有色金属火法冶炼系统大口径阀门配置应用与实践

2021-12-10苏江峰陈儒稼史庆康

硫酸工业 2021年9期

苏江峰，陈儒稼，申健，史庆康

（国投金城冶金有限责任公司，河南灵宝472500）

某公司有色金属火法冶炼系统采用富氧底吹造锍捕金自热熔炼技术，熔炼炉所产生的高温高含尘烟气经熔炼余热锅炉、静电除尘器、干法收砷装置处理后，洁净烟气送入制酸净化工序稀酸洗涤净化，经二转二吸制酸工艺生产w（H2SO4）98%或93%的成品硫酸，制酸尾气脱硫达标后排放[1]。

该公司熔炼系统所产生的烟气具有温度高、粉尘含量大、成分复杂的特性，且由于烟气中三氧化硫含量较大，产出的灰易出现发粘发潮易黏结的情况。在处理高温含尘烟气时，由于烟道尺寸较大，直径通常在500～3 000 mm，大部分烟道所采用的阀门为电动或手动蝶阀，易在蝶阀阀板处形成积灰，对系统造成影响。根据某公司的实际生产情况，对有色冶炼过程烟道大口径电动蝶阀、电动盲板阀与电动钟罩阀的应用情况进行对比，分析其优缺点，为阀门选型提供参考。

1 大口径阀门介绍

1.1 蝶阀

蝶阀由阀体、蝶板及阀杆等部件组成，是有色冶炼各系统应用最多的一种阀门，大量用作烟道的隔离阀，也用于需频繁开关的管路上，起到调节烟气的作用。蝶阀可电动、气动或手动操作。该公司熔炼系统烟道采用的阀门大多为电动蝶阀。电动蝶阀的阀板是一个圆盘，执行器通过给定信号控制阀杆在0～90°往复回转实现阀门的开闭。

1.2 电动盲板阀

电动盲板阀主要由左阀体、右阀体、万向轴、丝杠、阀板及密封圈等部件组成，并由底座、支撑柱构成一个刚性结构实体，阀门中设有阀体夹紧装置和阀板移动装置。阀体框架采用16 mm优质碳素钢板，通道及阀板采用316L不锈钢材质，保证了阀门的使用强度与耐腐蚀性。该公司熔炼系统的电动盲板阀应用于收砷系统旁通烟道及骤冷塔进口烟道处。电动盲板阀在开关时，先松开加紧装置，通过4个万向轴、3根丝杠的驱动，使阀体和阀板完全脱离，然后开启或关闭阀门，控制阀门盲板与通达孔沿滑道移动，达到切换烟气的目的。移动完成后，再次启动加紧装置，使阀体与阀板密封。

1.3 钟罩阀

钟罩阀主要由阀体、阀盖、阀座、阀杆、支撑架、连接架、填料函体及执行机构等部件组成。钟罩阀具有耐高温、结构简单、操作灵活可靠、维修方便，且可通过DCS实行自动调节等优点，在冶炼、化工等行业广泛应用。该公司电动钟罩阀安装的位置大都选择在熔炼、吹炼等大型风机出口烟道上，作为风机出口烟气的开关阀。

2 3种阀门的优缺点

2.1 电动蝶阀

电动蝶阀具有以下优点：

1）结构简单、体积较小、操作方便。

2）具备流量调节功能，在不调整风机的情况下可起到风门的作用，调整该设备或检修处的负压。

3）适用于需频繁调节的情况。电动蝶阀调节时，相较于电动盲板阀更易于操作，操作步骤简单，切换时间短，适用于烟气频繁切换的情况。

4）价格较低，易安装，安装环境要求低于电动盲板阀。

由于蝶阀始终处于高温高粉尘烟气中，其阀杆和阀板易被烟气腐蚀，且易被黏性较大的烟尘粘附，对阀门关闭后的密封性造成影响。根据该公司实际生产过程遇到的问题，总结其有以下缺点：

1）阀板处易积灰，且运行时间越长积灰情况越严重。阀板处作业空间小，积灰清理难度较大。由于阀板处于管道的内部，在系统运行过程中，烟气中的粉尘在该处遇到阻挡而聚集在阀板及蝶阀底部，随着运行时间的延长，阀板与蝶阀底部的积灰越来越多，造成系统阻力增大，只能通过人工定期清理阀板及阀门底部的积灰。由于系统的特殊性，管道不能冷却降温，烟道内部温度高，存在一定的有害气体和粉尘，同时作业空间小，特别是在阀板处。作业环境恶劣，安全系数低，进一步增加了积灰清理的难度。

2）锈蚀严重，阀杆变形，阀门难以动作。由于熔炼系统产生的烟气温度较高，经常在300～400 ℃，过高的负压、流动的高温烟气对阀杆与阀板产生一定的冲蚀，在烟尘性质变化出现发黏时，易在阀板与阀杆上形成黏结物。腐蚀严重时，阀杆变形，阀门动作幅度大幅减小，无法起到应有的闭合截流作用。阀门无法起到闭合作用会对系统生产造成不利影响。

3）电动蝶阀因阀板与底部积灰，易造成阀板关闭不严，造成系统之间不能彻底切断。冶炼行业由于烟气管路走向复杂，各系统之间需经过阀门进行隔断与并入。各系统之间若不能完全断开，存在串气，就不能对已经停止运行准备检修的设备或工序进行单独维修。若整体停车，又大幅影响系统的开车率，对企业的经济造成影响。故障系统单独停车时，因烟气互串，对故障系统检修造成困难，影响检修效率，同时，检修时的安全系数降低，检修风险增高。

2.2 电动盲板阀

电动盲板阀具有以下优点：

1）阀门关闭时，对烟气阻断性能好，密封性能好。其良好的密封性能，可避免烟气互串，使用安全系数较高，能有效地控制烟气的走向。

2）阀门打开时，运行阻力小。电动盲板阀具有和插板阀一样的优点，在全开的状态下，对烟气造成的阻力较小。同时避免了烟气中的粉尘在阀门处的堆积结块造成系统阻力升高、系统的运行负荷下降，有效提高系统运行率。

3）在使用过程中，由于阀板处于烟道外部，不经过高温烟气冲刷，减少了烟尘在阀板上的过量沉积，阀板的使用寿命较长，不易变形，可长时间保持良好的气密性。同时，便于人员清理阀板积灰及烟道处内部积灰。阀门的维修保养、积灰清理难度低于电动蝶阀。

电动盲板阀的缺点主要有：

1）安装位置要求相对较高。由于电动盲板阀自身较大较重，安装部位需要有足够的空间和承重能力。

2）在切换过程中，由于加紧装置需先松开成打开状态，在切换过程中会对运行系统的负压造成明显影响。

3）切换时间比电动蝶阀长，切换过程人员需现场跟进，观察阀门切换时各万向轴工作是否同步。电动盲板阀仅可做开关阀，不具备气量调节功能。

2.3 电动钟罩阀

电动钟罩阀具有以下优点：

1）结构简单，操作灵活可靠，维修方便。

2）电动钟罩阀比蝶阀和盲板阀调节过程更为迅速灵敏。

3）阀门状态比蝶阀更便于观察。相较于蝶阀，在调节钟罩阀的过程中，在现场人员可通过阀杆运动状态观察阀门调整状态。

4）相较于蝶阀，钟罩阀在高温烟气中的时间较短，烟气腐蚀造成的影响较小。

5）相较于蝶阀与盲板阀，钟罩阀的使用寿命较长，出现故障的概率较低。该公司的钟罩阀在运行过程中，钟罩阀出现故障维修的次数远低于蝶阀与盲板阀。

电动钟罩阀的缺点主要有：

1）在运行过程中，由于阀杆需运动，随着运行时间的延长，在与阀体的连接处会存在明显缝隙，对气密性造成影响。

2）运行一段时间后，由于封盖与密封槽处积灰，会影响钟罩阀在关闭状态的密封性，对气体的隔断性相较于蝶阀较强，但弱于盲板阀。

3）阀杆易被烟气形成的稀酸腐蚀。由于要暴露在烟气与空气两种情况下，在运行一段时间后，阀杆上出现明显的被稀酸腐蚀的痕迹；在长时间运行后，存在阀杆断裂对生产造成影响的可能，同时酸泥和较硬的砷结晶粘在阀门周围，易导致阀门卡阻。

3 阀门优化选择

在有色冶炼系统中，烟气管道应用的阀门主要作用在于对烟气流量的调节与走向的切换或阻断，因此在选择阀门时，应从多方面综合考虑，如阀门的用途、安装的位置、使用环境及后期维护等，以保证阀门的有效运行，减少故障率和对系统造成的影响。

3.1 阀门的用途

在有色冶炼系统中，选择阀门时，根据阀门是用于截断还是可做调节进行选择，若阀门只用于截断，且对其阀门密闭性要求高时，在安装条件具备的情况下，选择使用电动盲板阀。在需要阀门进行流量调节，或阀门调节响应时间要求较短的情况下，则选择使用电动蝶阀。

同时，阀门的选择还需考虑阀门是否频繁动作。若使用的阀门长时间不能进行动作，在使用蝶阀时，会出现蝶阀被积灰卡死，无法动作的现象。在阀门存在长时间不能动作的情况，使用电动盲板阀及钟罩阀要优于使用电动蝶阀。

3.2 烟气的特性

有色火法冶炼过程中，产生的高温烟气经常含有较高的二氧化硫及三氧化硫，在系统存在漏风或漏点时，易出现酸性气体对阀门造成损害。同时，高温烟气在阀门运行的过程中会对阀门产生很大的冲力，因此选择的阀门要具备很强的抗冲击能力，不会在高温烟气的冲击下产生变形或者断裂。在烟气成分复杂，易对阀门造成腐蚀的情况下，因电动蝶阀的阀杆与阀板长时间处于烟道内部，此时，安装空间等条件都具备的情况下，使用电动盲板阀要优于使用电动蝶阀及钟罩阀，可有效减少因设备原因对生产造成的影响。

3.3 阀门的位置

根据该公司的实际生产情况，在相同烟道、相同的烟气成分，使用位置不同时，对蝶阀的使用情况有很大影响。在垂直方向烟道上使用蝶阀时，使用效果远高于在水平方向使用，故障率及积灰率都相对较低。在水平方向烟道，因重力作用，易在烟道底部造成积灰，此时使用电动蝶阀的效果较差，在条件允许可以使用电动盲板阀的情况下，使用电动盲板阀的效果要远高于使用电动蝶阀。但在垂直烟道上，考虑成本、操作便利等情况，对阀门密封性要求不高的情况下，使用电动蝶阀较好。

4 有色金属火法冶炼系统阀门的优化方案及效果

该公司有色金属火法冶炼系统优化前、后阀门配置分别见图1和图2。

图1 优化前阀门配置

图2 优化后阀门配置

阀门配置方案优化前主要存在以下问题：

1）在烟气并入收砷系统后，即主烟气经过骤冷塔及布袋收砷器，经风机后进入制酸系统，由于布袋收砷器旁通管道有一个电动蝶阀，蝶阀处因存在积灰导致关闭不严，造成部分烟气未经过骤冷塔及布袋收砷器，直接由旁通烟道进入后续制酸系统，降低了骤冷塔及布袋收砷器的砷回收率，同时增大了制酸系统稀酸中杂质的含量，增加了稀酸处理成本。

2）在烟气并入收砷系统后，即熔炼烟气经过骤冷塔及布袋收砷器，经风机后进入制酸系统，同时吹炼烟气也送入同一套制酸系统。在布袋收砷器旁通烟道电动蝶阀关闭不严的情况下，有一部分熔炼烟气经旁通烟道送至制酸系统，对收砷系统控制熔炼系统负压时造成影响，同时增大了吹炼系统在调整负压时对熔炼系统负压的影响，造成熔炼系统负压波动，此情况在旁通烟道电动蝶阀运行时间越久，间隙越大时越明显。

3）在骤冷塔及布袋收砷器检修作业时，因骤冷塔进口蝶阀关闭不严，引起烟气互串，威胁检修人员安全，同时漏风腐蚀设备。

为解决上述问题，该公司在骤冷塔进口、布袋收砷器出口及布袋收砷器旁通管道各增加1台电动盲板阀，优化配置后系统达到了预期效果：

1）由于电动盲板阀在关闭时对烟气实现彻底阻断，密封性能好，在旁通烟道电动蝶阀因积灰关闭不严时，能彻底消除熔炼烟气走旁通烟道的现象，降低吹炼系统及制酸系统烟气在运行过程中负压波动，同时消除在负压调整时对熔炼系统负压的影响，有效稳定了熔炼系统负压，便于收砷系统更稳定地运行。

2）优化后，在收砷系统运行期间，由于旁通烟道可以彻底阻断，烟气全部从收砷系统经过，提高了系统对烟气中烟尘和砷的回收率，同时便于操作人员更精准地判断和发现系统阻力的变化情况。与优化前相比，收砷系统开车期间，制酸系统净化酸泥量及砷含量明显减少，有效提高了烟气中的烟尘及砷的回收率，减少其后移，同时降低了污水车间的生产成本及人员劳动强度。

3）在骤冷塔及布袋收砷器检修期间，骤冷塔及布袋收砷器可与制酸系统彻底断开，避免了因蝶阀关闭不严引起的烟气互串，解决了漏风问题，消除了检修作业人员的安全隐患。