靜電除塵系統(tǒng)中自閉式安全泄爆閥的彈簧選擇

張曉劍，李建剛

（江蘇神通閥門股份有限公司，江蘇 啟東 226232）

靜電除塵系統(tǒng)中自閉式安全泄爆閥的彈簧選擇

張曉劍，李建剛

（江蘇神通閥門股份有限公司，江蘇 啟東 226232）

本文通過對(duì)自閉式安全泄爆閥的使用工況、功能要求的分析，主要闡述了自閉式安全泄爆閥的結(jié)構(gòu)原理，重點(diǎn)討論了自閉式安全泄爆閥關(guān)鍵彈簧參數(shù)的設(shè)計(jì)及選擇，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

靜電除塵；自閉式安全泄爆閥；彈簧；環(huán)保

鋼鐵行業(yè)是與國民經(jīng)濟(jì)息息相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，同時(shí)又是高耗能、高污染的行業(yè)，面臨著很大的環(huán)保與節(jié)能壓力，高爐煤氣干法布袋除塵成為鋼鐵行業(yè)節(jié)能環(huán)保的重要手段之一。高爐煤氣干法布袋除塵技術(shù)同傳統(tǒng)的高爐煤氣濕法除塵技術(shù)相比，提高了煤氣凈化程度、煤氣溫度和熱值，可以顯著降低煉鐵生產(chǎn)過程的新水消耗和動(dòng)力消耗，還可提高二次能源的利用率、減少環(huán)境污染，是21世紀(jì)高爐實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)的重要技術(shù)創(chuàng)新。干法靜電除塵具有能耗低、耗水量小，環(huán)保效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，是鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)途徑，已成為當(dāng)今高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展方向。其工藝流程如圖1所示。

轉(zhuǎn)爐1500℃的高溫?zé)煔饨?jīng)汽化冷卻煙道后溫度降至800℃，然后進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器。高壓水經(jīng)霧化噴嘴噴出將煙氣溫度直接降至170℃，噴水量由綜合控制系統(tǒng)通過對(duì)煙氣含熱量的計(jì)算進(jìn)行精確控制，使噴出的水正好能夠完全蒸發(fā)；噴水降溫的同時(shí)對(duì)煙氣進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使粉塵的比電阻有利于電除塵器的收集。通過蒸發(fā)冷卻器的煙氣中約45%的粗粉塵降到底部，然后經(jīng)卸灰閥排出。降溫和調(diào)質(zhì)后的煙氣進(jìn)入圓形除塵器，其入口處設(shè)有氣流分布板，通過對(duì)氣流分布板的布置，可以使煙氣在圓筒形電除塵器內(nèi)呈柱塞狀流動(dòng)，可有效避免氣體混合，減少爆炸成因。靜電除塵器進(jìn)口、出口裝有自閉式安全泄爆閥，以疏導(dǎo)可能產(chǎn)生的高壓沖擊波。經(jīng)過靜電除塵器除塵后煙氣中含塵量降至8mg/m3。收集的粉塵通過扇形刮板器，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)和卸灰閥排出。

圖1 靜電干法除塵系統(tǒng)工藝流程圖

1 結(jié)構(gòu)原理

靜電除塵器是利用高壓不均勻電場使煙氣中的氣體分子電離，產(chǎn)生大量電子和離子，在電場力的作用下向兩極移動(dòng)。靜電除塵系統(tǒng)中燃燒產(chǎn)生的煙氣通過靜電除塵器，加上靜電除塵器內(nèi)電極的放電，當(dāng)系統(tǒng)中的氧氣和一氧化碳達(dá)到一定的濃度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生爆炸，爆炸產(chǎn)生的沖擊波會(huì)導(dǎo)致除塵器內(nèi)部壓力驟然上升，為防止驟然上升的壓力對(duì)除塵器和除塵系統(tǒng)其它設(shè)備產(chǎn)生危害，在靜電除塵器上安裝了自閉式安全泄爆閥，當(dāng)除塵器內(nèi)部壓力大于泄爆閥的起跳壓力時(shí)自動(dòng)泄壓、泄爆，當(dāng)內(nèi)部壓力小于起跳壓力時(shí)自動(dòng)復(fù)位。爆炸壓力越大泄爆閥開啟高度越高，即能泄放出大量的爆炸氣體。自閉式安全泄爆閥作為靜電除塵器安全運(yùn)行的重要措施，其主要組成如圖2所示，具有帶法蘭盤的閥體，它通過螺桿和支撐桿與上端的彈簧支架相連，螺桿包括4根導(dǎo)向螺桿和8根支撐螺桿，導(dǎo)向螺桿確保閥板在其上面能夠自由滑動(dòng)，支撐螺桿用于確保彈簧支架與閥體相對(duì)位置的固定。彈簧架上具有一級(jí)泄爆和多級(jí)的限壓限位復(fù)位彈簧組件。

圖2 自閉式安全泄爆閥示意圖

2 設(shè)計(jì)參數(shù)（如圖3、表1）

圖3

表1

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

要使系統(tǒng)壓力達(dá)到5kPa時(shí)，閥門能夠自動(dòng)打開，開始泄爆。則需要一級(jí)彈簧的預(yù)緊壓力Fx為：

式中：qMF——密封比壓，MPa；

bM:密封面寬度(mm)

則密封壓力為： FQ=qMF·πDMbM

式中：DM——密封面中心圓直徑，mm；綜上計(jì)算得出

式中：k ——彈性系數(shù)，N/mm；

x——彈簧的預(yù)壓縮量，mm；

計(jì)算出彈簧的剛度。

4 實(shí)際算例（如圖4、表2）

圖4

表2 試驗(yàn)實(shí)測值

由表2得出：當(dāng)靜電除塵器內(nèi)密封的氣體發(fā)生局部爆炸，導(dǎo)致內(nèi)部壓力瞬間增大，產(chǎn)生的沖擊力將快速推開閥板，壓縮彈簧，釋放能量，保護(hù)靜電除塵器。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)瞬間產(chǎn)生的壓力到達(dá)0．12Bar(12kPa)時(shí)，要求閥板移動(dòng)的距離達(dá)到150mm。由圖4可知，當(dāng)壓力達(dá)到0．12Bar (12kPa)時(shí)，閥板位置的位移傳感器從208mm處移動(dòng)至62mm，移動(dòng)距離為146mm?？紤]彈簧及摩擦力等誤差影響，此結(jié)果在允許的誤差范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

綜上所述，自閉式安全泄爆閥的彈簧的剛度k的選擇和預(yù)壓縮量x的選擇是合適的。

[1]YB9051－98,鋼鐵企業(yè)設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)規(guī)定[M]．

[2]陸培文．實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006．

[3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四卷)[M]．北京．機(jī)械工業(yè)出版社,2004．8

TQ171.6

A

1671-0711（2017）08（下）-0141-02