静电除尘系统中自闭式安全泄爆阀的弹簧选择

2017-08-30张晓剑李建刚

中国设备工程 2017年16期

关键词：电除尘器闭式螺杆

张晓剑，李建刚

（江苏神通阀门股份有限公司，江苏启东 226232）

静电除尘系统中自闭式安全泄爆阀的弹簧选择

张晓剑，李建刚

（江苏神通阀门股份有限公司，江苏启东 226232）

本文通过对自闭式安全泄爆阀的使用工况、功能要求的分析，主要阐述了自闭式安全泄爆阀的结构原理，重点讨论了自闭式安全泄爆阀关键弹簧参数的设计及选择，并进行了实验验证。

静电除尘；自闭式安全泄爆阀；弹簧；环保

钢铁行业是与国民经济息息相关的产业，同时又是高耗能、高污染的行业，面临着很大的环保与节能压力，高炉煤气干法布袋除尘成为钢铁行业节能环保的重要手段之一。高炉煤气干法布袋除尘技术同传统的高炉煤气湿法除尘技术相比，提高了煤气净化程度、煤气温度和热值，可以显著降低炼铁生产过程的新水消耗和动力消耗，还可提高二次能源的利用率、减少环境污染，是21世纪高炉实现节能减排、清洁生产的重要技术创新。干法静电除尘具有能耗低、耗水量小，环保效果明显等优点，是钢铁工业发展循环经济、实现可持续发展的重要技术途径，已成为当今高炉炼铁技术的发展方向。其工艺流程如图1所示。

转炉1500℃的高温烟气经汽化冷却烟道后温度降至800℃，然后进入蒸发冷却器。高压水经雾化喷嘴喷出将烟气温度直接降至170℃，喷水量由综合控制系统通过对烟气含热量的计算进行精确控制，使喷出的水正好能够完全蒸发；喷水降温的同时对烟气进行调质处理，使粉尘的比电阻有利于电除尘器的收集。通过蒸发冷却器的烟气中约45%的粗粉尘降到底部，然后经卸灰阀排出。降温和调质后的烟气进入圆形除尘器，其入口处设有气流分布板，通过对气流分布板的布置，可以使烟气在圆筒形电除尘器内呈柱塞状流动，可有效避免气体混合，减少爆炸成因。静电除尘器进口、出口装有自闭式安全泄爆阀，以疏导可能产生的高压冲击波。经过静电除尘器除尘后烟气中含尘量降至8mg/m3。收集的粉尘通过扇形刮板器，链式输送机和卸灰阀排出。

图1 静电干法除尘系统工艺流程图

1 结构原理

静电除尘器是利用高压不均匀电场使烟气中的气体分子电离，产生大量电子和离子，在电场力的作用下向两极移动。静电除尘系统中燃烧产生的烟气通过静电除尘器，加上静电除尘器内电极的放电，当系统中的氧气和一氧化碳达到一定的浓度时就会产生爆炸，爆炸产生的冲击波会导致除尘器内部压力骤然上升，为防止骤然上升的压力对除尘器和除尘系统其它设备产生危害，在静电除尘器上安装了自闭式安全泄爆阀，当除尘器内部压力大于泄爆阀的起跳压力时自动泄压、泄爆，当内部压力小于起跳压力时自动复位。爆炸压力越大泄爆阀开启高度越高，即能泄放出大量的爆炸气体。自闭式安全泄爆阀作为静电除尘器安全运行的重要措施，其主要组成如图2所示，具有带法兰盘的阀体，它通过螺杆和支撑杆与上端的弹簧支架相连，螺杆包括4根导向螺杆和8根支撑螺杆，导向螺杆确保阀板在其上面能够自由滑动，支撑螺杆用于确保弹簧支架与阀体相对位置的固定。弹簧架上具有一级泄爆和多级的限压限位复位弹簧组件。

图2 自闭式安全泄爆阀示意图

2 设计参数（如图3、表1）

图3

表1

3 设计计算

要使系统压力达到5kPa时，阀门能够自动打开，开始泄爆。则需要一级弹簧的预紧压力Fx为：

式中：qMF——密封比压，MPa；

bM:密封面宽度(mm)

则密封压力为： FQ=qMF·πDMbM

式中：DM——密封面中心圆直径，mm；综上计算得出

式中：k ——弹性系数，N/mm；

x——弹簧的预压缩量，mm；

计算出弹簧的刚度。

4 实际算例（如图4、表2）

图4

表2 试验实测值

由表2得出：当静电除尘器内密封的气体发生局部爆炸，导致内部压力瞬间增大，产生的冲击力将快速推开阀板，压缩弹簧，释放能量，保护静电除尘器。根据设计参数，当瞬间产生的压力到达0．12Bar(12kPa)时，要求阀板移动的距离达到150mm。由图4可知，当压力达到0．12Bar (12kPa)时，阀板位置的位移传感器从208mm处移动至62mm，移动距离为146mm。考虑弹簧及摩擦力等误差影响，此结果在允许的误差范围内。