煤氣系統電動防爆蝶閥

                       上海申弘閥門有限公司

摘 要：針對萊鋼煉鋼廠轉爐煤氣系統擴容后回收量增加帶來的煤氣含塵濃度高、煤氣輸出能力有限、管網系統設計不合理等問題，對系統進行了適應性優化設計，完成了轉爐煤氣自產自用、系統管網改造、煤氣精除塵改造、煤氣加壓機升壓改造，使噸鋼煤氣回收量達到60m3，煤氣含塵量降至14mg/m3，年直接經濟效益達1053萬元。采用耐熱鋼經特殊工藝研制而成的高性能高溫蝶閥，具有耐高溫、體積小、耐震、耐磨、結構緊湊、操作方便、靈活、流阻小等特點。它與任何電動、氣動、電液動、折動執行器組合以不同性能的閥門，可實現自動調節或遠距離控制，上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥廣泛應用于冶金、建材、石化、電力等工業部門。
 

Abstract：Aiming at the problems of high dust content of gas, limited gas output, irrational design of pipe network system existed in the capacityenlarging converter gas system, the system is designed adaptability and optimized. Then projects of self-sufficiency of converter gas, rebuilding of pipe network system, reforming of gas refined dust cleaning, set-up rebuilding of gas forcing machine are finished. After the transformation, the gas retrieving volume of one-ton steel is 60m3, the dust content of gas is reduced to 1.4mg/m3, and the direct economic profit is up to 10.53 million Yuan.

Keywords：converter gas system；pipe network system；dust content of gas；refined dust cleaning；gas forcing machine

1 前言

萊蕪鋼鐵股份有限公司煉鋼廠（簡稱萊鋼煉鋼廠）的3座25t氧氣頂吹轉爐自投產以來，為適應轉爐煉鋼向高產、低耗方向發展，于1993年安裝了25t轉爐煤氣回收貯配系統，并于2000年進行了40t擴容改造，同年3座轉爐具備了煤氣回收能力。3座轉爐實現煤氣回收后，單爐煤氣回收量zui大達2600m3。隨著萊鋼轉爐鋼產量的提高，轉爐煤氣回收量大為增加，但由于轉爐煤氣系統設計不合理，在煤氣的生產和利用過程中產生了許多問題。

2 轉爐煤氣系統現狀分析

2.1 回收的煤氣無法全部利用

轉爐煤氣回收系統原設計用于并網，而混合煤氣總網壓力偏高（多在12000Pa以上），特別是每年5～11月份，混合煤氣總網壓力達到14000Pa。而煉鋼煤氣加壓機的加壓能力zui高只能達到15000Pa，當外網壓力大于13000Pa后，煤氣并網量極低，有50%的轉爐煤氣無法利用，被迫放散。為使轉爐煉鋼產生的煤氣得到合理利用，提高轉爐煤氣回收率，萊鋼采用轉爐煤氣自產自用工藝，使轉爐煤氣系統實現了一部分用于自產自用，多余部分并網利用的應用工藝。

公稱壓力:0.1Mpa  電源（氣源）:220（或380）V·AC（0.14或0.5Mpa） 輸入信號：0-10（4-20）mA（0.02-0.1Mpa）或開關量信號   適用溫度:P5T≤550℃，P6T≤650℃，P7T≤750℃，P8T≤850℃，P9T≤950℃，  適用介質:空氣、煙氣及其他高溫氣體   泄漏率:普通型（DS012型）≤3％低泄漏型（D022）≤1％電動蝶閥是以電動執行器與蝶閥的的結合而稱謂，相同需要的扭力配置以符合通用的SIO5211連接標準平臺以及互為的±5°微調，而達到精密協和。電動蝶閥廣泛應用于食品、環保、輕工、石油、化工、水處理、市政工程、造紙、電力、水處理等行業的工業過程自動控制系統中。閥V4系列電動蝶閥適用于暖通與制冷行業，同時亦可用于工業領域、一般服務領域與水處理。
執行器，電動執行器90°120°180°270°旋轉角行程扭力控制分為開關無源觸點反饋型/智能調節型，特殊環境防爆、隔爆型。硬質鋁合金殼體 執行電源DC24v 、AC220v、AC380v等可選。內置過熱保護、中控反饋信號，指示器透視窗口，附帶斷電應急手動裝置 防護等級IP67 底部安裝尺寸符合ISO5211/DIN3337標準 適應環境溫8℃，環氧樹脂涂層。詳細數據由供應商另行提供。
 
電動蝶閥工作原理：
工作電源通常有：AC220V，AC380V等。輸入信號：4~20mA 0~10v等弱電信號。由調節型電動執行機構和閥桿連接調試好以后；以電能作為驅動力來驅動硬密封蝶閥閥板，作0~90°部分回轉運動。接收工業自動化控制系統的4~20mA信號來控制閥門開度，從而達到流量、溫度、壓力等不同工藝參數的調節和控制。
電動蝶閥特點
（1）采用雙偏心結構，具有越關越緊的密封功能，密封性能可靠。
（2）密封副材料選用不銹鋼和丁腈耐油橡膠配對，使用壽命長。
（3）橡膠密封圈即可位于閥體上，也可位于蝶板上，可適用不同特點的介質，供用戶選擇。
（4）蝶板采用框架結構，強度高，過流面積大，流阻小。
（5）整體烤漆，能有效防止銹蝕且只要更好密封閥座密封材料，就可使用于不同介質。
（6）本閥具有雙向密封功能，安裝時不受介質流向的控制，也不受空間位置的影響?？稍谌魏畏较虬惭b。
（7）具有體積小，重量輕，性能可靠，配套簡單，流通能力大，特別適合于介質是較潔凈液體和氣體。
安裝與維護
1、在安裝時，閥瓣要停在關閉的位置上。
2、開啟位置應按蝶板的旋轉角度來確定。
3、帶有旁通閥的蝶閥，開啟前應先打開旁通閥。
4、應按制造廠的安裝說明書進行安裝，重量大的蝶閥，應設置牢固的基礎。

關鍵詞：轉爐煤氣系統；管網系統；煤氣含塵濃度；精除塵；煤氣加壓機

2.2 轉爐煤氣管網系統設計不合理

原煤氣回收管道系統、煤氣柜輸出管道及并網管道系統設計不合理,難以適應煤氣全部回收及并網和自用要求，安全隱患嚴重。主要情況如下:

（1）回收管道過流面積不足，回收管道阻力大，造成轉爐回收時回收管道壓力高，水封逆止閥水封易擊穿,檢修無安全保障,且不能滿足三爐同時回收的安全要求；

（2）煤氣柜柜后管道過流面積不足。當煤氣量大于20000m3/h時，加壓機機前負壓,不符合安全運行要求，造成回收的煤氣不能全部有效輸出；

（3）并網管道過流面積不足，造成管道阻力大，不能使回收的煤氣全部有效并網利用。

2.3 煤氣含塵濃度高，需進行深度精除塵處理

回收的轉爐煤氣中含塵量高，達到80～100mg/m3，對各煤氣用戶造成了不利影響:

 （1）加壓機葉片積灰嚴重，運行10天左右就須停機清理葉片一次,否則就會產生震動造成事故。

（2）管道積灰嚴重，加壓機運行30天以上，出口管道積灰厚度達300mm，影響管道的正常出力，必須停加壓機進行清理，既影響煤氣并網又增加了工人的勞動強度。

（3）并網的轉爐煤氣灰塵與混合煤氣中的焦油結合，易造成混合煤氣管道積灰并且不易清理。且上述油灰可造成加熱爐換熱器堵塞和煤氣燒嘴堵塞，影響加熱爐的正常生產與運行。

2.4 加壓系統能力不足

原加壓系統有3臺D150-11型煤氣加壓機，每臺加壓機的額定流量為9000m3/h，升壓為12kPa，使用制度為兩用一備，在外網煤氣壓力較高達到10 kPa以上時，即使雙機并聯，煤氣zui大輸出能力只能達到8000m3/h。而實際回收煤氣量為20000m3/h，已不能滿足回收的所有煤氣全部輸出要求。萊鋼4#轉爐煤氣回收后,煤氣回收量可達34200m3/h，更不能滿足回收的所有煤氣全部輸出要求，需要對煤氣加壓機進行升壓改造。

1、外殼：鋁合金外殼經硬脂陽極氧化和聚酯粉末涂層處理，重量輕，具有很強的防腐能力，防護等級可以達到IP6

7（Nammr 4&6），另有防護等級為IP68的產品可供選擇。能適用于各種嚴酷的工況環境。

2、電機：特殊設計的鼠籠感應式電機，啟動力矩大，啟動后能迅速達到峰值，內置過熱、過載保護。具有輸出效率高，度高、噪音低等特點。

3、PCU：高性能的集成微處理器，在安裝現場不用進行復雜的設置，一鍵自動校準和自我調校功能給公祜提供了很大的便利。

4、密封：密封采用雙O型圈，以實現雙向密封。

5、手操機構：手動操作可以通過扳動離合器的手柄來實現手動，通電后離合器可自動復位實現電控功能。另外，手輪的尺寸大小是根據開啟執行器所需的力矩設計的，能輕松、快速、便捷的開啟執行器。

6、齒輪和自鎖裝置：當斷電時，雙蝸輪蝸桿機構和2級減速齒輪箱，能防止閥門因瞬時反轉而引起閥門的位置不，能防止反轉并確保閥門位置的準確、可靠。另外具有輸出效率高，噪音低等特點。

7、限位開關：限位開關精度高，可用來方便調整閥門的極限開關角度位置。當閥門的扭矩過大時提供過載保護和開關角度位置的保護，保護閥門和執行器。

8、抗冷凝加熱器：溫度在20℃±3℃時開關閉合，防止內部水氣冷凝。溫度在30℃±3℃時開關斷開，溫度過高時自動斷電。

9、限位螺栓：限位螺栓從開關的兩個位置來雙重限制執行器的行程，以防止執行器內的蝸輪蝸桿脫離。

10、指示器：通過較大的指示器視窗，操作人員可以遠距離的觀察到閥門的開啟位置。

11、接線端子排：即插即用接線端子排安裝簡介、方便。彈簧壓緊的接線端子使接線更加牢固，可在震動較大的環境中使用。

12、配線：內部配線簡介、明快，安裝方便。

13、連接軸套：連接軸套可拆下自由加工，安裝底座符合ISO5211標準，與閥門連接方便簡單。

14、潤滑：所有齒輪和傳動軸都采用CIATM221潤滑，5年內免潤滑和維護。

15、抗干擾磁環：有效防止外界磁場對電路的干擾，確保電動執行器穩定可靠的工作。

電動執行器在出廠前均經過嚴格的質量檢測，確保產品的穩定、可靠。另有各種不同控制形式和樣式的智能型產品可供選擇.

三、標準配置

3 煤氣系統的優化改造

轉爐吹煉過程中產生1250℃左右的爐氣，爐氣經汽化冷卻煙道冷卻降溫，煙氣溫度降到900℃左右。煙氣進入一文飽和冷卻降溫、除塵，溫度降至175℃左右，然后經脫水器脫水后進入二文精除塵，二文配有液壓伺服裝置，通過轉爐爐口微差壓裝置自動調節二文喉口開度，控制抽氣量。二文煙氣由背包脫水器脫水再經過旋風除塵器進行脫水除塵后，煙氣進入除塵引風機。轉爐煤氣經ZFK-1型煤氣分析儀分析合格后，水封逆止閥打開，三通切換閥由放散轉為回收。轉爐煤氣經水封逆止閥進入20000m3轉爐煤氣柜，然后進入SDB型轉爐煤氣濕式電除塵器除塵后，煤氣含塵量低于2mg/m3，同時在靜電除塵器入口設有氧氣濃度連續檢測，確保進入轉爐煤氣靜電除塵器的煤氣成分不超標而造成除塵器發生爆炸事故。合格的轉爐煤氣由煤氣加壓站加壓機將煤氣加壓后送往煉鋼廠鋼包烘烤、中間包烘烤、混鐵爐保溫、合金烘烤、在線烘烤、砂子加熱等煤氣用戶，多余煤氣并網利用。工藝流程見圖1。

圖1 萊鋼轉爐煤氣系統工藝優化流程

3.1 轉爐煤氣自產自用

3.1.1 自用煤氣工藝參數的確定自用煤氣需要量包括：
     烘包煤氣需要量:單臺烘包器zui大煤氣消耗量為350m3/h，則16臺烘包器zui大煤氣需要量為5600m3/h；
     混鐵爐保溫：每座混鐵爐保溫zui大煤氣消耗量為300m3/h，則2座混鐵爐保溫時煤氣zui大消耗量為600m3/h；
     合金烘烤：3座合金烘烤窯共12臺煤氣燒嘴，煤氣zui大消耗量為600m3/h；
     瀝青、沙子烘烤：zui大煤氣消耗量為300 m3/h；
     連鑄中間包烘烤：共34臺煤氣燒嘴,zui大煤氣消耗量為3900 m3/h。

上述各項相加，可知自用煤氣需要量為11000 m3/h。

3.1.2 自用煤氣管路管徑計算根據煤氣需要量Q為11000 m3/h，煤氣流速V為10m/s計算，則總管管徑D為：

D=Q/（2820×V）    （1）

代入數據，得D為0.624m。選擇D630×8標準煤氣管道，通徑600mm。

3.1.3 煤氣壓力各煤氣用戶燃燒器要求zui小壓力為3000Pa，考慮煤氣運行的zui遠用戶沿程阻力損失為4500Pa，總管煤氣壓力控制在8000～10000Pa。

3.1.4 安全設計轉爐煤氣是無色、無味、的可燃性氣體，如發生煤氣泄露及回火爆爐事故，后果極為嚴重。針對轉爐煤氣的這些特性，結合煤氣管道設計規范，做了以下安全設計：

（1）加壓站防護措施：為防止煤氣用戶操作不當或加壓機跳電引起回火爆炸事故，保護加壓機和煤氣柜，在煤氣站自用管路始端設有防回火泄爆水封組，并對燃燒器進行防回火設計，確保安全。

（2）快速切換保壓裝置：為防止煤氣自用管路壓力低造成燒嘴滅火或引發回火事故，在用戶總管設有轉爐煤氣與混合煤氣快速切換保壓裝置，當煤氣加壓機全部跳電引起自用總管壓力低時，快速切換閥立即打開，用混合煤氣為自用總管保壓，防止回火爆炸事故的發生。

3.1.5 燃燒器改造由于原來的混合煤氣燃燒器無燃燒火道和燃燒穩焰措施，再加上燃燒轉爐煤氣時的火焰傳播速度低于混合煤氣的火焰傳播速度，燃燒范圍窄，著火性與穩定性差，所以容易發生脫火事故。針對轉爐煤氣的特性，把煤氣燃燒器改造為轉爐煤氣穩焰燒嘴。穩焰燒嘴的主要特點是：將轉爐煤氣分散成多股射流噴出，空氣進入燒嘴后與轉爐煤氣進行良好的混合，在燃燒火道內*燃燒形成穩定的高溫火焰噴出，達到烘烤的目的。

3.2 轉爐煤氣系統管網適應性優化

3.2.1 回收管道改造 

（1） 轉爐擴容后技術參數：

鐵水zui大裝入量G：3.6×10.4kg
zui大脫碳速度Vc：0.4%C/min
 鐵水含碳量C1：4.2%
鋼水含碳量C2：0.10%～0.17%
吹煉時間T：14min
供氧強度K：4m3/t.min

（2）爐氣量計算：

按zui大降碳速度計算：

V0=GVc×22.4/12×60×1/(C0+C02)    （2）

代入數據，得V0為21795m3/h。

按供氧強度計算：

V0=2×GK×60      （3）

代入數據，得V0 為17280 m3/h。

按經驗公式計算：

V0=G(C1-C2)×22.4/12×60/14×1.8     （4）

代入數據，得V0為21254 m3/h。

（3）zui大煙氣量計算：

Vy=1.17V0    （5）

按經驗數據進行計算，得Vy 為24800 m3/h。

則3座40t轉爐同時回收煤氣時的zui大瞬時量Q為74400 m3/h。按標準安全流速V為10m/s計算，回收管道直徑d應為1.41m。

上述計算說明，3座轉爐同收煤氣時需要直徑1410mm的回收總管才能使轉爐煤氣安全送到煤氣柜。直徑1410mm的煤氣管道過流面積為1.67 m2，而原設計DN1000回收管道過流面積為0.85m2，故需并聯一根過流面積0.81m2的管道 ,即DN1020×8mm的回收管道才能滿足3座轉爐同時回收的安全要求。

（4）改造實施:設計安裝一根DN1020×8mm轉爐煤氣回收管道與原煤氣回收管道并聯運行。按V為10m/s核算，單爐回收時沿程壓力損失500Pa，兩爐回收時沿程壓力損失2000Pa，三爐回收時沿程壓力損失4000Pa。

實際單爐回收時沿程壓力損失500Pa，高壓風機機后壓力為3500Pa；兩爐回收時沿程壓力損失2000Pa，高壓風機機后壓力為5000Pa，而水封逆止閥水封高度為6000Pa,此時檢修任意一座轉爐高壓風機均無安全隱患，滿足了檢修安全要求。

3.2.2 煤氣柜出口管道（加壓機入口總管）改造

（1）改造依據：萊鋼現有3座轉爐年產鋼量為220萬t，考慮萊鋼新上4#轉爐后年產鋼量為328萬t, 則每天4座轉爐冶煉小時鋼產量為3796t。按噸鋼zui大煤氣回收量為90m3計算，煤氣發生量為34200m3/h。按煤氣回收波動系數1.15計算，柜出口管道輸出zui大瞬時流量Q為38304m3/h。按Q為10m/s計，氣柜出口直徑d為1.16m。

（2）實施情況:上述計算說明,原D630×6mm柜后管道過流面積不夠，取消現有DN600管道，設計安裝1根DN1020×8mm柜后管道與煤氣加壓機連接成為柜后新系統。按V為10m/s、4爐回收的煤氣全部輸出即Q為38304m3/h核算，柜后管道沿程壓力損失為1500Pa，煤氣加壓機機前壓力大于1000 Pa，滿足了回收的煤氣全部輸出時加壓機運行的安全要求。

3.2.3 并網管道改造

（1）改造依據：原并網管道公稱通徑為600mm，并網量達到20000m3/h時阻力達到4800Pa。現zui大并網量為氣柜zui大輸出量(38304m3/h)，與zui大自用量(11000 m3/h)之差約為27000m3/h，按煤氣流速為11m/s計，則并網管道直徑d為0.91m。

（2）實施情況:設計安裝1根D920×8mm并網管道與萊鋼混合煤氣總管連接成為并網新系統。原DN600并網管道取消。按V為10m/s,zui大煤氣并網量Q為27304m3/h，管道長度L為100m核算，新并網管道沿程壓力損失為1100Pa。并網管道阻力大大降低使并網量大為增加，滿足了回收煤氣除自用外全部并網的要求。

3.3 轉爐煤氣精除塵改造

3.3.1 煤氣深度精除塵工藝原理轉爐吹煉過程中產生的高溫煙氣經熄火、降溫、除塵、加壓、成分分析等過程，符合使用要求的煤氣被送至2萬m3干式煤氣柜，然后進入濕式電除塵器。煤氣通過濕式電除塵器時，上方噴霧水嘴噴出的水霧使煤氣中的細小塵粒匯聚，吸附于塵粒上的荷電量增多，有利于灰塵捕捉，含有大量水分的灰塵沉積在集塵極上形成水膜；當集塵極上的灰塵達到一定的厚度時，沖洗噴嘴開始噴水沖洗集塵極，污水匯至污水斗內，經管道排到除塵器下沉淀池內，沉淀后上部清水進清水池，由水泵分別打入噴霧水嘴和沖洗噴嘴，進行上述循環，循環水量分別為14、12t/h。

兩個污水沉淀池尺寸為3.5m×9.0m，兩個沉淀池共同使用，清水池的水位由液位計控制補充新水，并根據pH值定期更換工業新水，以調節循環水的pH值。沉淀下來的污泥，由泥漿泵打入轉爐污水系統的斜板沉淀池進行處理。

3.3.2 改造措施新上1臺SDB型濕式電除塵器，其煤氣處理量40000m3/h，除塵效率達到99%以上，并在靜電除塵器入口設氧氣濃度連續檢測，確保進入轉爐煤氣靜電除塵器的煤氣成分不超標。經電除塵器除塵,轉爐煤氣含塵量降至2mg/m3以下，確保了轉爐煤氣的質量,然后由加壓機加壓后并網和供自用。

3.4 加壓系統改造

原加壓系統有3臺D150-11型煤氣加壓機，每臺加壓機的額定流量為9000m3/h，升壓為12kPa，使用制度為兩用一備。考慮回收煤氣量達到38304m3/h，煤氣加壓機能力已不能滿足所有煤氣輸出要求，3臺加壓機全部改造為D400-12型，兩用一備,并采用變頻調速技術節約用電。

3.4.1 加壓機的選擇

（1）煤氣量的確定：當噸鋼回收煤氣量是90m3時，可回收煤氣量為38304m3/h。

（2） 加壓機提升壓力的確定：

氣燒窯入口煤氣壓力P1：16000Pa

至氣燒窯管道壓力降ΔP1：2200Pa

加壓站內的壓力降ΔP2：300Pa

進入加壓站煤氣壓力P2：1500Pa

加壓機提升壓力ΔP：17000Pa

3.4.2 加壓機參數確定

型號：AI400—1.189/1.019、3臺

進口流量：400m3/min（24000 m3/h）

進口壓力：0.1MPa（絕壓）

進口溫度：40～60℃

進口介質重度：1.396kg/m3

升壓:17000Pa

工況轉數:2860r/min

配用電機功率:220kW

4 效益分析

2002年11月份，萊鋼完成了轉爐煤氣自產自用、轉爐煤氣系統管網改造、轉爐煤氣精除塵改造、轉爐煤氣加壓機升壓改造，使煤氣加壓站煤氣輸配能力達到4萬m3/h，具備了全收全送能力，提高了轉爐煤氣回收率,大大降低了轉爐煤氣含塵量，增大了轉爐煤氣并網量，改善了廠區工作環境，具有極大的經濟效益和社會效益。

萊鋼2002年產鋼量為225萬t，在保證轉爐煤氣熱值達到31500kJ/m3的條件下，2002年萊鋼煉鋼廠月zui高噸鋼煤氣回收量達到75m3，月平均噸鋼煤氣回收量達60m3，轉爐煤氣價格按0.078元/m3計，產生的直接經濟效益為1053萬元。

轉爐煤氣實現精除塵和加壓機升壓改造后，不僅能夠提高轉爐煤氣回收率,減少CO排放，更重要的是每年可以減少外排煙塵，對改善環境質量等效果是極為明顯的。按煙氣含塵量為85mg/m3計，每年少排煙塵量11.475t。

5 結語

5.1 轉爐煤氣精除塵改造設計，使轉爐煤氣含塵量降到1.4mg/m3，減少了煤氣含塵帶來的安全隱患。

5.2 轉爐煤氣自產自用和加壓機升壓改造，滿足了萊鋼轉爐煤氣全部利用的要求，經濟效益顯著。

5.3 配套管道系統適應性優化改造，解決了轉爐煤氣管道系統的安全隱患，為提高煤氣回收量提供了可靠的安全保證。與本產品相關的產品：電動截止閥