氣力輸送用特種閘閥的研發(fā)
隨著(zhù)眾多大型(600～1000MW)火力發(fā)電機組項目的上臺，氣力輸送系統在現代燃煤電力行業(yè)被積極采用，而燃煤電廠(chǎng)粉煤灰輸送屬于氣固兩相流動(dòng)范疇。氣體與固粒在輸送管內的運動(dòng)，涉及到氣流速度的分布以及固粒與管壁摩擦等各種條件，情況復雜，對輸送系統部件磨損大。而閥門(mén)是氣力輸送系統的關(guān)鍵設備，因此閥的性能對氣力輸送系統的輸送效率及其能否正常運行，具有重大影響和決定性作用。閥門(mén)問(wèn)題，是引起現有氣力輸送系統存在問(wèn)題的主要原因之一。大型燃煤電廠(chǎng)粉煤灰氣力輸送速度高，粉塵濃度高，物料對系統的磨損性強，特別容易引起閥門(mén)的磨損，造成閥門(mén)開(kāi)關(guān)性能降低，甚至失效。
鑒于氣力輸送系統專(zhuān)用閥門(mén)普遍存在的因磨損而導致密封失效的問(wèn)題，國內外有針對性地設計生產(chǎn)多種氣力輸送系統專(zhuān)用閥門(mén)，根據具體使用的場(chǎng)合和輸送物料的不同，各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。目前主要從耐磨損或減少受磨損機會(huì )這兩個(gè)角度進(jìn)行研究。在提高耐磨損方面，閥門(mén)密封副一般采用“硬對硬”的形式，即通過(guò)不同的熱處理加工方式，獲得高硬度表面或直接選用高硬度、耐磨材料，以提高閥門(mén)壽命。此外，從結構設計的角度，減少受磨損的機會(huì )，閥門(mén)密封副一般采用“硬對軟”的形式，即通過(guò)對閥門(mén)密封副的結構設計，讓閥門(mén)在打開(kāi)時(shí)，密封副的密封表面不在物料的運行通道上，以減少受磨損的機會(huì )，從而提高閥門(mén)的使用壽命。
對此，根據國內火電氣力輸灰的特殊工況(針對堵塞、磨損關(guān)鍵問(wèn)題)，我們做了以下研制工作。
1、主要技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)
1.1、面向氣力輸送閘閥的結構設計
現有技術(shù)的閘閥，在開(kāi)啟過(guò)程中，由于閥腔與輸送管道是連通的，因此，管道中的固體顆�；蚍勰┚陀袡C會(huì )進(jìn)入閥腔內沉積，沉積物少或多，再被閥腔內運動(dòng)零件碰撞壓實(shí)，進(jìn)而堵塞整個(gè)閥腔，導致閘閥無(wú)法動(dòng)作。
現有技術(shù)設置在上述場(chǎng)合的閘閥，有不設吹掃裝置或者設有吹掃裝置兩種形式。前者在使用過(guò)程中，閥腔內很容易被沉積物堵塞，時(shí)間短的只能正常使用數天;后者在吹掃用氣的安排和吹掃孔的布置上存在缺陷，如有些閘閥吹掃用氣用的是氣缸往復運動(dòng)時(shí)的排氣，氣量少且不連續，起不到吹掃的作用。如有些閘閥雖然在閥體上設有吹掃孔，但是由于存在一些吹掃不到的死角，致使閘閥關(guān)閉后，輸送物料在一些位置沉積下來(lái)，然后被閥腔內運動(dòng)零件壓實(shí)，時(shí)間一長(cháng)，閥腔也將被堵塞，導致閘閥無(wú)法動(dòng)作而使輸送系統停止運行，影響整個(gè)生產(chǎn)系統的正常工作。
在原有氣動(dòng)閘閥結構基礎上進(jìn)行了改造，在閥門(mén)上增加了一種閥腔內沉積物吹掃裝置，保證系統正常運轉，發(fā)揮系統的環(huán)保功能。
1.2、面向閥門(mén)密封副耐磨損方向的研究
閥門(mén)密封副采用“硬對硬”的形式，即通過(guò)不同的熱處理加工方式，獲得高硬度表面或直接選用高硬度、耐磨材料，以提高閥門(mén)壽命。主要措施有：
(1)普通金屬材料通過(guò)不同的熱處理方式，以獲得較高硬度的密封表面;
(2)采用高硬度合金加工;
(3)普通金屬材料作基體，堆焊;
(4)噴涂高硬度材料;
(5)采用耐磨陶瓷作為密封材料。
2、技術(shù)解決方案
2.1、帶有自動(dòng)吹掃裝置閘閥的優(yōu)化設計
該閥門(mén)在原有氣動(dòng)閘閥結構的基礎上進(jìn)行改造，在閥門(mén)上增加了一種閥腔內沉積物吹掃裝置(見(jiàn)圖1)。其是在閥體的周邊對稱(chēng)設置有若干個(gè)吹掃孔，管路通過(guò)三通接頭和直角接頭連通閥腔，管路通過(guò)單向閥與控制組件相連，控制組件與壓縮空氣相連。
閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，經(jīng)過(guò)控制組件控制，控制組件內壓縮空氣通過(guò)單向閥、管路、三通接頭、直角接頭進(jìn)入閥腔內，將閥腔內的沉積物吹到管道通道上，與管內介質(zhì)一道流動(dòng)，避免了閥腔內沉積物的堆積、積塊進(jìn)而堵塞整個(gè)閥腔，使閥腔內零件運動(dòng)通暢，保證了閥門(mén)正常使用。閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，管路中無(wú)吹掃壓縮空氣，管路中若有從閥腔內來(lái)的逆向流體則受到單向閥的作用不能通到控制組件，避免了控制組件因物料進(jìn)入而不能工作，從而使整個(gè)閥門(mén)正常工作。
圖1 改造過(guò)的氣動(dòng)閘閥結構
2.2、納米增韌陶瓷在閥門(mén)密封副上的應用
其核心技術(shù)是：
(1)分析氣力輸灰工況，獲得陶瓷件的受力和失效的基本數據，確定研發(fā)陶瓷件的性能要求;
(2)優(yōu)選納米技術(shù)增韌陶瓷，確定其韌性、硬度、模量、耐磨性的質(zhì)量標準，精密加工的關(guān)鍵環(huán)節;
(3)完成陶瓷件與金屬件的配合、裝配設計;
(4)提出改進(jìn)閥門(mén)整體結構建議并設計、試制、現場(chǎng)使用。
采用此技術(shù)，使閥門(mén)使用壽命提高1倍以上。
2.3、硬質(zhì)合金密封副閥門(mén)的研發(fā)
核心技術(shù)為：
(1)分析氣力輸灰工況，獲得硬質(zhì)合金件的受力和失效的基本數據，確定研發(fā)硬質(zhì)合金的性能要求(強度、韌性、硬度、耐磨性);
(2)優(yōu)選硬質(zhì)合金以及精密加工工藝及精度;
(3)開(kāi)展配合和裝配設計、優(yōu)化工藝流程、中試研究;
(4)試制和現場(chǎng)使用。
其創(chuàng )新點(diǎn)，一是閥門(mén)密封圈采用硬質(zhì)合金，二是填料自壓緊裝置，三是填料函可更換技術(shù)。
2.4、噴涂高硬度材料在閥門(mén)密封副中的應用
核心技術(shù)是利用某種熱源，將合金熱噴涂材料加熱到熔融狀態(tài)，然后借助高速氣流霧化成微粒，并噴射到工件表面形成牢固涂層，使工件獲得耐磨、抗高溫氧化、不變形等性能。
其創(chuàng )新點(diǎn)，一是噴涂高硬度材料密封副的閥門(mén);二是填料自壓緊裝置;三是填料函可更換技術(shù)。
3、結束語(yǔ)
大型火電機組粉煤灰會(huì )對環(huán)境造成破壞。因此，對粉煤灰輸送過(guò)程密封性，具有很高的要求，物料氣力輸送系統全密封輸送，無(wú)任何泄漏，對環(huán)境無(wú)污染，系統工作可靠性強，全部自動(dòng)化無(wú)人控制，運行成本低，是一種理想的輸送設備，對環(huán)境保護有重要作用。閥門(mén)是氣力輸送系統關(guān)鍵部件，特種閘閥很好地保證了粉煤灰輸送的安全可靠。
同時(shí)，本項目實(shí)施后，由于采用多項先進(jìn)科技，特種閘閥的各項性能指標在國內外處于領(lǐng)先水平，使用壽命大幅提高，減少了系統的使用維修及養護成本，極大地提高了氣力輸送專(zhuān)用閥門(mén)的技術(shù)水平，減少了閥門(mén)配件的消耗，達到合理利用自然資源，減少能源消耗及“三廢”排放的目的。項目的實(shí)施完全符合國家提倡的節能減排要求，為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟效益、社會(huì )效益及環(huán)保效益。
