您的当前位置:华林调节阀网>>调节阀论文>>调节阀设计>>简单介绍高炉煤气放散阀结构改进

简单介绍高炉煤气放散阀结构改进

目前我国家在高炉炼铁生产过程中产生大量的含尘煤气——高炉煤气,含尘浓度一般高达7g/m3~8g/m3,且灰尘粒径大而坚硬。根据炼铁生产工艺及安全的需要,高炉每次开炉、停炉、检修及事故状态休风前时,都需要对含尘煤气进行放散。煤气放散需要通过煤气放散阀来完成,目前冶金企业采用的高炉煤气放散阀大多是由阀盖、阀座、阀体、杠杆及配重砣等组成(图1),放散煤气时通过卷扬(或液压)装置驱动杠杆将阀盖打开。煤气放散阀是高炉休风作业的必备设备,是炉顶关键设备之一,其性能的好坏直接影响高炉的生产。因此,高炉操作需要煤气放散阀操作稳定可靠,在高风温、高压力的条件下,保持良好的密封性能。这就对煤气放散阀提出了更高的要求:一是结构上,要求其性能良好、开关灵活。因为煤气放散阀均为露天作业,风吹日晒,活动部位容易卡死,因而出现打不开或关不上的现象;二是密封方式上,要求选用性能良好的密封结构和密封材料。因为煤气放散阀是在高风温、高压力和高粉尘的环境下工作,密封方式不好,煤气流夹杂着粉尘就会冲刷缝隙,其密封面迅速吹损而不能工作,会直接影响高炉生产。目前国内一般采用的主要是重锤式放散阀和连杆式放散阀两种。

1 重锤式放散阀

1.1 重锤式放散阀的结构

目前中型高炉,大多采用小高压炉顶(炉顶压力约为0.15MPa~0.2MPa),一部分为常压炉顶(炉顶压力约为0.07MPa~0.12MPa)。由于设计选型的原因,有的仍然采用重锤式放散阀,如图1所示。

图1 重锤式放散阀简图

这种放散阀的特点是:结构简单,制作方便,价格便宜,密封结构为软硬结合的复合密封,硬密封是阀盖与阀座之间采用球面接触,密封的效果较好;软密封为硅橡胶。采用这种复合密封,目的就是要将放散阀关严,防止泄漏。但这种结构存在着阀盖与阀座对中性差,关闭时不易关严,而阀盖在开启时,转角很难达到90°,煤气流夹杂着粉尘容易造成对阀盖的吹损,造成密封球面出现深沟而逐步泄漏。硬密封损坏后,软密封随之即损坏,且这种重锤式放散阀是通过臂杆上的配重砣的自重来关闭调节阀的,公称压力只能在0.15MPa以下,因为炉顶压力超过0.15MPa时,阀盖就会被顶开,只有通过增加配重、调节液压油缸油压等措施使其强制性密封,但效果很不理想。以致于造成气流对其直接冲刷损坏。因此这种放散阀用于小高压炉顶,使用寿命都不长。

1.2 配重受力分析

以管径f550mm为例,其受力分析如图2。

图2 重锤式放散阀受力简图

若阀盖中心点压力为P1,流体对阀盖的整体作用力为R1,而目前马钢一铁总厂高压炉顶的平均压力为0.2MPa左右。

根据杠杆平衡原理:

而厂家制作时,实际配重只有约1400kg左右,因此高炉炉顶压力稍稍偏高,炉内压力就会将放散阀阀盖顶开,不可避免地存在煤气夹杂着粉尘对阀盖的冲刷破坏。通过以上分析,重锤式放散阀存在着公称压力低、密封方式不合理、庞大笨重、不利于维修等诸多因素,一般不适用于小高压炉顶。而连杆式放散阀的应用,解决了以上诸多方面的因素,适合高压操作的高炉放散装置。

2 连杆式放散阀

2.1 结构形式

连杆式放散阀(如图3)所示。

图3 连杆式放散阀

该阀由阀体、阀盖、连杆开合机构组成,阀盖为90°翻转,密封结构为软硬结合的复合密封,软密封为硅橡胶,硬密封面堆焊ZD5Mo(堆焊硬度HRC47),经粗磨精研,尺寸形状准确,阀盖上设有蝶形弹簧,使阀盖密封面与阀座密封面通过蝶形弹簧压紧力保持接触,并且保持一定的预紧压力。

2.2 结构分析

连杆式放散阀利用弹簧的预紧力代替原来的配重,由于阀盖上的弹簧位于阀盖中央,使阀盖无倾斜配重方向的偏心力,并且预紧力可通过弹簧来调节,厂家制作后,通过压力实验(压力一般最大值可达0.5MPa),将预紧力调至指定值(如0.25MPa,也可以现场调节弹簧的预紧力),即可安装。另外,因放散阀开启只是休风检修、炉内故障或其它工艺要求的情况下才打开或关闭,所以开启的频率很低,软密封的方式也由阀座的底平面密封改为从阀座的侧面密封(见图4)。


图4 阀盖和阀座的硬、软密封示意图

这种改进,不仅有效地改善了阀盖与阀座的密封特点,从而提高了密封效果,同时也大大提高了高炉的密封性能,延长了放散阀的使用寿命。原先的中型高炉基本上都是采用重锤式放散阀,随着高炉冶炼强度的不断提高,中型高炉逐渐采用了无料钟炉顶设备,炉内压力明显提高,重锤式放散阀越来越不适合无料钟炉顶,通过了解和论证,改为用连杆式放散阀比较实用。

3 改进前后的效果对比

从马钢一铁总厂的四座中型高炉来看,2005年上半年,采用的是重锤式放散阀,仅半年时间就更换了7台放散阀,每台放散阀平均的使用寿命不到3个月,不仅浪费了大量的人力物力,对炉况的影响也很大。经过调查和了解,采用了石家庄三环阀门厂生产的连杆式放散阀,安装后效果良好。通过两年多的应用,得出以下结论:

(1)连杆式放散阀用于小高压炉顶,其寿命至少是重锤式放散阀的5~8倍。

(2)连杆式放散阀操作的可靠性也大大优于重锤式放散阀,虽然其造价成本是重锤式放散阀的2倍左右,但在密封的性能上明显高于重锤式放散阀,同时也大大减少了对大气的污染。

参考文献

[1] 中国动力工程学会1火力发电设备技术手册M1北京:机械工业出版社,2001
[2] 朱俊1高炉煤气放散阀密封结构的改进J1冶金动力,2005.6
[3] 徐灏等1机械设计手册(第2版)M1北京:机械工业出版社,2000.6