蘇江峰，陳儒稼，申 健，史慶康

（國(guó)投金城冶金有限責(zé)任公司，河南靈寶472500）

某公司有色金屬火法冶煉系統(tǒng)采用富氧底吹造锍捕金自熱熔煉技術(shù)，熔煉爐所產(chǎn)生的高溫高含塵煙氣經(jīng)熔煉余熱鍋爐、靜電除塵器、干法收砷裝置處理后，潔凈煙氣送入制酸凈化工序稀酸洗滌凈化，經(jīng)二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝生產(chǎn)w（H2SO4）98%或93%的成品硫酸，制酸尾氣脫硫達(dá)標(biāo)后排放[1]。

該公司熔煉系統(tǒng)所產(chǎn)生的煙氣具有溫度高、粉塵含量大、成分復(fù)雜的特性，且由于煙氣中三氧化硫含量較大，產(chǎn)出的灰易出現(xiàn)發(fā)粘發(fā)潮易黏結(jié)的情況。在處理高溫含塵煙氣時(shí)，由于煙道尺寸較大，直徑通常在500～3 000 mm，大部分煙道所采用的閥門(mén)為電動(dòng)或手動(dòng)蝶閥，易在蝶閥閥板處形成積灰，對(duì)系統(tǒng)造成影響。根據(jù)某公司的實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)有色冶煉過(guò)程煙道大口徑電動(dòng)蝶閥、電動(dòng)盲板閥與電動(dòng)鐘罩閥的應(yīng)用情況進(jìn)行對(duì)比，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，為閥門(mén)選型提供參考。

1 大口徑閥門(mén)介紹

1.1 蝶閥

蝶閥由閥體、蝶板及閥桿等部件組成，是有色冶煉各系統(tǒng)應(yīng)用最多的一種閥門(mén)，大量用作煙道的隔離閥，也用于需頻繁開(kāi)關(guān)的管路上，起到調(diào)節(jié)煙氣的作用。蝶閥可電動(dòng)、氣動(dòng)或手動(dòng)操作。該公司熔煉系統(tǒng)煙道采用的閥門(mén)大多為電動(dòng)蝶閥。電動(dòng)蝶閥的閥板是一個(gè)圓盤(pán)，執(zhí)行器通過(guò)給定信號(hào)控制閥桿在0～90°往復(fù)回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的開(kāi)閉。

1.2 電動(dòng)盲板閥

電動(dòng)盲板閥主要由左閥體、右閥體、萬(wàn)向軸、絲杠、閥板及密封圈等部件組成，并由底座、支撐柱構(gòu)成一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)實(shí)體，閥門(mén)中設(shè)有閥體夾緊裝置和閥板移動(dòng)裝置。閥體框架采用16 mm優(yōu)質(zhì)碳素鋼板，通道及閥板采用316L不銹鋼材質(zhì)，保證了閥門(mén)的使用強(qiáng)度與耐腐蝕性。該公司熔煉系統(tǒng)的電動(dòng)盲板閥應(yīng)用于收砷系統(tǒng)旁通煙道及驟冷塔進(jìn)口煙道處。電動(dòng)盲板閥在開(kāi)關(guān)時(shí)，先松開(kāi)加緊裝置，通過(guò)4個(gè)萬(wàn)向軸、3根絲杠的驅(qū)動(dòng)，使閥體和閥板完全脫離，然后開(kāi)啟或關(guān)閉閥門(mén)，控制閥門(mén)盲板與通達(dá)孔沿滑道移動(dòng)，達(dá)到切換煙氣的目的。移動(dòng)完成后，再次啟動(dòng)加緊裝置，使閥體與閥板密封。

1.3 鐘罩閥

鐘罩閥主要由閥體、閥蓋、閥座、閥桿、支撐架、連接架、填料函體及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部件組成。鐘罩閥具有耐高溫、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活可靠、維修方便，且可通過(guò)DCS實(shí)行自動(dòng)調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在冶煉、化工等行業(yè)廣泛應(yīng)用。該公司電動(dòng)鐘罩閥安裝的位置大都選擇在熔煉、吹煉等大型風(fēng)機(jī)出口煙道上，作為風(fēng)機(jī)出口煙氣的開(kāi)關(guān)閥。

2 3種閥門(mén)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 電動(dòng)蝶閥

電動(dòng)蝶閥具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、操作方便。

2）具備流量調(diào)節(jié)功能，在不調(diào)整風(fēng)機(jī)的情況下可起到風(fēng)門(mén)的作用，調(diào)整該設(shè)備或檢修處的負(fù)壓。

3）適用于需頻繁調(diào)節(jié)的情況。電動(dòng)蝶閥調(diào)節(jié)時(shí)，相較于電動(dòng)盲板閥更易于操作，操作步驟簡(jiǎn)單，切換時(shí)間短，適用于煙氣頻繁切換的情況。

4）價(jià)格較低，易安裝，安裝環(huán)境要求低于電動(dòng)盲板閥。

由于蝶閥始終處于高溫高粉塵煙氣中，其閥桿和閥板易被煙氣腐蝕，且易被黏性較大的煙塵粘附，對(duì)閥門(mén)關(guān)閉后的密封性造成影響。根據(jù)該公司實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程遇到的問(wèn)題，總結(jié)其有以下缺點(diǎn)：

1）閥板處易積灰，且運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)積灰情況越嚴(yán)重。閥板處作業(yè)空間小，積灰清理難度較大。由于閥板處于管道的內(nèi)部，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，煙氣中的粉塵在該處遇到阻擋而聚集在閥板及蝶閥底部，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，閥板與蝶閥底部的積灰越來(lái)越多，造成系統(tǒng)阻力增大，只能通過(guò)人工定期清理閥板及閥門(mén)底部的積灰。由于系統(tǒng)的特殊性，管道不能冷卻降溫，煙道內(nèi)部溫度高，存在一定的有害氣體和粉塵，同時(shí)作業(yè)空間小，特別是在閥板處。作業(yè)環(huán)境惡劣，安全系數(shù)低，進(jìn)一步增加了積灰清理的難度。

2）銹蝕嚴(yán)重，閥桿變形，閥門(mén)難以動(dòng)作。由于熔煉系統(tǒng)產(chǎn)生的煙氣溫度較高，經(jīng)常在300～400 ℃，過(guò)高的負(fù)壓、流動(dòng)的高溫?zé)煔鈱?duì)閥桿與閥板產(chǎn)生一定的沖蝕，在煙塵性質(zhì)變化出現(xiàn)發(fā)黏時(shí)，易在閥板與閥桿上形成黏結(jié)物。腐蝕嚴(yán)重時(shí)，閥桿變形，閥門(mén)動(dòng)作幅度大幅減小，無(wú)法起到應(yīng)有的閉合截流作用。閥門(mén)無(wú)法起到閉合作用會(huì)對(duì)系統(tǒng)生產(chǎn)造成不利影響。

3）電動(dòng)蝶閥因閥板與底部積灰，易造成閥板關(guān)閉不嚴(yán)，造成系統(tǒng)之間不能徹底切斷。冶煉行業(yè)由于煙氣管路走向復(fù)雜，各系統(tǒng)之間需經(jīng)過(guò)閥門(mén)進(jìn)行隔斷與并入。各系統(tǒng)之間若不能完全斷開(kāi)，存在串氣，就不能對(duì)已經(jīng)停止運(yùn)行準(zhǔn)備檢修的設(shè)備或工序進(jìn)行單獨(dú)維修。若整體停車(chē)，又大幅影響系統(tǒng)的開(kāi)車(chē)率，對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)造成影響。故障系統(tǒng)單獨(dú)停車(chē)時(shí)，因煙氣互串，對(duì)故障系統(tǒng)檢修造成困難，影響檢修效率，同時(shí)，檢修時(shí)的安全系數(shù)降低，檢修風(fēng)險(xiǎn)增高。

2.2 電動(dòng)盲板閥

電動(dòng)盲板閥具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，對(duì)煙氣阻斷性能好，密封性能好。其良好的密封性能，可避免煙氣互串，使用安全系數(shù)較高，能有效地控制煙氣的走向。

2）閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，運(yùn)行阻力小。電動(dòng)盲板閥具有和插板閥一樣的優(yōu)點(diǎn)，在全開(kāi)的狀態(tài)下，對(duì)煙氣造成的阻力較小。同時(shí)避免了煙氣中的粉塵在閥門(mén)處的堆積結(jié)塊造成系統(tǒng)阻力升高、系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷下降，有效提高系統(tǒng)運(yùn)行率。

3）在使用過(guò)程中，由于閥板處于煙道外部，不經(jīng)過(guò)高溫?zé)煔鉀_刷，減少了煙塵在閥板上的過(guò)量沉積，閥板的使用壽命較長(zhǎng)，不易變形，可長(zhǎng)時(shí)間保持良好的氣密性。同時(shí)，便于人員清理閥板積灰及煙道處內(nèi)部積灰。閥門(mén)的維修保養(yǎng)、積灰清理難度低于電動(dòng)蝶閥。

電動(dòng)盲板閥的缺點(diǎn)主要有：

1）安裝位置要求相對(duì)較高。由于電動(dòng)盲板閥自身較大較重，安裝部位需要有足夠的空間和承重能力。

2）在切換過(guò)程中，由于加緊裝置需先松開(kāi)成打開(kāi)狀態(tài)，在切換過(guò)程中會(huì)對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)的負(fù)壓造成明顯影響。

3）切換時(shí)間比電動(dòng)蝶閥長(zhǎng)，切換過(guò)程人員需現(xiàn)場(chǎng)跟進(jìn)，觀察閥門(mén)切換時(shí)各萬(wàn)向軸工作是否同步。電動(dòng)盲板閥僅可做開(kāi)關(guān)閥，不具備氣量調(diào)節(jié)功能。

2.3 電動(dòng)鐘罩閥

電動(dòng)鐘罩閥具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作靈活可靠，維修方便。

2）電動(dòng)鐘罩閥比蝶閥和盲板閥調(diào)節(jié)過(guò)程更為迅速靈敏。

3）閥門(mén)狀態(tài)比蝶閥更便于觀察。相較于蝶閥，在調(diào)節(jié)鐘罩閥的過(guò)程中，在現(xiàn)場(chǎng)人員可通過(guò)閥桿運(yùn)動(dòng)狀態(tài)觀察閥門(mén)調(diào)整狀態(tài)。

4）相較于蝶閥，鐘罩閥在高溫?zé)煔庵械臅r(shí)間較短，煙氣腐蝕造成的影響較小。

5）相較于蝶閥與盲板閥，鐘罩閥的使用壽命較長(zhǎng)，出現(xiàn)故障的概率較低。該公司的鐘罩閥在運(yùn)行過(guò)程中，鐘罩閥出現(xiàn)故障維修的次數(shù)遠(yuǎn)低于蝶閥與盲板閥。

電動(dòng)鐘罩閥的缺點(diǎn)主要有：

1）在運(yùn)行過(guò)程中，由于閥桿需運(yùn)動(dòng)，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，在與閥體的連接處會(huì)存在明顯縫隙，對(duì)氣密性造成影響。

2）運(yùn)行一段時(shí)間后，由于封蓋與密封槽處積灰，會(huì)影響鐘罩閥在關(guān)閉狀態(tài)的密封性，對(duì)氣體的隔斷性相較于蝶閥較強(qiáng)，但弱于盲板閥。

3）閥桿易被煙氣形成的稀酸腐蝕。由于要暴露在煙氣與空氣兩種情況下，在運(yùn)行一段時(shí)間后，閥桿上出現(xiàn)明顯的被稀酸腐蝕的痕跡；在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，存在閥桿斷裂對(duì)生產(chǎn)造成影響的可能，同時(shí)酸泥和較硬的砷結(jié)晶粘在閥門(mén)周?chē)讓?dǎo)致閥門(mén)卡阻。

3 閥門(mén)優(yōu)化選擇

在有色冶煉系統(tǒng)中，煙氣管道應(yīng)用的閥門(mén)主要作用在于對(duì)煙氣流量的調(diào)節(jié)與走向的切換或阻斷，因此在選擇閥門(mén)時(shí)，應(yīng)從多方面綜合考慮，如閥門(mén)的用途、安裝的位置、使用環(huán)境及后期維護(hù)等，以保證閥門(mén)的有效運(yùn)行，減少故障率和對(duì)系統(tǒng)造成的影響。

3.1 閥門(mén)的用途

在有色冶煉系統(tǒng)中，選擇閥門(mén)時(shí)，根據(jù)閥門(mén)是用于截?cái)噙€是可做調(diào)節(jié)進(jìn)行選擇，若閥門(mén)只用于截?cái)?，且?duì)其閥門(mén)密閉性要求高時(shí)，在安裝條件具備的情況下，選擇使用電動(dòng)盲板閥。在需要閥門(mén)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，或閥門(mén)調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間要求較短的情況下，則選擇使用電動(dòng)蝶閥。

同時(shí)，閥門(mén)的選擇還需考慮閥門(mén)是否頻繁動(dòng)作。若使用的閥門(mén)長(zhǎng)時(shí)間不能進(jìn)行動(dòng)作，在使用蝶閥時(shí)，會(huì)出現(xiàn)蝶閥被積灰卡死，無(wú)法動(dòng)作的現(xiàn)象。在閥門(mén)存在長(zhǎng)時(shí)間不能動(dòng)作的情況，使用電動(dòng)盲板閥及鐘罩閥要優(yōu)于使用電動(dòng)蝶閥。

3.2 煙氣的特性

有色火法冶煉過(guò)程中，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)常含有較高的二氧化硫及三氧化硫，在系統(tǒng)存在漏風(fēng)或漏點(diǎn)時(shí)，易出現(xiàn)酸性氣體對(duì)閥門(mén)造成損害。同時(shí)，高溫?zé)煔庠陂y門(mén)運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)對(duì)閥門(mén)產(chǎn)生很大的沖力，因此選擇的閥門(mén)要具備很強(qiáng)的抗沖擊能力，不會(huì)在高溫?zé)煔獾臎_擊下產(chǎn)生變形或者斷裂。在煙氣成分復(fù)雜，易對(duì)閥門(mén)造成腐蝕的情況下，因電動(dòng)蝶閥的閥桿與閥板長(zhǎng)時(shí)間處于煙道內(nèi)部，此時(shí)，安裝空間等條件都具備的情況下，使用電動(dòng)盲板閥要優(yōu)于使用電動(dòng)蝶閥及鐘罩閥，可有效減少因設(shè)備原因?qū)ιa(chǎn)造成的影響。

3.3 閥門(mén)的位置

根據(jù)該公司的實(shí)際生產(chǎn)情況，在相同煙道、相同的煙氣成分，使用位置不同時(shí)，對(duì)蝶閥的使用情況有很大影響。在垂直方向煙道上使用蝶閥時(shí)，使用效果遠(yuǎn)高于在水平方向使用，故障率及積灰率都相對(duì)較低。在水平方向煙道，因重力作用，易在煙道底部造成積灰，此時(shí)使用電動(dòng)蝶閥的效果較差，在條件允許可以使用電動(dòng)盲板閥的情況下，使用電動(dòng)盲板閥的效果要遠(yuǎn)高于使用電動(dòng)蝶閥。但在垂直煙道上，考慮成本、操作便利等情況，對(duì)閥門(mén)密封性要求不高的情況下，使用電動(dòng)蝶閥較好。

4 有色金屬火法冶煉系統(tǒng)閥門(mén)的優(yōu)化方案及效果

該公司有色金屬火法冶煉系統(tǒng)優(yōu)化前、后閥門(mén)配置分別見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 優(yōu)化前閥門(mén)配置

圖2 優(yōu)化后閥門(mén)配置

閥門(mén)配置方案優(yōu)化前主要存在以下問(wèn)題：

1）在煙氣并入收砷系統(tǒng)后，即主煙氣經(jīng)過(guò)驟冷塔及布袋收砷器，經(jīng)風(fēng)機(jī)后進(jìn)入制酸系統(tǒng)，由于布袋收砷器旁通管道有一個(gè)電動(dòng)蝶閥，蝶閥處因存在積灰導(dǎo)致關(guān)閉不嚴(yán)，造成部分煙氣未經(jīng)過(guò)驟冷塔及布袋收砷器，直接由旁通煙道進(jìn)入后續(xù)制酸系統(tǒng)，降低了驟冷塔及布袋收砷器的砷回收率，同時(shí)增大了制酸系統(tǒng)稀酸中雜質(zhì)的含量，增加了稀酸處理成本。

2）在煙氣并入收砷系統(tǒng)后，即熔煉煙氣經(jīng)過(guò)驟冷塔及布袋收砷器，經(jīng)風(fēng)機(jī)后進(jìn)入制酸系統(tǒng)，同時(shí)吹煉煙氣也送入同一套制酸系統(tǒng)。在布袋收砷器旁通煙道電動(dòng)蝶閥關(guān)閉不嚴(yán)的情況下，有一部分熔煉煙氣經(jīng)旁通煙道送至制酸系統(tǒng)，對(duì)收砷系統(tǒng)控制熔煉系統(tǒng)負(fù)壓時(shí)造成影響，同時(shí)增大了吹煉系統(tǒng)在調(diào)整負(fù)壓時(shí)對(duì)熔煉系統(tǒng)負(fù)壓的影響，造成熔煉系統(tǒng)負(fù)壓波動(dòng)，此情況在旁通煙道電動(dòng)蝶閥運(yùn)行時(shí)間越久，間隙越大時(shí)越明顯。

3）在驟冷塔及布袋收砷器檢修作業(yè)時(shí)，因驟冷塔進(jìn)口蝶閥關(guān)閉不嚴(yán)，引起煙氣互串，威脅檢修人員安全，同時(shí)漏風(fēng)腐蝕設(shè)備。

為解決上述問(wèn)題，該公司在驟冷塔進(jìn)口、布袋收砷器出口及布袋收砷器旁通管道各增加1臺(tái)電動(dòng)盲板閥，優(yōu)化配置后系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期效果：

1）由于電動(dòng)盲板閥在關(guān)閉時(shí)對(duì)煙氣實(shí)現(xiàn)徹底阻斷，密封性能好，在旁通煙道電動(dòng)蝶閥因積灰關(guān)閉不嚴(yán)時(shí)，能徹底消除熔煉煙氣走旁通煙道的現(xiàn)象，降低吹煉系統(tǒng)及制酸系統(tǒng)煙氣在運(yùn)行過(guò)程中負(fù)壓波動(dòng)，同時(shí)消除在負(fù)壓調(diào)整時(shí)對(duì)熔煉系統(tǒng)負(fù)壓的影響，有效穩(wěn)定了熔煉系統(tǒng)負(fù)壓，便于收砷系統(tǒng)更穩(wěn)定地運(yùn)行。

2）優(yōu)化后，在收砷系統(tǒng)運(yùn)行期間，由于旁通煙道可以徹底阻斷，煙氣全部從收砷系統(tǒng)經(jīng)過(guò)，提高了系統(tǒng)對(duì)煙氣中煙塵和砷的回收率，同時(shí)便于操作人員更精準(zhǔn)地判斷和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)阻力的變化情況。與優(yōu)化前相比，收砷系統(tǒng)開(kāi)車(chē)期間，制酸系統(tǒng)凈化酸泥量及砷含量明顯減少，有效提高了煙氣中的煙塵及砷的回收率，減少其后移，同時(shí)降低了污水車(chē)間的生產(chǎn)成本及人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）在驟冷塔及布袋收砷器檢修期間，驟冷塔及布袋收砷器可與制酸系統(tǒng)徹底斷開(kāi)，避免了因蝶閥關(guān)閉不嚴(yán)引起的煙氣互串，解決了漏風(fēng)問(wèn)題，消除了檢修作業(yè)人員的安全隱患。

5 結(jié)語(yǔ)

在有色金屬火法冶煉系統(tǒng)中，煙道上煙氣切換閥門(mén)的選擇至關(guān)重要，直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和開(kāi)車(chē)率進(jìn)而關(guān)系到企業(yè)效益。選擇合適的閥門(mén)有利于后期對(duì)閥門(mén)維護(hù)保養(yǎng)，保障作業(yè)人員的安全。生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況綜合考慮各種因素進(jìn)行對(duì)比分析，選擇合適的閥門(mén)。