熔煉爐輔助煙閘結構優(yōu)化研究

曾 虎

(洛陽萬基鋁鈦合金新材料有限公司,河南 新安 471800)

目前，大部分蓄熱式熔煉爐的主排煙管路只能排出燃燒產物的80%左右，因此還應設有輔助排煙管路及煙閘，來排放剩余的燃燒產物，并設計將20%左右的爐膛煙氣作為爐壓控制回路可獨立調節(jié)的平衡點[1]。煙閘是用來調整爐壓和輔助排煙的關鍵設備，在爐子燃燒升溫時，天然氣在爐膛內燃燒產生的高溫煙氣會產生爐壓，當爐壓超過設定值時，煙閘內的閘板通過爐壓控制系統(tǒng)驅動被提升打開進行泄壓，爐壓低于設定值時，控制系統(tǒng)驅動閘板下落關閉，從而使爐子在燃燒時爐膛內始終保持微正壓狀態(tài)，一般爐壓控制在10Pa～20Pa，可以防止冷空氣進入爐內和火焰外噴[2-3]，當停止加熱時，煙閘自動關閉。

在當前環(huán)保形勢下，使用熔煉爐的生產廠家都安裝有除塵器，熔煉爐的輔助排煙管道與除塵器相連。為節(jié)約投資，除塵器大多設計為一托多模式，各熔煉爐的工作時間不可能一致，會存在有些處于燃燒升溫階段，有些處于?；鹱鳂I(yè)階段，但除塵器一直開啟運行，始終對排煙管有抽力作用，熔煉爐爐膛和輔助排煙管道是通過煙閘內的閘板隔離的。閘板在超高溫環(huán)境中頻繁開啟和關閉，其受到高溫煙氣腐蝕和閘板通道的摩擦，容易掉塊摩擦損耗，造成閘板的隔離效果不好，在爐子燃燒升溫時，導致調整爐壓的精度下降，?；鹱鳂I(yè)期間，爐內高溫會源源不斷的被除塵器抽走，導致天然氣耗氣量增加。另外，閘板損耗的加劇，還導致檢修費用增加。因此，提高煙閘內閘板的耐用性和密封性意義重大。

1 存在問題分析

目前，常用煙閘的結構包括風冷機構、驅動系統(tǒng)、煙閘箱、閘板、安裝架等，驅動系統(tǒng)包括控制程序、差壓變送器、鏈條、鏈輪、氣缸及配重等。煙閘的閘板和煙閘箱主體均是用耐火材料燒結制成。其中，煙閘的閘板安裝在煙閘箱內，結構與煙閘箱內部空間適配。在常規(guī)狀態(tài)下，閘板是通過鏈條來對其提升和下降的，與煙閘箱內壁有輕微摩擦，當煙閘安裝在輔助煙道上處于工作狀態(tài)時，熔煉爐燃燒產生的爐內高壓和除塵器風機的抽力對煙閘板有雙重作用力。在當前煙閘的結構條件下，閘板是通過鏈條被提升，提升的方向只能通過煙閘箱內腔來限制，但其限制精度差，不能克服閘板受到的雙重作用力，從而導致閘板執(zhí)行升降動作時均受較大的摩擦力，且在高溫的工作環(huán)境中，閘板主體的耐火材料也很容易被含氯的高溫煙氣腐蝕，被腐蝕的閘板更容易被磨擦損耗，其損耗程度隨運行時間加劇。當閘板受損后，不僅在熔煉爐工作時對爐壓的調節(jié)精度降低，甚至失去調節(jié)作用，導致氣耗增加，爐子升溫慢，燃燒時間長、鋁液燒損大等一系列問題。而且在熔煉爐停火作業(yè)期間，爐內熱量會通過煙閘箱內通道被除塵器不斷的抽走，停爐作業(yè)時間越長，爐內溫度下降越多，當下一爐次開始升溫時，需要更多的燃氣耗才能達到工藝要求溫度。另外，煙閘箱上蓋的供冷卻風管穿插的通孔，不論是在熔煉爐燃燒時還是在?；鹱鳂I(yè)期間均或多或少的有熱能和煙氣排出，對現(xiàn)場環(huán)境及能耗也有影響。

通過對問題的分析，我們需對煙閘結構進行優(yōu)化，使閘板減少摩擦并提高閘板和煙閘箱通道的密封性，還需對煙閘箱上蓋的通孔進行密封設計。

2 煙閘的優(yōu)化設計

針對問題，我們對現(xiàn)有煙閘結構進行了優(yōu)化設計，通過加裝升降導向裝置，對煙閘板的升降角度進行限制，可最大限度的減少閘板和煙閘箱內壁摩擦造成損壞；通過改變煙閘板和與之適配的煙閘箱內部結構，使熔煉爐停火作業(yè)時，閘板和煙閘箱密封更加嚴密，并對閘板冷卻風管和煙閘箱上蓋之間加裝密封，來進一步減少熱量散失。

2.1升降導向裝置設計[4]

升降導向裝置包括直線滑軌、滑塊和連接板，直線滑軌設置兩根，對稱安裝在煙閘的安裝架兩內側，直線滑軌通過內六角螺栓與安裝架兩側支撐固定連接，便于拆卸檢修；兩直線滑軌上均設有能沿相應直線滑軌滑動的滑塊，兩滑塊分別與連接板的兩端通過螺栓可拆卸固定連接；煙閘的閘板上冷卻風管穿過連接板的中部并與連接板固定連接。安裝結構如圖1所示。

1-安裝架；2-直線滑軌；3-滑塊；4-連接板；5-冷卻風管；6-閘板；7-配重塊；8-導向護罩；9-氣缸；10-煙閘箱圖1 導向裝置安裝結構Fig.1 Installation structure of guide device

滑塊安裝在連接板上后和閘板形成一體結構，通過滑塊和直線滑軌緊密配合，不僅可以克服閘板所受雙重作用力的影響，避免或減少閘板與煙閘箱內壁摩擦，而且可以使閘板的升降更為平穩(wěn)，使其調整爐壓的精度更加精準，導向裝置均方便拆卸，能為檢修提供便利。

2.2 結構的改進

常規(guī)煙閘的閘板主體是有耐火材料制成的方型結構，煙閘箱內部通道與之適配，為了能使閘板升降靈活，煙閘箱內部的閘板通道尺寸大于閘板的尺寸。當熔煉爐?；鹱鳂I(yè)時，即使閘板不受損，爐內熱量也會通過閘板兩邊部面被除塵器少量抽走，當閘板的兩邊部面和底面受損時，熱量散失更為嚴重。為了提高密封性，我們利用自重密封原理對閘板和閘板通道進行優(yōu)化設計，把閘板耐火材料部分兩邊部面設計為楔形，閘板通道形狀與之適配，此設計不影響閘板的升降，在煙閘關閉時，閘板兩邊部面可以與煙閘箱內閘板通道內壁楔形貼合，從而提高其密封性能；把之前閘板上的固定連接冷卻風管的固定板去除，加裝連接板，連接板和冷卻風管固定連接，連接板兩邊部和滑塊可拆卸連接后，冷卻風管、連接板、滑塊和閘板主體就形成一體結構。新型閘板結構如圖2所示。

1-連接板；2-冷卻風管；3-楔形面圖2 新型閘板Fig.2 New damper gate

新型閘板把邊部面與底面的角度從90°改為80°～85°，煙閘箱內閘板通道與閘板接觸面也改進角度與閘板邊部面適配，改進后仍能對輔助排煙通道進行有效阻斷，并且當煙閘關閉時，通過面接觸使密封效果增強，解決了之前間隙大、熱量散失大的問題。

2.3 加裝密封

常規(guī)煙閘箱的上部設計有箱蓋，箱蓋與煙閘箱由螺栓固定連接，箱蓋上有用于冷卻風管活動穿插的通孔，通孔直徑大于閘板冷卻風管的直徑。為減少爐內熱量從通孔散失，我們在連接板上冷卻風管的通孔下部焊接密封固定套，當冷卻風管和連接板固定連接后， 固定套和冷卻風管之間就形成環(huán)形腔。 環(huán)形腔內裝入耐高溫密封繩，固定套內有倒牙，可對密封起到固定作用，固定套和密封繩的高度以煙閘關閉時，耐高溫密封繩剛好壓到通孔四周，并且不影響閘板楔形面和煙閘箱內對應面的壓緊，從而起到減少熱量從通孔散失的作用(圖3)。耐高溫密封繩需定期更換，以便始終保持其密封效果。

1-連接板；2-滑塊螺栓孔；3-密封固定套；4-冷卻風管通孔圖3 連接板結構圖Fig.3 Structure diagram of connection plate

通過以上優(yōu)化設計，煙閘工作時閘板在鏈條的帶動下只沿滑軌方向平穩(wěn)的上下滑動；通過閘板楔形面及箱內適配面的設計，實現(xiàn)了楔形貼合，消除了閘板側面間隙；通過在連接板下面設計固定套并加裝密封，可很好的對煙閘箱蓋上的通孔進行密封。通過對煙閘的整體創(chuàng)新設計， 可實現(xiàn)減少爐內熱量散失， 提高爐壓控制精度，降低燃氣消耗，延長閘板使用壽命的目的。

3 結語

通過對當前蓄熱式熔煉爐輔助排煙煙閘存在的問題進行分析，結合生產實踐，運用創(chuàng)新思維，給煙閘閘板升降設計了升降導向裝置，對閘板和煙閘箱的形狀進行微改，對煙閘上的冷卻風管通孔加裝了密封，從而解決了存在的問題；并且煙閘的優(yōu)化設計方案具有投資少，適用性強，經濟效益好的特點，對同類企業(yè)有較好的參考價值。