以增加刚度和强度。

（4）为了确保传动的平稳性，阀轴采用滚动轴承支承，同时阀轴支撑方式选择简支梁的形式，在阀轴的两端都配置了轴承，提高阀板的支撑刚性，降低由于阀板自重、灰尘重量和风压产生的弯矩。

（5）阀门自锁。由于普通的翻板阀密封性能不好，为了防止烧结烟气在支管之间窜风，借鉴了高炉炉顶钟阀的自锁机构（图2），在阀门驱动装置中设计了自锁装置。阀板关闭状态时，依靠自锁装置使阀板保持在固定位置，而不会因为管道负压使阀板移动，保证了阀门的密封。

（6）为了保证切换阀快速开闭，采用气缸驱动，驱动气缸具备缓冲、保压功能，降低阀门在开闭过程中因自重和负压产生的冲击力。同时阀板背后设计了弹簧缓冲装置和气缸限位开关，以提高阀板开关的平稳性。

图2 阀门自锁装置

（7）阀门工作状态均为全开或全闭，在阀门内部设置限位块，防止阀板在风压作用下动作过快造成冲击。

按以上要求设计的阀门（图3）总体高度为3.45 m，大大缩小了安装空间，整套阀门整体结构紧凑、开启方便、流阻小。

图3 烟气循环切换阀

四、使用效果

烟气循环专用三通切阀在2012年投入使用，使用1年多效果良好，不仅完全满足了烟气循环的工况要求，而且大大节约了制造成本。烟气循环做为一项环保节能的新技术在国内有着非常广阔的推广空间，随着烟气循环技术的推广使用，烟气循环三通切换阀也会有更大的使用空间。