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一种新型高温烟道调节装置的研制和应用
发布时间:2019-09-26

    一台装备优良、技术先进的燃气工业炉,在自动控制系统中必须配备炉温自动控制、空燃比自动控制和炉膛压力自动控制三个基本功能。
    但是人们对炉温自动控制和空燃比自动控制比较重视。而对炉膛压力自动控制缺乏足够的认识,或虽然认识到炉压的重要性,而由于烟道阀(烟道闸板)不好调节而无能为力。
    笔者在研究、设计公安部天津消防研究所构件耐火性能实验炉项目时,由于建筑构件的耐火性能试验标准除对实验炉的炉温有特殊的要求外,还对试件在试验时的炉膛压力有严格的要求。笔者应用了新材料、新技术开发了高温烟道调节阀,经过多台构件耐火性能实验炉实际使用,性能良好、调节灵活、控制精度高、寿命长,运行一年多未出过故障。该产品已通过专利产品审核。
    1 烟道调节装置现状
    在以天然气、轻油为燃料的工业加热设备中,燃料产生的高温烟气通过烟道经烟囱排出。为了调节炉压,使燃料正常燃烧,达到工艺要求,给工件提供良好的加热条件,在烟道上需安装调节装置。通用的调节装置是:在地下烟道上安装烟道闸板,烟道闸板是裸露在烟道中,烟道闸板和烟道壁之间的间隙大,密封不好,不利于炉压调节。尤其是加热炉群共用一个烟囱,由于烟道闸板处密封不好,会造成炉压不稳定;在地上烟道安装的烟道蝶阀,阀体和阀板全部由金属制作,为防止在高温时金属阀体和阀板因膨胀卡死,阀体和阀板之间也要留有较大的间隙;烟道蝶阀阀体温度高,密封不严,使用寿命短。
    2 烟道调节装置的研制
    为了解决烟道炉压调节装置处密封不严、阀体温度高、使用寿命短,提高烟道阀的控制精度,改善工件加热质量,降低能源消耗,提高工业加热设备的自动化水平。笔者结合公安部天津消防所实验炉项目实际,设计了一种新型高温烟道调节装置——高温烟道蝶阀。该装置是一种通过调节阀板的开启度控制烟气流量的大小,实现炉膛压力调节的装置,也是调节炉压的关键部件,烟道蝶阀的优劣直接影响工业加热设备控制水平。
    高温烟道蝶阀选用优质耐火材料的保温内衬和优质耐热钢的阀板,密封性好,可以在1100℃的高温烟气下长期使用,配以电动执行器可以自动调节炉压。
    2.1 结构设计
    将烟道炉压调节装置设计为一个整体,在阀体内设有带有子口的保温内衬,调节阀关闭时阀板可以和保温内衬的子口贴紧,解决烟道阀的密封问题;在阀体上安装的轴承与高温烟气之间有保温内衬隔绝,阀体和轴承的温度较低,阀板旋转灵活,寿命长。
    高温蝶阀结构如图1所示。


1.阀体 2.保温内衬 3.销钉 4.上轴承座 5.滑动轴承
6.阀杆 7.销钉 8.阀板 9.下轴承座 10.单向推力球轴承
图1 高温烟道蝶阀结构图


    2.2 各部分构造及材料选择
    (1)轴承
    在阀体上安装上、下轴承座,下轴承座装有单向推力球轴承,上轴承座装有滑动轴承,用于和烟道连接的法兰盘;固定保温内衬的销孔,孔径为Φ10mm,阀体厚度为400mm。阀体由耐热铸铁制造。
    (2)阀杆
    阀杆用于带动阀板转动,阀杆一端和阀体的下轴承座中的单向推力球轴承装配,阀杆另一侧和阀体上轴承座中的滑动轴承装配;在阀杆的上端有和电动执行器装配的接口;阀杆在阀体内的部分固定阀板。阀杆用3Cr25Ni20或1Cr18Ni9Ti材料制造。
    (3)阀板
    阀板的厚度为5~12mm,两侧面各焊有3道筋板,防止高温变形。阀板和阀杆用销钉固定,阀板和销钉选用3Cr25Ni20或1Cr18Ni9Ti材料制造。
    (4)保温内衬
    保温内衬外面为方形或圆形,和阀体用不锈钢销钉固定;内面为圆形和阀板密封,保温内衬的内圆带有子口,子口的内圆直径小于阀板直径50mm,子口的外圆直径大于阀板直径50mm,内圆的子口从阀杆的中心分界,左右子口的方向相反。保温内衬由真空成型高铝耐火纤维或耐火浇注料制成。
    在高温烟道蝶阀关闭时,阀板和保温内衬内圆的子口贴紧,阻止高温烟气通过,高温烟道蝶阀打开时,高温烟气顺利通过。电动执行器可以调节阀板的开启度,控制烟气的流量,实现炉压的自动调节。
    3 实际应用
    3.1 工艺流程
    在消防所构件耐火性能试验馆每个实验炉后的烟道上设置由耐热钢制造的高温烟道蝶阀(旋转式烟道闸板),通过调节烟道闸板的开启度,来调节实验炉的炉膛压力。
    通过炉膛的压力传感器测到炉膛压力信号传至压力调节仪表,根据预先设定的炉膛压力值再由炉膛压力调节仪表输出4~20mA电流信号,将调节电动执行机构带动烟道闸板的转动,使烟道闸板调至合适的位置,满足炉膛压力的调整,确保炉膛压力的稳定可靠,从而确保了炉温的均匀性。
    在阀杆的上端有和电动调节阀装配的接口,电动调节阀可以调节阀板的开启度,控制烟气的流量,实现炉压的自动调节。
    3.2 实施方法
    高温烟道蝶阀由阀体的法兰盘用螺栓和烟道连接并固定。在高温烟道蝶阀关闭时,阀杆带动阀板旋转,阀板的钢板和保温内衬内圆子口的耐火纤维贴紧,阻止高温烟气通过,如图2所示。


图2 高温烟道蝶阀I-I剖面图


    在高温烟道蝶阀打开时,电动执行器依据工艺设定的炉压数值,根据烟气流量的变化,接受输入的4~20mA信号,电动执行器带动阀杆和阀板旋转并开启,电动执行器不断地调节阀板的开启度,控制高温烟气的流量,实现炉压的自动调节。
    在阀体上安装的单向推力球轴承和滑动轴承,与高温烟气之间有保温内衬隔绝,间距为150mm,单向推力球轴承和滑动轴承处的温度较低,阀杆旋转灵活,寿命长。
    4 结语
    新型高温烟道调节装置在公安部天津消防研究所构件耐火性能实验炉上运行可靠,炉压调节稳定,炉温均匀性好。此项技术成果值得推广使用。



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