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如何布置國內外煙氣脫硫閥門及選型
日期:2020-05-06

煙氣脫硫(FlueGasDesulfurization,FGD)是當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應用最多和最成熟的工藝。雖然關于化工設備閥門設計、選型的參考資料很多,但是針對石灰石石膏濕法脫硫系統閥門選型的資料卻不多,結合2x130t/h環保熱電鍋爐煙氣脫硫系統案例,對小型鍋爐FGD系統中閥門設置和選型方法進行了總結。

 

1 、脫硫系統閥門簡介

閥是用于管道系統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系統應用的主要閥門是截斷閥、調節閥、止回閥、減壓閥和安全閥。漿液系統中使用較多的是前兩種。其中截斷閥用以控制管路中介質的通過或截斷,將管路系統隔離開來。調節閥用來調節管路中的介質流量和壓力,使工藝參數穩定在所希望的范圍內,在磨損嚴重的漿液管路系統中應盡量避免節流,可以采用調速泵和開關閥運行,或其他的運行方式,而不用調節閥,避免閥門磨損。


2 、介質性質與閥門選型要求

FGD系統中所用閥門種類很多,由于脫硫工程中管道多與條件惡劣的介質接觸,結垢、堵塞、腐蝕、磨損是FGD系統中常見問題,嚴重影響到系統的設備運轉率。因此,正確地對閥門進行選型還需了解其所接觸介質的性質。FGD漿液系統,按介質成分不同,分為石灰石漿液、石灰石石膏漿液和石膏漿液三大部分。其主要特點如下:

(1)顆粒性,具有磨損性,石灰石漿液質量分數可達55%,密度達1500kg/m3;

(2)pH=4~7,無機物化學弱酸腐蝕性;(3)含惰性物質的有機溶液,有機溶液腐蝕性;(4)流速快,一般設計中漿液流速控制在2.5m/s以下,實際運行中最大可達3.5m/s,有顆粒射流現象,循環水、工藝水最大可達5m/s;(5)Cl-濃度高:脫硫工程公司一般按20000mg/L設計,實際塔內最高達180000mg/L左右,廢水中約40000mg/L左右,除具有酸性腐蝕外,還有強氧化性和還原性?傮w而言,石灰石漿液磨蝕性較嚴重,石膏漿液更多地表現為腐蝕性。因此,對于閥門選型除了常規要求,如具有優良的產品設計、扭矩小、動作靈活、運行可靠、使用壽命長、維護費用少外,還要求防腐蝕、耐磨損,采用優質防腐材料。對于閥門配套的執行機構,還需熟知FGD系統中各個閥的功能,操作的頻繁度和難易度。

 

3、閥門選型實例及性能簡介
  綜合考慮FGD系統運行的可靠性和經濟性,本煙氣脫硫工程中漿液管道主要使用了蝶閥和調節閥,儀控一次閥使用了隔膜閥、截止閥和球閥。下面對各個閥門的設置和該閥門的特征進行說明。

3.1、蝶閥

  蝶閥是根據管道擋板的原理,用一有傾角的盤(門)作為控制元件,圓盤固定在心軸上,并以能旋轉的心軸來控制開閉,閥座可為金屬、橡膠、特氟隆等材料,固定于閥體壁上。此閥構造簡單,其閥體為薄餅型、質量小,占空間小,可作節流及開閉之用,尤其適用于大流量的控制,不適用于小流量。蝶閥雖然可以作調節閥使用,但不能用來調節帶有大量固體顆粒物的漿液的流量。由于閥盤始終處于漿液流體中,用閥盤來節流,不僅閥盤易磨損,而且會很快磨損其下游側的橡膠襯管,特別在流速較高的管路中,閥門關閉時更是如此。因此,蝶閥在大多數漿液管道上是用作關斷閥。

  蝶閥具有如下特點:

(1)尺寸小、質量小,便于安裝,其質量只有同級閘閥的1/3~1/4,高度和寬度只有同級閘閥的1/3;

(2)切斷性能比閘閥、截止閥好;

(3)調節性能好,不僅壓降小,而且調節范圍廣;

(4)結構簡單,易于維護;。易于配置自控執行機構;

(5)與相同溫度、壓力等級的閘閥、截止閥比較,蝶閥價格低廉。

漿液系統中使用的是對夾式襯膠蝶閥,公稱通徑整體對夾式結構采用穿過螺栓的裝配型式,以便具有最大抗管線應力的性能。本期工程閥門公稱通徑范圍為DN50~600,沖洗水閥、放空管道、濾液回塔管道均采用對夾式襯膠蝶閥。

蝶閥可電動、氣動或手動操作,與操作頻繁度和難易程度有關。本期工程循環漿液管道通徑DN600,考慮到手動操作困難,采用電動執行機構,循環泵出口沖洗管道標高3m以上,人工難以操作,也選用電動執行機構。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,也選用電動執行機構。其他小漿液管道、沖洗水、放空管路均選用手動執行機構,在滿足穩定運行要求下盡量實現經濟節省性。

近年來閥門材質也發生了一些變化,對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、閥桿在不同介質條件下選材上也有所不同:介質為[Cl-]50000~180000mg/L的石灰石漿液和石膏漿液時可選用具有強耐腐蝕性能的Ni基合金;3000mg/L<[Cl-]<50000mg/L的漿液回收水時可選用超級奧氏體不銹鋼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。以前通常認為系統中[Cl-]較高,經過優化后通?梢钥刂艶GD系統中[Cl-][20000mg/L,而較多使用了雙相不銹鋼。

一般FGD工程石灰石漿液進塔管路和旋流器回流管道設置調節閥。由于電動調節閥費用較高,本期工程僅石灰石漿液進塔管道處選用了電動V型陶瓷調節球閥,閥前端設置孔板,由孔板兩端取壓差信號引入調節閥執行機構。旋流器溢流回流管道選用蝶閥加節流孔板實現調控。

電動V型陶瓷調節球閥由電動執行機構與V型球閥二部分組成,閥芯選用優質陶瓷。V型開口球體與閥座之間具有剪切作用,當介質中含有纖維或固體顆粒時,V形球體不會卡死,仍保證良好的密封性。閥芯采用優質陶瓷,有較高的抗磨蝕性能,閥座保護環可防止流體直接沖刷閥座,延長閥座壽命。

在實際調試過程中發現,由于石灰石漿液回流管道上節流孔板過大,調節閥在調試過程中存在死區,調節閥開度和流量也不能很好地形成曲線,增加了調試工作量。

若為石灰石漿液進料泵加裝變頻電機能很好地解決該問題,既能實現連續調整進塔漿液流量,還能大大節省費用。


3.3、儀控一次閥

本期工程儀控一次閥主要使用了手動隔膜閥、截止閥和球閥。吸收塔液位壓力變送器均采用DN50,PN1.6手動隔膜閥;石膏排出泵、循環泵、事故漿液泵、石灰石漿液泵、集水坑泵出口設就地壓力表,一次閥也采用DN50,PN1.6手動隔膜閥;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計一次閥采用DN50,PN1.6球閥。

隔膜閥是通過單行襯板的疊合來關斷流體的。這種類型的閥門有雙膜夾疊閥、屋脊式隔膜閥和中心節流閥。在FGD系統中,隔膜閥多用于清潔水、廢水處理系統流量調節,用于小口徑漿管中,如測量儀和排空管路上的隔離閥。另外,隔膜閥非常適合動作頻繁的場合,也可用在動作不太頻繁的場合。

但在煙氣脫硫工程中發現,漿液的流速過快,顆粒性介質在0.3~0.6MPa的壓力推動下,形成的顆粒射流如子彈一樣作用在堰式隔膜閥的閥臺上,對閥臺的損傷較為嚴重,易造成閥門的堵塞和產生內漏,所以,現在一般采用直通式隔膜閥取代原來的堰式隔膜閥。

截止閥是利用閥桿升降帶動與之相連的圓形閥盤,改變閥盤與閥座間距達到控制閥門的啟閉。截止閥上部有手輪、閥桿,中部有螺紋和填料函密封段,小型閥門閥桿上螺紋在閥體內,結構緊湊,但閥桿與介質接觸部分多,尤其螺紋部分易腐蝕,從閥桿露出閥蓋的高度可判斷閥門開啟程度,為防止介質從閥桿漏出,可在閥桿穿出閥蓋部分用填料來密封。截止閥結構復雜,但操作簡單,不甚費力,易于調節流量和截斷通道,啟閉緩慢、無水錘現象,故使用廣泛。截止閥安裝時要注意流體方向,使管路流體由下向上流過閥座,即所謂的/低進高出0。目的是減少流體阻力,開啟省力和關閉狀態下填料函部分不與介質接觸,保證閥桿和填料函不致損壞和泄漏。截止閥主要用于水、蒸汽、壓縮空氣及各種物料的管路,可較精確地調節流量和嚴密地截斷通道,但不能用于粘度大、易結晶的物料。

球閥由插入閥體中的球塞來控制閥塞內通道截面積,是可以迅速啟閉的閥門,閥芯有橫向開孔,流體以直線通過閥體,有微小的壓力降,適用于懸浮液或粘稠液。球閥外形規整,易于做成夾套閥用于需保溫的情況,可較方便地制成氣動或電動閥進行遙控,現一般使用PTFE、EPDM等材料為閥座,因此,氣泡密封性好,但因閥座為PTFE材質,其使用溫度一般受限于250℃以下。一般用于全開或全關,不作節流使用(除非開口特殊鉆石形狀并經處理過)。

脫硫工程中使用的閥門按驅動裝置分類,有電動驅動、氣動驅動、手動驅動和液壓驅動閥門,一般限于安裝環境、操作、運轉條件或次數,及電腦應用的普及程度,整個系統可以實現連線與監控,無須手動驅動。但是,由于造價上手動驅動閥門價格便宜,又由于手輪或加裝齒輪減速裝置的經濟性與耐用性,對于小脫硫機組而言,需嚴格控制工程造價,手動驅動閥門仍常被采用。

考慮到閥門的可操作性和操作頻繁度,在保證系統穩定運行的基礎上,除了循環漿液泵入口,石膏漿液排出泵進出口、除霧器沖洗水這些操作頻繁的閥門外,其他閥門盡量選用手動驅動閥門。


4、循環漿液泵出口閥門的設置
  漿液循環泵作為脫硫系統主設備之一,在FGD工程造價、運行維護費用中都占有較大份額。早期引進的國外脫硫工藝在循環泵出口均設置閥門,經過多方技術糅合和優化后,國內脫硫技術力爭在技術可靠的基礎上,實現經濟最節省,較多的脫硫公司選擇循環漿液泵省略掉出口閥門,這基于以下認識:(1)目前高壓電動機無論從制造工藝上還是絕緣材料上,同以前均不可同日而語,啟動力矩和絕緣等級完全可以滿足漿液循環泵啟動過程要求;(2)正常情況下循環漿液泵不可能隨意啟停,漿液反沖導致的葉輪帶動電機反轉,不會對系統產生明顯的影響?紤]設備非正常運行方式對系統的影響,機械密封和泵的廠家都明確要求不要反轉;(3)在停泵瞬間漿液倒流引起的倒轉是葉輪帶動泵軸,與由于電機反轉完全不同,不會引起葉輪松脫的后果;(4)大口徑的用于脫硫漿液系統的閥門造價確實較高;(5)檢修時可采取臨時加堵板來解決。

但是,多個電廠的運行維護經驗表明,因為泵的出口管徑較大,工作量較大,加堵板的時候會有煙氣竄出來,從而影響工人健康。由此提出可以在泵出口增加手動閥,對閥門的密封要求可以適當降低一些,只要能夠在泵檢修時阻止大部分的煙氣就行。但是,考慮到漿液循環泵出口的工作條件,在腐蝕性和磨蝕性都很強的石膏漿液大流量沖刷條件下不是性能低的閥門可以勝任的。

循環泵不設置出口閥門主要是考慮到成本的原因,但是運行故障需要檢修時煙氣倒灌對檢修人員的危害也不容忽視,綜合考慮經濟性和安全性,可以在每臺循環泵出口管的上端(靠近吸收塔平臺)設置一個支管,FGD系統正常運行時用盲板堵上,FGD故障檢修時拆開小堵板,將一只放了氣的氣囊通過支管放入循環漿泵的出口管道內,然后充氣進行密封,隔斷煙氣、防止煙氣倒流,泵檢修后放氣取出再裝上小堵板。這樣既節省了投資,又能為檢修人員提供良好的操作環境。


5、結語

閥門是FGD工程中不可或缺的設備。在設置和選型的時候要綜合考慮閥門接觸介質性質和不同型式閥門使用性能,對閥門型式、閥體材料及執行機構進行合理選擇,保證系統穩定運行、經濟合理。

(1)蝶閥體積小、質量小,是FGD漿液系統中應用最多的閥門,多用作截斷閥,在操作頻繁和操作困難時選用電動執行機構驅動。閥門材質經濟實用。

(2)電動調節閥能對流體進行實時有效的調控,但是價格昂貴,除石灰石漿液進塔管路因控制要求嚴格而設置了電動調節閥外,FGD系統中其他流量調節閥可以用蝶閥加節流孔板代替。

(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,與清潔介質相連的采用截止閥。

(4)循環泵出口可以不設置閥門,在循環泵出口管的上端設置支管加盲板,需要檢修時配合氣囊使用,達到經濟性和環境友好性的協調統一。


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