有色金屬火法冶煉系統(tǒng)大口徑閥門配置應(yīng)用與實踐

蘇江峰，陳儒稼，申 健，史慶康

（國投金城冶金有限責(zé)任公司，河南靈寶472500）

某公司有色金屬火法冶煉系統(tǒng)采用富氧底吹造锍捕金自熱熔煉技術(shù)，熔煉爐所產(chǎn)生的高溫高含塵煙氣經(jīng)熔煉余熱鍋爐、靜電除塵器、干法收砷裝置處理后，潔凈煙氣送入制酸凈化工序稀酸洗滌凈化，經(jīng)二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝生產(chǎn)w（H2SO4）98%或93%的成品硫酸，制酸尾氣脫硫達標后排放[1]。

該公司熔煉系統(tǒng)所產(chǎn)生的煙氣具有溫度高、粉塵含量大、成分復(fù)雜的特性，且由于煙氣中三氧化硫含量較大，產(chǎn)出的灰易出現(xiàn)發(fā)粘發(fā)潮易黏結(jié)的情況。在處理高溫含塵煙氣時，由于煙道尺寸較大，直徑通常在500～3 000 mm，大部分煙道所采用的閥門為電動或手動蝶閥，易在蝶閥閥板處形成積灰，對系統(tǒng)造成影響。根據(jù)某公司的實際生產(chǎn)情況，對有色冶煉過程煙道大口徑電動蝶閥、電動盲板閥與電動鐘罩閥的應(yīng)用情況進行對比，分析其優(yōu)缺點，為閥門選型提供參考。

1 大口徑閥門介紹

1.1 蝶閥

蝶閥由閥體、蝶板及閥桿等部件組成，是有色冶煉各系統(tǒng)應(yīng)用最多的一種閥門，大量用作煙道的隔離閥，也用于需頻繁開關(guān)的管路上，起到調(diào)節(jié)煙氣的作用。蝶閥可電動、氣動或手動操作。該公司熔煉系統(tǒng)煙道采用的閥門大多為電動蝶閥。電動蝶閥的閥板是一個圓盤，執(zhí)行器通過給定信號控制閥桿在0～90°往復(fù)回轉(zhuǎn)實現(xiàn)閥門的開閉。

1.2 電動盲板閥

電動盲板閥主要由左閥體、右閥體、萬向軸、絲杠、閥板及密封圈等部件組成，并由底座、支撐柱構(gòu)成一個剛性結(jié)構(gòu)實體，閥門中設(shè)有閥體夾緊裝置和閥板移動裝置。閥體框架采用16 mm優(yōu)質(zhì)碳素鋼板，通道及閥板采用316L不銹鋼材質(zhì)，保證了閥門的使用強度與耐腐蝕性。該公司熔煉系統(tǒng)的電動盲板閥應(yīng)用于收砷系統(tǒng)旁通煙道及驟冷塔進口煙道處。電動盲板閥在開關(guān)時，先松開加緊裝置，通過4個萬向軸、3根絲杠的驅(qū)動，使閥體和閥板完全脫離，然后開啟或關(guān)閉閥門，控制閥門盲板與通達孔沿滑道移動，達到切換煙氣的目的。移動完成后，再次啟動加緊裝置，使閥體與閥板密封。

1.3 鐘罩閥

鐘罩閥主要由閥體、閥蓋、閥座、閥桿、支撐架、連接架、填料函體及執(zhí)行機構(gòu)等部件組成。鐘罩閥具有耐高溫、結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活可靠、維修方便，且可通過DCS實行自動調(diào)節(jié)等優(yōu)點，在冶煉、化工等行業(yè)廣泛應(yīng)用。該公司電動鐘罩閥安裝的位置大都選擇在熔煉、吹煉等大型風(fēng)機出口煙道上，作為風(fēng)機出口煙氣的開關(guān)閥。

2 3種閥門的優(yōu)缺點

2.1 電動蝶閥

電動蝶閥具有以下優(yōu)點：

1）結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、操作方便。

2）具備流量調(diào)節(jié)功能，在不調(diào)整風(fēng)機的情況下可起到風(fēng)門的作用，調(diào)整該設(shè)備或檢修處的負壓。

3）適用于需頻繁調(diào)節(jié)的情況。電動蝶閥調(diào)節(jié)時，相較于電動盲板閥更易于操作，操作步驟簡單，切換時間短，適用于煙氣頻繁切換的情況。

4）價格較低，易安裝，安裝環(huán)境要求低于電動盲板閥。

由于蝶閥始終處于高溫高粉塵煙氣中，其閥桿和閥板易被煙氣腐蝕，且易被黏性較大的煙塵粘附，對閥門關(guān)閉后的密封性造成影響。根據(jù)該公司實際生產(chǎn)過程遇到的問題，總結(jié)其有以下缺點：

1）閥板處易積灰，且運行時間越長積灰情況越嚴重。閥板處作業(yè)空間小，積灰清理難度較大。由于閥板處于管道的內(nèi)部，在系統(tǒng)運行過程中，煙氣中的粉塵在該處遇到阻擋而聚集在閥板及蝶閥底部，隨著運行時間的延長，閥板與蝶閥底部的積灰越來越多，造成系統(tǒng)阻力增大，只能通過人工定期清理閥板及閥門底部的積灰。由于系統(tǒng)的特殊性，管道不能冷卻降溫，煙道內(nèi)部溫度高，存在一定的有害氣體和粉塵，同時作業(yè)空間小，特別是在閥板處。作業(yè)環(huán)境惡劣，安全系數(shù)低，進一步增加了積灰清理的難度。

2）銹蝕嚴重，閥桿變形，閥門難以動作。由于熔煉系統(tǒng)產(chǎn)生的煙氣溫度較高，經(jīng)常在300～400 ℃，過高的負壓、流動的高溫?zé)煔鈱﹂y桿與閥板產(chǎn)生一定的沖蝕，在煙塵性質(zhì)變化出現(xiàn)發(fā)黏時，易在閥板與閥桿上形成黏結(jié)物。腐蝕嚴重時，閥桿變形，閥門動作幅度大幅減小，無法起到應(yīng)有的閉合截流作用。閥門無法起到閉合作用會對系統(tǒng)生產(chǎn)造成不利影響。

3）電動蝶閥因閥板與底部積灰，易造成閥板關(guān)閉不嚴，造成系統(tǒng)之間不能徹底切斷。冶煉行業(yè)由于煙氣管路走向復(fù)雜，各系統(tǒng)之間需經(jīng)過閥門進行隔斷與并入。各系統(tǒng)之間若不能完全斷開，存在串氣，就不能對已經(jīng)停止運行準備檢修的設(shè)備或工序進行單獨維修。若整體停車，又大幅影響系統(tǒng)的開車率，對企業(yè)的經(jīng)濟造成影響。故障系統(tǒng)單獨停車時，因煙氣互串，對故障系統(tǒng)檢修造成困難，影響檢修效率，同時，檢修時的安全系數(shù)降低，檢修風(fēng)險增高。

2.2 電動盲板閥

電動盲板閥具有以下優(yōu)點：

1）閥門關(guān)閉時，對煙氣阻斷性能好，密封性能好。其良好的密封性能，可避免煙氣互串，使用安全系數(shù)較高，能有效地控制煙氣的走向。

2）閥門打開時，運行阻力小。電動盲板閥具有和插板閥一樣的優(yōu)點，在全開的狀態(tài)下，對煙氣造成的阻力較小。同時避免了煙氣中的粉塵在閥門處的堆積結(jié)塊造成系統(tǒng)阻力升高、系統(tǒng)的運行負荷下降，有效提高系統(tǒng)運行率。

3）在使用過程中，由于閥板處于煙道外部，不經(jīng)過高溫?zé)煔鉀_刷，減少了煙塵在閥板上的過量沉積，閥板的使用壽命較長，不易變形，可長時間保持良好的氣密性。同時，便于人員清理閥板積灰及煙道處內(nèi)部積灰。閥門的維修保養(yǎng)、積灰清理難度低于電動蝶閥。

電動盲板閥的缺點主要有：

1）安裝位置要求相對較高。由于電動盲板閥自身較大較重，安裝部位需要有足夠的空間和承重能力。

2）在切換過程中，由于加緊裝置需先松開成打開狀態(tài)，在切換過程中會對運行系統(tǒng)的負壓造成明顯影響。

3）切換時間比電動蝶閥長，切換過程人員需現(xiàn)場跟進，觀察閥門切換時各萬向軸工作是否同步。電動盲板閥僅可做開關(guān)閥，不具備氣量調(diào)節(jié)功能。

2.3 電動鐘罩閥

電動鐘罩閥具有以下優(yōu)點：

1）結(jié)構(gòu)簡單，操作靈活可靠，維修方便。

2）電動鐘罩閥比蝶閥和盲板閥調(diào)節(jié)過程更為迅速靈敏。

3）閥門狀態(tài)比蝶閥更便于觀察。相較于蝶閥，在調(diào)節(jié)鐘罩閥的過程中，在現(xiàn)場人員可通過閥桿運動狀態(tài)觀察閥門調(diào)整狀態(tài)。

4）相較于蝶閥，鐘罩閥在高溫?zé)煔庵械臅r間較短，煙氣腐蝕造成的影響較小。

5）相較于蝶閥與盲板閥，鐘罩閥的使用壽命較長，出現(xiàn)故障的概率較低。該公司的鐘罩閥在運行過程中，鐘罩閥出現(xiàn)故障維修的次數(shù)遠低于蝶閥與盲板閥。

電動鐘罩閥的缺點主要有：

1）在運行過程中，由于閥桿需運動，隨著運行時間的延長，在與閥體的連接處會存在明顯縫隙，對氣密性造成影響。

2）運行一段時間后，由于封蓋與密封槽處積灰，會影響鐘罩閥在關(guān)閉狀態(tài)的密封性，對氣體的隔斷性相較于蝶閥較強，但弱于盲板閥。

3）閥桿易被煙氣形成的稀酸腐蝕。由于要暴露在煙氣與空氣兩種情況下，在運行一段時間后，閥桿上出現(xiàn)明顯的被稀酸腐蝕的痕跡；在長時間運行后，存在閥桿斷裂對生產(chǎn)造成影響的可能，同時酸泥和較硬的砷結(jié)晶粘在閥門周圍，易導(dǎo)致閥門卡阻。

3 閥門優(yōu)化選擇

在有色冶煉系統(tǒng)中，煙氣管道應(yīng)用的閥門主要作用在于對煙氣流量的調(diào)節(jié)與走向的切換或阻斷，因此在選擇閥門時，應(yīng)從多方面綜合考慮，如閥門的用途、安裝的位置、使用環(huán)境及后期維護等，以保證閥門的有效運行，減少故障率和對系統(tǒng)造成的影響。

3.1 閥門的用途

在有色冶煉系統(tǒng)中，選擇閥門時，根據(jù)閥門是用于截斷還是可做調(diào)節(jié)進行選擇，若閥門只用于截斷，且對其閥門密閉性要求高時，在安裝條件具備的情況下，選擇使用電動盲板閥。在需要閥門進行流量調(diào)節(jié)，或閥門調(diào)節(jié)響應(yīng)時間要求較短的情況下，則選擇使用電動蝶閥。

同時，閥門的選擇還需考慮閥門是否頻繁動作。若使用的閥門長時間不能進行動作，在使用蝶閥時，會出現(xiàn)蝶閥被積灰卡死，無法動作的現(xiàn)象。在閥門存在長時間不能動作的情況，使用電動盲板閥及鐘罩閥要優(yōu)于使用電動蝶閥。

3.2 煙氣的特性

有色火法冶煉過程中，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)常含有較高的二氧化硫及三氧化硫，在系統(tǒng)存在漏風(fēng)或漏點時，易出現(xiàn)酸性氣體對閥門造成損害。同時，高溫?zé)煔庠陂y門運行的過程中會對閥門產(chǎn)生很大的沖力，因此選擇的閥門要具備很強的抗沖擊能力，不會在高溫?zé)煔獾臎_擊下產(chǎn)生變形或者斷裂。在煙氣成分復(fù)雜，易對閥門造成腐蝕的情況下，因電動蝶閥的閥桿與閥板長時間處于煙道內(nèi)部，此時，安裝空間等條件都具備的情況下，使用電動盲板閥要優(yōu)于使用電動蝶閥及鐘罩閥，可有效減少因設(shè)備原因?qū)ιa(chǎn)造成的影響。

3.3 閥門的位置

根據(jù)該公司的實際生產(chǎn)情況，在相同煙道、相同的煙氣成分，使用位置不同時，對蝶閥的使用情況有很大影響。在垂直方向煙道上使用蝶閥時，使用效果遠高于在水平方向使用，故障率及積灰率都相對較低。在水平方向煙道，因重力作用，易在煙道底部造成積灰，此時使用電動蝶閥的效果較差，在條件允許可以使用電動盲板閥的情況下，使用電動盲板閥的效果要遠高于使用電動蝶閥。但在垂直煙道上，考慮成本、操作便利等情況，對閥門密封性要求不高的情況下，使用電動蝶閥較好。

4 有色金屬火法冶煉系統(tǒng)閥門的優(yōu)化方案及效果

該公司有色金屬火法冶煉系統(tǒng)優(yōu)化前、后閥門配置分別見圖1和圖2。

圖1 優(yōu)化前閥門配置

圖2 優(yōu)化后閥門配置

閥門配置方案優(yōu)化前主要存在以下問題：

1）在煙氣并入收砷系統(tǒng)后，即主煙氣經(jīng)過驟冷塔及布袋收砷器，經(jīng)風(fēng)機后進入制酸系統(tǒng)，由于布袋收砷器旁通管道有一個電動蝶閥，蝶閥處因存在積灰導(dǎo)致關(guān)閉不嚴，造成部分煙氣未經(jīng)過驟冷塔及布袋收砷器，直接由旁通煙道進入后續(xù)制酸系統(tǒng)，降低了驟冷塔及布袋收砷器的砷回收率，同時增大了制酸系統(tǒng)稀酸中雜質(zhì)的含量，增加了稀酸處理成本。

2）在煙氣并入收砷系統(tǒng)后，即熔煉煙氣經(jīng)過驟冷塔及布袋收砷器，經(jīng)風(fēng)機后進入制酸系統(tǒng)，同時吹煉煙氣也送入同一套制酸系統(tǒng)。在布袋收砷器旁通煙道電動蝶閥關(guān)閉不嚴的情況下，有一部分熔煉煙氣經(jīng)旁通煙道送至制酸系統(tǒng)，對收砷系統(tǒng)控制熔煉系統(tǒng)負壓時造成影響，同時增大了吹煉系統(tǒng)在調(diào)整負壓時對熔煉系統(tǒng)負壓的影響，造成熔煉系統(tǒng)負壓波動，此情況在旁通煙道電動蝶閥運行時間越久，間隙越大時越明顯。

3）在驟冷塔及布袋收砷器檢修作業(yè)時，因驟冷塔進口蝶閥關(guān)閉不嚴，引起煙氣互串，威脅檢修人員安全，同時漏風(fēng)腐蝕設(shè)備。

為解決上述問題，該公司在驟冷塔進口、布袋收砷器出口及布袋收砷器旁通管道各增加1臺電動盲板閥，優(yōu)化配置后系統(tǒng)達到了預(yù)期效果：

1）由于電動盲板閥在關(guān)閉時對煙氣實現(xiàn)徹底阻斷，密封性能好，在旁通煙道電動蝶閥因積灰關(guān)閉不嚴時，能徹底消除熔煉煙氣走旁通煙道的現(xiàn)象，降低吹煉系統(tǒng)及制酸系統(tǒng)煙氣在運行過程中負壓波動，同時消除在負壓調(diào)整時對熔煉系統(tǒng)負壓的影響，有效穩(wěn)定了熔煉系統(tǒng)負壓，便于收砷系統(tǒng)更穩(wěn)定地運行。

2）優(yōu)化后，在收砷系統(tǒng)運行期間，由于旁通煙道可以徹底阻斷，煙氣全部從收砷系統(tǒng)經(jīng)過，提高了系統(tǒng)對煙氣中煙塵和砷的回收率，同時便于操作人員更精準地判斷和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)阻力的變化情況。與優(yōu)化前相比，收砷系統(tǒng)開車期間，制酸系統(tǒng)凈化酸泥量及砷含量明顯減少，有效提高了煙氣中的煙塵及砷的回收率，減少其后移，同時降低了污水車間的生產(chǎn)成本及人員勞動強度。

3）在驟冷塔及布袋收砷器檢修期間，驟冷塔及布袋收砷器可與制酸系統(tǒng)徹底斷開，避免了因蝶閥關(guān)閉不嚴引起的煙氣互串，解決了漏風(fēng)問題，消除了檢修作業(yè)人員的安全隱患。

5 結(jié)語

在有色金屬火法冶煉系統(tǒng)中，煙道上煙氣切換閥門的選擇至關(guān)重要，直接關(guān)系到系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和開車率進而關(guān)系到企業(yè)效益。選擇合適的閥門有利于后期對閥門維護保養(yǎng)，保障作業(yè)人員的安全。生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)企業(yè)實際情況綜合考慮各種因素進行對比分析，選擇合適的閥門。