煙氣脫硫閥門(mén)布置及選型
時(shí)間:2017-11-23 15:43:21 來(lái)源:溫州尼威閥門(mén) 瀏覽數(shù):19640
煙氣脫硫(FlueGasDesulfurization,F(xiàn)GD)是當(dāng)今燃煤電廠控制二氧化硫排放的主要措施。其中石灰石石膏濕法煙氣脫硫是世界各國(guó)應(yīng)用多和成熟的工藝。雖然關(guān)于化工設(shè)備閥門(mén)設(shè)計(jì)、選型的參考資料很多,但是針對(duì)石灰石石膏濕法脫硫系統(tǒng)閥門(mén)選型的資料卻不多,結(jié)合2x130t/h環(huán)保熱電鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)案例,對(duì)小型鍋爐FGD系統(tǒng)中閥門(mén)設(shè)置和選型方法進(jìn)行了總結(jié)。
1、脫硫系統(tǒng)閥門(mén)簡(jiǎn)介
閥是用于管道系統(tǒng)中處理流體的控制裝置,選擇閥之前必須先了解各種閥的功能。FGD系統(tǒng)應(yīng)用的主要閥門(mén)是截?cái)嚅y、調(diào)節(jié)閥、止回閥、減壓閥和安全閥。漿液系統(tǒng)中使用較多的是前兩種。其中截?cái)嚅y用以控制管路中介質(zhì)的通過(guò)或截?cái)啵瑢⒐苈废到y(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)。調(diào)節(jié)閥用來(lái)調(diào)節(jié)管路中的介質(zhì)流量和壓力,使工藝參數(shù)穩(wěn)定在所希望的范圍內(nèi),在磨損嚴(yán)重的漿液管路系統(tǒng)中應(yīng)盡量避免節(jié)流,可以采用調(diào)速泵和開(kāi)關(guān)閥運(yùn)行,或其他的運(yùn)行方式,而不用調(diào)節(jié)閥,避免閥門(mén)磨損。
2、介質(zhì)性質(zhì)與閥門(mén)選型要求
FGD系統(tǒng)中所用閥門(mén)種類(lèi)很多,由于脫硫工程中管道多與條件惡劣的介質(zhì)接觸,結(jié)垢、堵塞、腐蝕、磨損是FGD系統(tǒng)中常見(jiàn)問(wèn)題,嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。因此,正確地對(duì)閥門(mén)進(jìn)行選型還需了解其所接觸介質(zhì)的性質(zhì)。
FGD漿液系統(tǒng),按介質(zhì)成分不同,分為石灰石漿液、石灰石石膏漿液和石膏漿液三大部分。其主要特點(diǎn)如下:(1)顆粒性,具有磨損性,石灰石漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)55%,密度達(dá)1500kg/m3;(2)pH=4~7,無(wú)機(jī)物化學(xué)弱酸腐蝕性;(3)含惰性物質(zhì)的有機(jī)溶液,有機(jī)溶液腐蝕性;(4)流速快,一般設(shè)計(jì)中漿液流速控制在2.5m/s以下,實(shí)際運(yùn)行中大可達(dá)3.5m/s,有顆粒射流現(xiàn)象,循環(huán)水、工藝水大可達(dá)5m/s;(5)Cl-濃度高:脫硫工程公司一般按20000mg/L設(shè)計(jì),實(shí)際塔內(nèi)高達(dá)180000mg/L左右,廢水中約40000mg/L左右,除具有酸性腐蝕外,還有強(qiáng)氧化性和還原性。總體而言,石灰石漿液磨蝕性較嚴(yán)重,石膏漿液更多地表現(xiàn)為腐蝕性。
因此,對(duì)于閥門(mén)選型除了常規(guī)要求,如具有優(yōu)良的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、扭矩小、動(dòng)作靈活、運(yùn)行可靠、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)費(fèi)用少外,還要求防腐蝕、耐磨損,采用優(yōu)質(zhì)防腐材料。對(duì)于閥門(mén)配套的執(zhí)行機(jī)構(gòu),還需熟知FGD系統(tǒng)中各個(gè)閥的功能,操作的頻繁度和難易度。
3、閥門(mén)選型實(shí)例及性能簡(jiǎn)介
綜合考慮FGD系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性,本煙氣脫硫工程中漿液管道主要使用了蝶閥和調(diào)節(jié)閥,儀控一次閥使用了隔膜閥、截止閥和球閥。下面對(duì)各個(gè)閥門(mén)的設(shè)置和該閥門(mén)的特征進(jìn)行說(shuō)明。
3.1、蝶閥
蝶閥是根據(jù)管道擋板的原理,用一有傾角的盤(pán)(門(mén))作為控制元件,圓盤(pán)固定在心軸上,并以能旋轉(zhuǎn)的心軸來(lái)控制開(kāi)閉,閥座可為金屬、橡膠、特氟隆等材料,固定于閥體壁上。此閥構(gòu)造簡(jiǎn)單,其閥體為薄餅型、質(zhì)量小,占空間小,可作節(jié)流及開(kāi)閉之用,尤其適用于大流量的控制,不適用于小流量。蝶閥雖然可以作調(diào)節(jié)閥使用,但不能用來(lái)調(diào)節(jié)帶有大量固體顆粒物的漿液的流量。由于閥盤(pán)始終處于漿液流體中,用閥盤(pán)來(lái)節(jié)流,不僅閥盤(pán)易磨損,而且會(huì)很快磨損其下游側(cè)的橡膠襯管,特別在流速較高的管路中,閥門(mén)關(guān)閉時(shí)更是如此。因此,蝶閥在大多數(shù)漿液管道上是用作關(guān)斷閥。
蝶閥具有如下特點(diǎn):(1)尺寸小、質(zhì)量小,便于安裝,其質(zhì)量只有同級(jí)閘閥的1/3~1/4,高度和寬度只有同級(jí)閘閥的1/3;(2)切斷性能比閘閥、截止閥好;(3)調(diào)節(jié)性能好,不僅壓降小,而且調(diào)節(jié)范圍廣;(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于維護(hù);。易于配置自控執(zhí)行機(jī)構(gòu);(5)與相同溫度、壓力等級(jí)的閘閥、截止閥比較,蝶閥價(jià)格低廉。
漿液系統(tǒng)中使用的是對(duì)夾式襯膠蝶閥,公稱(chēng)通徑整體對(duì)夾式結(jié)構(gòu)采用穿過(guò)螺栓的裝配型式,以便具有大抗管線應(yīng)力的性能。本期工程閥門(mén)公稱(chēng)通徑范圍為DN50~600,沖洗水閥、放空管道、濾液回塔管道均采用對(duì)夾式襯膠蝶閥。
蝶閥可電動(dòng)、氣動(dòng)或手動(dòng)操作,與操作頻繁度和難易程度有關(guān)。本期工程循環(huán)漿液管道通徑DN600,考慮到手動(dòng)操作困難,采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),循環(huán)泵出口沖洗管道標(biāo)高3m以上,人工難以操作,也選用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。石膏漿液排出泵和除霧器沖洗水管道因操作頻繁、要求控制靈敏,也選用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其他小漿液管道、沖洗水、放空管路均選用手動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),在滿(mǎn)足穩(wěn)定運(yùn)行要求下盡量實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)節(jié)省性。
近年來(lái)閥門(mén)材質(zhì)也發(fā)生了一些變化,對(duì)于漿液管道一般閥體采用球墨鑄鐵,閥座EPDM(乙丙烯橡膠),閥板、閥桿在不同介質(zhì)條件下選材上也有所不同:介質(zhì)為[Cl-]50000~180000mg/L的石灰石漿液和石膏漿液時(shí)可選用具有強(qiáng)耐腐蝕性能的Ni基合金;3000mg/L<[Cl-]<50000mg/L的漿液回收水時(shí)可選用超級(jí)奧氏體不銹鋼114529、254SMO;[Cl-]<30000mg/L的石灰石、石膏漿液或回收水,可使用雙相不銹鋼2507、2205。以前通常認(rèn)為系統(tǒng)中[Cl-]較高,經(jīng)過(guò)優(yōu)化后通?梢钥刂艶GD系統(tǒng)中[Cl-][20000mg/L,而較多使用了雙相不銹鋼。
一般FGD工程石灰石漿液進(jìn)塔管路和旋流器回流管道設(shè)置調(diào)節(jié)閥。由于電動(dòng)調(diào)節(jié)閥費(fèi)用較高,本期工程僅石灰石漿液進(jìn)塔管道處選用了電動(dòng)V型陶瓷調(diào)節(jié)球閥,閥前端設(shè)置孔板,由孔板兩端取壓差信號(hào)引入調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)。旋流器溢流回流管道選用蝶閥加節(jié)流孔板實(shí)現(xiàn)調(diào)控。
電動(dòng)V型陶瓷調(diào)節(jié)球閥由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與V型球閥二部分組成,閥芯選用優(yōu)質(zhì)陶瓷。V型開(kāi)口球體與閥座之間具有剪切作用,當(dāng)介質(zhì)中含有纖維或固體顆粒時(shí),V形球體不會(huì)卡死,仍保證良好的密封性。閥芯采用優(yōu)質(zhì)陶瓷,有較高的抗磨蝕性能,閥座保護(hù)環(huán)可防止流體直接沖刷閥座,延長(zhǎng)閥座壽命。
在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn),由于石灰石漿液回流管道上節(jié)流孔板過(guò)大,調(diào)節(jié)閥在調(diào)試過(guò)程中存在死區(qū),調(diào)節(jié)閥開(kāi)度和流量也不能很好地形成曲線,增加了調(diào)試工作量。
若為石灰石漿液進(jìn)料泵加裝變頻電機(jī)能很好地解決該問(wèn)題,既能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)整進(jìn)塔漿液流量,還能大大節(jié)省費(fèi)用。
3.3、儀控一次閥
本期工程儀控一次閥主要使用了手動(dòng)隔膜閥、截止閥和球閥。吸收塔液位壓力變送器均采用DN50,PN1.6手動(dòng)隔膜閥;石膏排出泵、循環(huán)泵、事故漿液泵、石灰石漿液泵、集水坑泵出口設(shè)就地壓力表,一次閥也采用DN50,PN1.6手動(dòng)隔膜閥;煙氣壓力變送器、就地壓力表、除霧器沖洗水壓力表均采用DN10截止閥;石膏排出漿液pH計(jì)一次閥采用DN50,PN1.6球閥。
隔膜閥是通過(guò)單行襯板的疊合來(lái)關(guān)斷流體的。這種類(lèi)型的閥門(mén)有雙膜夾疊閥、屋脊式隔膜閥和中心節(jié)流閥。在FGD系統(tǒng)中,隔膜閥多用于清潔水、廢水處理系統(tǒng)流量調(diào)節(jié),用于小口徑漿管中,如測(cè)量?jī)x和排空管路上的隔離閥。另外,隔膜閥非常適合動(dòng)作頻繁的場(chǎng)合,也可用在動(dòng)作不太頻繁的場(chǎng)合。
但在煙氣脫硫工程中發(fā)現(xiàn),漿液的流速過(guò)快,顆粒性介質(zhì)在0.3~0.6MPa的壓力推動(dòng)下,形成的顆粒射流如子彈一樣作用在堰式隔膜閥的閥臺(tái)上,對(duì)閥臺(tái)的損傷較為嚴(yán)重,易造成閥門(mén)的堵塞和產(chǎn)生內(nèi)漏,所以,現(xiàn)在一般采用直通式隔膜閥取代原來(lái)的堰式隔膜閥。
截止閥是利用閥桿升降帶動(dòng)與之相連的圓形閥盤(pán),改變閥盤(pán)與閥座間距達(dá)到控制閥門(mén)的啟閉。截止閥上部有手輪、閥桿,中部有螺紋和填料函密封段,小型閥門(mén)閥桿上螺紋在閥體內(nèi),結(jié)構(gòu)緊湊,但閥桿與介質(zhì)接觸部分多,尤其螺紋部分易腐蝕,從閥桿露出閥蓋的高度可判斷閥門(mén)開(kāi)啟程度,為防止介質(zhì)從閥桿漏出,可在閥桿穿出閥蓋部分用填料來(lái)密封。截止閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但操作簡(jiǎn)單,不甚費(fèi)力,易于調(diào)節(jié)流量和截?cái)嗤ǖ,啟閉緩慢、無(wú)水錘現(xiàn)象,故使用廣泛。截止閥安裝時(shí)要注意流體方向,使管路流體由下向上流過(guò)閥座,即所謂的/低進(jìn)高出0。目的是減少流體阻力,開(kāi)啟省力和關(guān)閉狀態(tài)下填料函部分不與介質(zhì)接觸,保證閥桿和填料函不致?lián)p壞和泄漏。截止閥主要用于水、蒸汽、壓縮空氣及各種物料的管路,可較精確地調(diào)節(jié)流量和嚴(yán)密地截?cái)嗤ǖ溃荒苡糜谡扯却、易結(jié)晶的物料。
球閥由插入閥體中的球塞來(lái)控制閥塞內(nèi)通道截面積,是可以迅速啟閉的閥門(mén),閥芯有橫向開(kāi)孔,流體以直線通過(guò)閥體,有微小的壓力降,適用于懸浮液或粘稠液。球閥外形規(guī)整,易于做成夾套閥用于需保溫的情況,可較方便地制成氣動(dòng)或電動(dòng)閥進(jìn)行遙控,現(xiàn)一般使用PTFE、EPDM等材料為閥座,因此,氣泡密封性好,但因閥座為PTFE材質(zhì),其使用溫度一般受限于250℃以下。一般用于全開(kāi)或全關(guān),不作節(jié)流使用(除非開(kāi)口特殊鉆石形狀并經(jīng)處理過(guò))。
脫硫工程中使用的閥門(mén)按驅(qū)動(dòng)裝置分類(lèi),有電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、手動(dòng)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)閥門(mén),一般限于安裝環(huán)境、操作、運(yùn)轉(zhuǎn)條件或次數(shù),及電腦應(yīng)用的普及程度,整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)連線與監(jiān)控,無(wú)須手動(dòng)驅(qū)動(dòng)。但是,由于造價(jià)上手動(dòng)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)價(jià)格便宜,又由于手輪或加裝齒輪減速裝置的經(jīng)濟(jì)性與耐用性,對(duì)于小脫硫機(jī)組而言,需嚴(yán)格控制工程造價(jià),手動(dòng)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)仍常被采用。
考慮到閥門(mén)的可操作性和操作頻繁度,在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上,除了循環(huán)漿液泵入口,石膏漿液排出泵進(jìn)出口、除霧器沖洗水這些操作頻繁的閥門(mén)外,其他閥門(mén)盡量選用手動(dòng)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)。
4、循環(huán)漿液泵出口閥門(mén)的設(shè)置
漿液循環(huán)泵作為脫硫系統(tǒng)主設(shè)備之一,在FGD工程造價(jià)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用中都占有較大份額。早期引進(jìn)的國(guó)外脫硫工藝在循環(huán)泵出口均設(shè)置閥門(mén),經(jīng)過(guò)多方技術(shù)糅合和優(yōu)化后,國(guó)內(nèi)脫硫技術(shù)力爭(zhēng)在技術(shù)可靠的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)節(jié)省,較多的脫硫公司選擇循環(huán)漿液泵省略掉出口閥門(mén),這基于以下認(rèn)識(shí):(1)目前高壓電動(dòng)機(jī)無(wú)論從制造工藝上還是絕緣材料上,同以前均不可同日而語(yǔ),啟動(dòng)力矩和絕緣等級(jí)完
全可以滿(mǎn)足漿液循環(huán)泵啟動(dòng)過(guò)程要求;(2)正常情況下循環(huán)漿液泵不可能隨意啟停,漿液反沖導(dǎo)致的葉輪帶動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn),不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的影響?紤]設(shè)備非正常運(yùn)行方式對(duì)系統(tǒng)的影響,機(jī)械密封和泵的廠家都明確要求不要反轉(zhuǎn);(3)在停泵瞬間漿液倒流引起的倒轉(zhuǎn)是葉輪帶動(dòng)泵軸,與由于電機(jī)反轉(zhuǎn)完全不同,不會(huì)引起葉輪松脫的后果;(4)大口徑的用于脫硫漿液系統(tǒng)的閥門(mén)造價(jià)確實(shí)較高;(5)檢修時(shí)可采取臨時(shí)加堵板來(lái)解決。
但是,多個(gè)電廠的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)表明,因?yàn)楸玫某隹诠軓捷^大,工作量較大,加堵板的時(shí)候會(huì)有煙氣竄出來(lái),從而影響工人健康。由此提出可以在泵出口增加手動(dòng)閥,對(duì)閥門(mén)的密封要求可以適當(dāng)降低一些,只要能夠在泵檢修時(shí)阻止大部分的煙氣就行。但是,考慮到漿液循環(huán)泵出口的工作條件,在腐蝕性和磨蝕性都很強(qiáng)的石膏漿液大流量沖刷條件下不是性能低的閥門(mén)可以勝任的。
循環(huán)泵不設(shè)置出口閥門(mén)主要是考慮到成本的原因,但是運(yùn)行故障需要檢修時(shí)煙氣倒灌對(duì)檢修人員的危害也不容忽視,綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性,可以在每臺(tái)循環(huán)泵出口管的上端(靠近吸收塔平臺(tái))設(shè)置一個(gè)支管,F(xiàn)GD系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)用盲板堵上,F(xiàn)GD故障檢修時(shí)拆開(kāi)小堵板,將一只放了氣的氣囊通過(guò)支管放入循環(huán)漿泵的出口管道內(nèi),然后充氣進(jìn)行密封,隔斷煙氣、防止煙氣倒流,泵檢修后放氣取出再裝上小堵板。這樣既節(jié)省了投資,又能為檢修人員提供良好的操作環(huán)境。
5、結(jié)語(yǔ)
閥門(mén)是FGD工程中不可或缺的設(shè)備。在設(shè)置和選型的時(shí)候要綜合考慮閥門(mén)接觸介質(zhì)性質(zhì)和不同型式閥門(mén)使用性能,對(duì)閥門(mén)型式、閥體材料及執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理選擇,保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)合理。
(1)蝶閥體積小、質(zhì)量小,是FGD漿液系統(tǒng)中應(yīng)用多的閥門(mén),多用作截?cái)嚅y,在操作頻繁和操作困難時(shí)選用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。閥門(mén)材質(zhì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
(2)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥能對(duì)流體進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的調(diào)控,但是價(jià)格昂貴,除石灰石漿液進(jìn)塔管路因控制要求嚴(yán)格而設(shè)置了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥外,F(xiàn)GD系統(tǒng)中其他流量調(diào)節(jié)閥可以用蝶閥加節(jié)流孔板代替。
(3)儀控一次閥主要使用隔膜閥、截止閥和球閥,一般而言,與漿液主管道相連的采用隔膜閥,與清潔介質(zhì)相連的采用截止閥。
(4)循環(huán)泵出口可以不設(shè)置閥門(mén),在循環(huán)泵出口管的上端設(shè)置支管加盲板,需要檢修時(shí)配合氣囊使用,達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
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