FGD系統(tǒng)中閥門設(shè)置和選型 FGD系統(tǒng)中電動閥門設(shè)置和選型 FGD系統(tǒng)中氣動閥門設(shè)置和選型 之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應(yīng)用,現(xiàn)在介紹FGD系統(tǒng)中閥門設(shè)置和選型煙氣脫硫(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)用多和成熟的工藝。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)閥運行,或其他的運行方式,而不用調(diào)節(jié)閥,避免閥門磨損。 腐蝕是材料在環(huán)境的作用下引起的破壞或變質(zhì).金屬和合金的腐蝕主要是由于化學(xué)或電化學(xué)作用引起的 破壞,有時還同時伴有機(jī)械、物理或生物作用.非金屬的破壞一般由于化學(xué)或物理作用引起,如氧化、溶解、膨脹等. 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置因其工藝技術(shù)成熟、煤種適用面寬、脫硫效率高、成本較低而成為國內(nèi)外火電廠煙氣脫硫系統(tǒng)的主流裝置,但是該裝置所用的石灰石-石膏濕法脫硫工藝造成整個系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣、防腐蝕工程量大,對系統(tǒng)設(shè)備的防腐性能提出了較高的要求. 閥門是流體輸送系統(tǒng)中的重要控制設(shè)備,改變通路斷面和介質(zhì)流動方向,具有截斷、調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能,在整個脫硫過程中,閥門性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個脫硫系統(tǒng)能否正常有序運行.筆者根據(jù)多年的閥門設(shè)計制造經(jīng)驗,綜合現(xiàn)在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工況條件,就閥門防腐材料選用對策作如下分析與探討. 2石灰石-石膏濕法脫硫工藝原理 石灰石-石膏濕法脫硫工藝是石灰石(CaCO3)經(jīng)磨碎后加水制成漿液作為吸收劑,與降溫后進(jìn)入吸收 塔的煙氣接觸、混合,煙氣中的SO2與漿液中的CaCO3 及加入的空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),后生成石膏.脫硫后的煙氣經(jīng)除霧、換熱升溫后通過煙囪排放.該工藝系統(tǒng)包括煙氣煙道、煙氣脫硫、石灰石制備、石膏處理和廢水處理幾大部分.其主要的化學(xué)反應(yīng)過程如下: ①. SO2 + H2O → H2SO3 吸收 ②. CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CO2 + H2O 中和 ③. CaSO3 + 1/2 O2 → CaSO4 氧化 ④. CaSO3 + 1/2 H2O → CaSO3?1/2H2O 結(jié)晶 ⑤. CaSO4 + 2H2O → CaSO4?2H2O 結(jié)晶 ⑥. CaSO3 + H2SO3 → Ca(HSO3)2 pH控制 另外,燃煤產(chǎn)生的鹵化物(氯化物、氟化物)和氮化物的含量,除本身具有腐蝕作用外,會強(qiáng)化腐蝕環(huán)境PH 值的變化,強(qiáng)化硫酸鹽的腐蝕作用,具有強(qiáng)氧化性. 3 主要腐蝕現(xiàn)象及腐蝕環(huán)境 3.1 主要腐蝕現(xiàn)象 上海申弘閥門有限公司主營閥門有:減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥煙氣脫硫系統(tǒng)的腐蝕現(xiàn)象非常復(fù)雜,形式上有均勻腐蝕(一般腐蝕)和局部腐蝕(縫隙腐蝕、點腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、疲勞腐蝕等),以及物理腐蝕(磨損腐蝕、氣泡腐蝕和沖刷腐蝕)、電化學(xué)腐蝕等,又因溫度、運行工況等因素交織,整個腐蝕是化學(xué)、物理和機(jī)械等因素迭加的復(fù)雜過程. 非金屬材料的化學(xué)腐蝕較緩慢,而物理腐蝕破壞較迅速,是造成非金屬腐蝕的主要原因.物理腐蝕主要表現(xiàn)為溶脹、鼓泡、分層、剝離、開裂、脫膠等現(xiàn)象,其起因主要由腐蝕介質(zhì)的滲透和應(yīng)力腐蝕所致. 煙氣中的SO2、HCl、HF和NxO等酸性氣體在與液體接觸時,生成相應(yīng)的酸液,其SO32-、Cl-、SO42-對金屬有很強(qiáng)的腐蝕性,對防腐內(nèi)襯亦有很強(qiáng)的擴(kuò)散滲透破壞作用,安放有墊圈的部位或附著沉積物的金屬表面易發(fā)生縫隙腐蝕.如果鈍化膜再生得不夠快,點腐蝕就會加速,使腐蝕程度加深.一般在含有氯化物的水溶液中易發(fā)生此類點腐蝕 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,實際塔內(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、運行可靠、使用壽命長、維護(hù)費用少外,還要求防腐蝕、耐磨損,采用防腐材料。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,可使用雙相不銹鋼2507、2205。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)定運行FGD系統(tǒng)中[Cl-][20000mg/L,故閥板閥桿材質(zhì)選用雙相不銹鋼2507。 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、運行維護(hù)費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)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)*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*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,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。與本產(chǎn)品相關(guān)論文:200X先導(dǎo)隔膜式水用減壓閥安裝要求 |