煙氣脫硫閥門布置及選型
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應(yīng)用最多和最成熟的工藝。雖然關(guān)于化工設(shè)備閥門設(shè)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(tǒng)閥門選型的資料卻不多，結(jié)合2x130t/h環(huán)保熱電鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)案例，對小型鍋爐FGD系統(tǒng)中閥門設(shè)置和選型方法進(jìn)行了總結(jié)。
1、脫硫系統(tǒng)閥門簡介
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)用的主要閥門是截斷閥、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。其中截斷閥用以控制管路中介質(zhì)的通過或截斷，將管路系統(tǒng)隔離開來。調(diào)節(jié)閥用來調(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，避免閥門磨損。
2、介質(zhì)性質(zhì)與閥門選型要求
FGD系統(tǒng)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(zhì)接觸，結(jié)垢、堵塞、腐蝕、磨損是FGD系統(tǒng)中常見問題，嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。因此，正確地對閥門進(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)計中漿液流速控制在2.5m/s以下，實際運(yùn)行中最大可達(dá)3.5m/s，有顆粒射流現(xiàn)象，循環(huán)水、工藝水最大可達(dá)5m/s;(5)Cl-濃度高：脫硫工程公司一般按20000mg/L設(shè)計，實際塔內(nèi)最高達(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?？傮w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，對于閥門選型除了常規(guī)要求，如具有優(yōu)良的產(chǎn)品設(shè)計、扭矩小、動作靈活、運(yùn)行可靠、使用壽命長、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。對于閥門配套的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還需熟知FGD系統(tǒng)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(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。下面對各個閥門的設(shè)置和該閥門的特征進(jìn)行說明。
3.1、蝶閥
蝶閥是根據(jù)管道擋板的原理，用一有傾角的盤(門)作為控制元件，圓盤固定在心軸上，并以能旋轉(zhuǎn)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(gòu)造簡單，其閥體為薄餅型、質(zhì)量小，占空間小，可作節(jié)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(diào)節(jié)閥使用，但不能用來調(diào)節(jié)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(jié)流，不僅閥盤易磨損，而且會很快磨損其下游側(cè)的橡膠襯管，特別在流速較高的管路中，閥門關(guān)閉時更是如此。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：(1)尺寸小、質(zhì)量小，便于安裝，其質(zhì)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(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、壓力等級的閘閥、截止閥比較，蝶閥價格低廉。
漿液系統(tǒng)中使用的是對夾式襯膠蝶閥，公稱通徑整體對夾式結(jié)構(gòu)采用穿過螺栓的裝配型式，以便具有最大抗管線應(yīng)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(guān)。本期工程循環(huán)漿液管道通徑DN600，考慮到手動操作困難，采用電動執(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執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在滿足穩(wěn)定運(yùn)行要求下盡量實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)節(jié)省性。
近年來閥門材質(zhì)也發(fā)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(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2507雙相不銹鋼、2205雙相不銹鋼。以前通常認(rèn)為系統(tǒng)中[Cl-]較高，經(jīng)過優(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。
本期工程設(shè)計條件下穩(wěn)定運(yùn)行FGD系統(tǒng)中[Cl-][20000mg/L，故閥板閥桿材質(zhì)選用2507雙相不銹鋼。
3.2、調(diào)節(jié)閥
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)流孔板實現(xiàn)調(diào)控。
電動V型陶瓷調(diào)節(jié)球閥由電動執(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，V形球體不會卡死，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，延長閥座壽命。
在實際調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，由于石灰石漿液回流管道上節(jié)流孔板過大，調(diào)節(jié)閥在調(diào)試過程中存在死區(qū)，調(diào)節(jié)閥開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)能很好地解決該問題，既能實現(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(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(guān)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(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(fā)現(xiàn)，漿液的流速過快，顆粒性介質(zhì)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(yán)重，易造成閥門的堵塞和產(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(dá)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(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開啟程度，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密封。截止閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但操作簡單，不甚費(fèi)力，易于調(diào)節(jié)流量和截斷通道，啟閉緩慢、無水錘現(xiàn)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(jìn)高出0。目的是減少流體阻力，開啟省力和關(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)密地截斷通道，但不能用于粘度大、易結(jié)晶的物料。
球閥由插入閥體中的球塞來控制閥塞內(nèi)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(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或電動閥進(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。一般用于全開或全關(guān)，不作節(jié)流使用(除非開口特殊鉆石形狀并經(jīng)處理過)。
脫硫工程中使用的閥門按驅(qū)動裝置分類，有電動驅(qū)動、氣動驅(qū)動、手動驅(qū)動和液壓驅(qū)動閥門，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，整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)連線與監(jiān)控，無須手動驅(qū)動。但是，由于造價上手動驅(qū)動閥門價格便宜，又由于手輪或加裝齒輪減速裝置的經(jīng)濟(jì)性與耐用性，對于小脫硫機(jī)組而言，需嚴(yán)格控制工程造價，手動驅(qū)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(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外，其他閥門盡量選用手動驅(qū)動閥門。
4、循環(huán)漿液泵出口閥門的設(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、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用中都占有較大份額。早期引進(jìn)的國外脫硫工藝在循環(huán)泵出口均設(shè)置閥門，經(jīng)過多方技術(shù)糅合和優(yōu)化后，國內(nèi)脫硫技術(shù)力爭在技術(shù)可靠的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最節(jié)省，較多的脫硫公司選擇循環(huán)漿液泵省略掉出口閥門，這基于以下認(rèn)識：(1)目前高壓電動機(jī)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(huán)泵啟動過程要求;(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)致的葉輪帶動電機(jī)反轉(zhuǎn)，不會對系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的影響?？紤]設(shè)備非正常運(yùn)行方式對系統(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)是葉輪帶動泵軸，與由于電機(jī)反轉(zhuǎn)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(tǒng)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(yùn)行維護(hù)經(jīng)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(dāng)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(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可以勝任的。
循環(huán)泵不設(shè)置出口閥門主要是考慮到成本的原因，但是運(yùn)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(jīng)濟(jì)性和安全性，可以在每臺循環(huán)泵出口管的上端(靠近吸收塔平臺)設(shè)置一個支管，F(xiàn)GD系統(tǒng)正常運(yùn)行時用盲板堵上，F(xiàn)GD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(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
閥門是FGD工程中不可或缺的設(shè)備。在設(shè)置和選型的時候要綜合考慮閥門接觸介質(zhì)性質(zhì)和不同型式閥門使用性能，對閥門型式、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(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動。閥門材質(zhì)經(jīng)濟(jì)實用。
(2)電動調(diào)節(jié)閥能對流體進(jìn)行實時有效的調(diào)控，但是價格昂貴，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，在循環(huán)泵出口管的上端設(shè)置支管加盲板，需要檢修時配合氣囊使用，達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。