论文部分内容阅读
[摘 要]阀门是一种应用范围十分广泛的机械产品，其本身具有普通机械产品结构设计的特点，同时又由于使用环境不同，在相应的阀门设计过程中也存在着一定的差异性。因此，对于不同使用环境的阀门设计，必须要确定其应用领域以及产品的知识构成，才能保证产品结构设计的有效性。余热发电高温阀门在烧结余热回收系统中有着广泛的应用，其高温环境对于阀门也有着较高的要求，本文就主要针对余热发电高温烟气阀门的设计进行相关的探讨。
[关键词]余热发电 高温烟气 阀门设计
中图分类号：TW156 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）25-0019-01
工业生产在促进经济快速发展的同时，也带来了不同程度的环境问题。在可持续发展观的指导下，越来越多的新型节能技术受到广泛关注，余热发电技术便是其中一项典型的节能技术。水泥生产过程中排放出来的高温烟气，能够带走水泥熟料烧成系统中的大部分热耗，将这部分热耗用来发电，能够减少烟气排放对大气环境造成的影响，同时也能促进水泥窑余热的充分利用，有利于促进经济效益与环境效益的和谐统一。高温烟气阀门是余热发电系统中的重要组成部分，其设计可靠性对于系统的稳定运行有着十分重要额影响。
一、余热发电高温烟气的特点
在烧结余热系统回收的烟气，主要包含两个组成部分，一部分是烧结机尾部的废弃余热，另一部分是烧结矿冷却之前所产生的废弃余热。这两部分余热在烧结总热量中占据较大的比例，对于大气环境产生的影响也较大，如果能够充分利用这部分余热，将其应用到能源再生系统中，则能够在降低能源消耗的同时，减少对大气环境的污染，提高烧结能源利用效率。这部分高温烟气有几个显著的特点：第一，烟气量大。通常情况下，1吨烧结矿所产生的高温烟气可以达到其总能源消耗量的一半以上；第二，烟气中的二氧化硫的含量较大，容易造成设备的腐蚀；第三，烟尘的浓度较大，而且在烟尘中含有大量的钙、硅以及其他金属元素；第四，烟气的温度变化情况较大，能够从几十度上升到两百度。在高温阀门的设计和使用过程中，必须要根据高温烟气的特点，结合实际情况，制定科学的设计方案，才能保证阀门在余热发电系统中的有效运用。
二、余热发电高温烟气阀门的设计原则
1.在阀门设计过程中，首先就需要掌握阀门使用的环境和工业区的环境，才能保证阀门设计的有效性。不同的余热发电系统中所使用的阀门，对于高温烟气的参数有着不同的要求，而不同温度的高温烟气对于阀门的腐蚀程度也存在着一定的差异性，所以在阀门的结构设计以及材料的选择方面，都需要结合阀门的使用环境。同时，高温烟气参数较高的阀门，对于阀门的质量有着更高的要求，这就需要结合实际的使用需求，将高要求的阀门应用在高参数的结构中，才能保证阀门的科学性。如果将高要求的阀门应用在低参数的结构，则会造成工程成本的增加，如果将低要求的阀门应用在高参数的结构中，则无法满足阀门的使用需求，容易造成安全事故。
2.阀门结构的设计应当在满足使用需求的前提下，尽量简化。结构越复杂的阀门，其故障点就越多，而且也会导致经济成本的增加。所以，科学的阀门结构设计能够降低工程造价，而且便于维护。
3.在阀门设计时对于可预见性的问题要充分考虑，如阀门自身的开关系统，对于能够预见的问题要在阀门设计阶段有效的避免，预防在日后的应用过程中，由于阀门问题而影响整个系统的运行。
三、余热发电高温烟气阀门设计要点
在余热发电系统中应用的阀门，其主要的功能在于对烟气的调节和切断，因此在实际的设计工作中，要对其功能进行充分考虑，在此基础上制定科学的设计方案，需要考虑以下几个问题：
1.对阀门应用的高温环境的充分考虑
余热发电系统中的高温烟气在运行的瞬间会对阀门产生很大的冲力，因此要求阀门要具备很强的抗冲击能力，不会在高温烟气的冲击下产生变形或者断裂，这与阀门的结构以及阀门的材料应用有着密切的关系。在阀门的结构及内部构件的设计时，需要对高温条件下部件的性能产生的变化进行充分考虑，对于部件的热胀冷缩、高温变形等物理性能进行科学的计算与试验，选用耐高温、抗蠕变性能较好的材料，设计足够安全系数的强度和刚度，确保其在高温烟气环境下仍然具备较好的使用性能。尤其是大口径阀门，在高温环境下更容易变形而且不容易控制，所以对于阀门应用环境内部的高温等影响因素要充分考虑。
2.烟气粉尘对阀门的影响
烟气粉尘对于阀门的使用效果也会产生较大的影响。粉尘体积小，很容易进入到阀轴与滑动轴之间，引起阀轴的停转，导致阀门不能正常开启和关闭。如果应用外置式轴承，能够有效的避免粉尘对阀轴产生的影响，同时也能减少高温气体对于轴承所产生的热量冲击，所以可以考虑应用外置式轴承。同时，考虑到烟尘的影响，需要在阀门底部设计清灰口，当阀门内部有大量烟尘堆积时，能够通过清灰口进行清洁，避免灰尘堆积引起阀门结构的损坏。另外，由于高温烟气中的粉尘具有一定的侵蚀性，而且耐磨性较强，所以清理工作要频繁的进行，否则大量的粉尘将会在阀体上形成结垢，影响阀门正常启动。
3.阀门机械强度和结构形式
当阀门受到高温条件影响，会产生受热变形或者是管道应力拉伸变形等问题，如果阀门的主体结构使用钢板进行焊接，在高温范围超过其所能够承受的范围时，闸板就很容易出现变形，导致高温烟气的泄露，而且修复难度较大。因此，可以考虑应用箱式结构，结构本身具有很强的机械性能，能够在高温条件下保证阀门的正常启动。另外，阀轴的结构可以使用具有隔热性能和密封性能的外置支撑结构，能够同时实现对阀门的密封和支撑作用。
4.阀门执行器的连接形式
阀门中的执行器对于运行环境有着较高的要求，当温度超过一定的范围，执行器便无法正常运转。造成执行器故障的因素，有环境温度、管道的热辐射等，因此可以考虑利用曲柄连杆机构，通过增加阀轴的长度、加装隔热套等措施，减少高温环境对执行器产生的影响，而且这种结构的拆卸较为方便，便于维修。如果将阀轴与执行器直接连接，就会引起连接部分形成热桥，当执行器发生故障时，很容易导致与其连接的其他元件的损坏，所以在连接形式上，要避免这种直连的方式。
5.阀门的质量控制措施
阀门的质量也是影响阀门正常运转的一个重要因素，对于阀门的质量控制，一方面要对阀门的材质进行严格控制。根据余热发电系统的高温环境，考虑到材质的耐热性、膨胀系数等因素，确保阀门在高温使用环境中不会发生变形、断裂等问题；另一方面，要对阀门的定位与支撑进行充分考虑，避免阀门在使用过程中受到环境因素影响而发生卡死的现象，通常考虑应用“日”字型的定位，能够达到较好的支撑和保护的作用。
结束语
余热法案高温烟气阀门的设计成果对于整个系统的稳定运行都有着十分重要的影响，因此，在实际的设计工作中，必须要充分了解高温烟气的特征，结合可能影响设计成效的相关因素，制定科学的设计方案，才能确保设计方案与实际需要相符合，保证余热发电系统的稳定运行。
参考文献
[1] 何培堂，刘先东，张志军，栗勇.高温阀门设计中的关键技术[J].炼油与化工，2012（12）
[2] 包正林.有关高温阀门设计的主要技术分析[J].科技与企业，2013（10）
[3] 乐精华.高温阀门的高温等级和主体材料[J].阀门，2013（12）
[4] 王菊花.余热发电系统智能控制器的应用研究[].济南大学，2012.
[5] 戚云峰.烧结余热梯级利用的技术设想[J].山东冶金，2008（12）
[6] 姜海波.余热发电高温烟气阀门设计探讨[J].科技创新导报，2012（02）
[7] 修旭明，陈秀林，陈金环.烧结余热发电高温烟气阀门设计[J].科技创新导报，2011（01）
[关键词]余热发电 高温烟气 阀门设计
中图分类号：TW156 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）25-0019-01
工业生产在促进经济快速发展的同时，也带来了不同程度的环境问题。在可持续发展观的指导下，越来越多的新型节能技术受到广泛关注，余热发电技术便是其中一项典型的节能技术。水泥生产过程中排放出来的高温烟气，能够带走水泥熟料烧成系统中的大部分热耗，将这部分热耗用来发电，能够减少烟气排放对大气环境造成的影响，同时也能促进水泥窑余热的充分利用，有利于促进经济效益与环境效益的和谐统一。高温烟气阀门是余热发电系统中的重要组成部分，其设计可靠性对于系统的稳定运行有着十分重要额影响。
一、余热发电高温烟气的特点
在烧结余热系统回收的烟气，主要包含两个组成部分，一部分是烧结机尾部的废弃余热，另一部分是烧结矿冷却之前所产生的废弃余热。这两部分余热在烧结总热量中占据较大的比例，对于大气环境产生的影响也较大，如果能够充分利用这部分余热，将其应用到能源再生系统中，则能够在降低能源消耗的同时，减少对大气环境的污染，提高烧结能源利用效率。这部分高温烟气有几个显著的特点：第一，烟气量大。通常情况下，1吨烧结矿所产生的高温烟气可以达到其总能源消耗量的一半以上；第二，烟气中的二氧化硫的含量较大，容易造成设备的腐蚀；第三，烟尘的浓度较大，而且在烟尘中含有大量的钙、硅以及其他金属元素；第四，烟气的温度变化情况较大，能够从几十度上升到两百度。在高温阀门的设计和使用过程中，必须要根据高温烟气的特点，结合实际情况，制定科学的设计方案，才能保证阀门在余热发电系统中的有效运用。
二、余热发电高温烟气阀门的设计原则
1.在阀门设计过程中，首先就需要掌握阀门使用的环境和工业区的环境，才能保证阀门设计的有效性。不同的余热发电系统中所使用的阀门，对于高温烟气的参数有着不同的要求，而不同温度的高温烟气对于阀门的腐蚀程度也存在着一定的差异性，所以在阀门的结构设计以及材料的选择方面，都需要结合阀门的使用环境。同时，高温烟气参数较高的阀门，对于阀门的质量有着更高的要求，这就需要结合实际的使用需求，将高要求的阀门应用在高参数的结构中，才能保证阀门的科学性。如果将高要求的阀门应用在低参数的结构，则会造成工程成本的增加，如果将低要求的阀门应用在高参数的结构中，则无法满足阀门的使用需求，容易造成安全事故。
2.阀门结构的设计应当在满足使用需求的前提下，尽量简化。结构越复杂的阀门，其故障点就越多，而且也会导致经济成本的增加。所以，科学的阀门结构设计能够降低工程造价，而且便于维护。
3.在阀门设计时对于可预见性的问题要充分考虑，如阀门自身的开关系统，对于能够预见的问题要在阀门设计阶段有效的避免，预防在日后的应用过程中，由于阀门问题而影响整个系统的运行。
三、余热发电高温烟气阀门设计要点
在余热发电系统中应用的阀门，其主要的功能在于对烟气的调节和切断，因此在实际的设计工作中，要对其功能进行充分考虑，在此基础上制定科学的设计方案，需要考虑以下几个问题：
1.对阀门应用的高温环境的充分考虑
余热发电系统中的高温烟气在运行的瞬间会对阀门产生很大的冲力，因此要求阀门要具备很强的抗冲击能力，不会在高温烟气的冲击下产生变形或者断裂，这与阀门的结构以及阀门的材料应用有着密切的关系。在阀门的结构及内部构件的设计时，需要对高温条件下部件的性能产生的变化进行充分考虑，对于部件的热胀冷缩、高温变形等物理性能进行科学的计算与试验，选用耐高温、抗蠕变性能较好的材料，设计足够安全系数的强度和刚度，确保其在高温烟气环境下仍然具备较好的使用性能。尤其是大口径阀门，在高温环境下更容易变形而且不容易控制，所以对于阀门应用环境内部的高温等影响因素要充分考虑。
2.烟气粉尘对阀门的影响
烟气粉尘对于阀门的使用效果也会产生较大的影响。粉尘体积小，很容易进入到阀轴与滑动轴之间，引起阀轴的停转，导致阀门不能正常开启和关闭。如果应用外置式轴承，能够有效的避免粉尘对阀轴产生的影响，同时也能减少高温气体对于轴承所产生的热量冲击，所以可以考虑应用外置式轴承。同时，考虑到烟尘的影响，需要在阀门底部设计清灰口，当阀门内部有大量烟尘堆积时，能够通过清灰口进行清洁，避免灰尘堆积引起阀门结构的损坏。另外，由于高温烟气中的粉尘具有一定的侵蚀性，而且耐磨性较强，所以清理工作要频繁的进行，否则大量的粉尘将会在阀体上形成结垢，影响阀门正常启动。
3.阀门机械强度和结构形式
当阀门受到高温条件影响，会产生受热变形或者是管道应力拉伸变形等问题，如果阀门的主体结构使用钢板进行焊接，在高温范围超过其所能够承受的范围时，闸板就很容易出现变形，导致高温烟气的泄露，而且修复难度较大。因此，可以考虑应用箱式结构，结构本身具有很强的机械性能，能够在高温条件下保证阀门的正常启动。另外，阀轴的结构可以使用具有隔热性能和密封性能的外置支撑结构，能够同时实现对阀门的密封和支撑作用。
4.阀门执行器的连接形式
阀门中的执行器对于运行环境有着较高的要求，当温度超过一定的范围，执行器便无法正常运转。造成执行器故障的因素，有环境温度、管道的热辐射等，因此可以考虑利用曲柄连杆机构，通过增加阀轴的长度、加装隔热套等措施，减少高温环境对执行器产生的影响，而且这种结构的拆卸较为方便，便于维修。如果将阀轴与执行器直接连接，就会引起连接部分形成热桥，当执行器发生故障时，很容易导致与其连接的其他元件的损坏，所以在连接形式上，要避免这种直连的方式。
5.阀门的质量控制措施
阀门的质量也是影响阀门正常运转的一个重要因素，对于阀门的质量控制，一方面要对阀门的材质进行严格控制。根据余热发电系统的高温环境，考虑到材质的耐热性、膨胀系数等因素，确保阀门在高温使用环境中不会发生变形、断裂等问题；另一方面，要对阀门的定位与支撑进行充分考虑，避免阀门在使用过程中受到环境因素影响而发生卡死的现象，通常考虑应用“日”字型的定位，能够达到较好的支撑和保护的作用。
结束语
余热法案高温烟气阀门的设计成果对于整个系统的稳定运行都有着十分重要的影响，因此，在实际的设计工作中，必须要充分了解高温烟气的特征，结合可能影响设计成效的相关因素，制定科学的设计方案，才能确保设计方案与实际需要相符合，保证余热发电系统的稳定运行。
参考文献
[1] 何培堂，刘先东，张志军，栗勇.高温阀门设计中的关键技术[J].炼油与化工，2012（12）
[2] 包正林.有关高温阀门设计的主要技术分析[J].科技与企业，2013（10）
[3] 乐精华.高温阀门的高温等级和主体材料[J].阀门，2013（12）
[4] 王菊花.余热发电系统智能控制器的应用研究[].济南大学，2012.
[5] 戚云峰.烧结余热梯级利用的技术设想[J].山东冶金，2008（12）
[6] 姜海波.余热发电高温烟气阀门设计探讨[J].科技创新导报，2012（02）
[7] 修旭明，陈秀林，陈金环.烧结余热发电高温烟气阀门设计[J].科技创新导报，2011（01）