1．概述
殼牌粉煤氣化工藝[1]是通過高壓粉煤給料罐將粉煤由N2加壓后密相送入氣化爐。粉煤給料罐的原料粉煤由一鎖斗系統(tǒng)注入，即通過粉煤放料罐與粉煤給料罐之間的鎖斗閥和平衡閥周期性的隔離、連通實(shí)現(xiàn)粉煤的放料；殼牌氣化爐采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，多燒嘴(通常是4～8個(gè))進(jìn)料，進(jìn)入氣化爐的粉煤流量由粉煤流量調(diào)節(jié)閥控制，粉煤在進(jìn)氣化爐或循環(huán)回至低壓粉煤儲(chǔ)罐之間的切換由粉煤給料三通閥控制。
粉煤氣化生成的粗煤氣攜帶煤灰總量的20％～30％沿氣化爐上行，在氣化爐頂部出口處通過冷的無塵循環(huán)氣激冷降溫至900℃，熔融的飛渣粒子凝固成細(xì)小的飛灰，夾帶著飛灰的粗煤氣沿激冷管、導(dǎo)管、反向室最終進(jìn)入廢熱鍋爐。煤灰總量的70％～80％以熔融態(tài)流入氣化爐底部，通過下渣口進(jìn)入灰渣激冷罐，被水激冷淬化成密實(shí)的玻璃狀粒子，并通過一個(gè)鎖斗系統(tǒng)從系統(tǒng)中清除出去。
出自廢熱鍋爐的約350℃的粗煤氣先經(jīng)過高溫高壓陶瓷過濾器干法除灰，再進(jìn)入濕洗單元水洗，以清除鹵化物和最后的少量粉塵。陶瓷過濾器的濾芯由24組反吹閥控制的高壓氮?dú)膺M(jìn)行反吹清潔。飛灰的收集及排放由飛灰收集罐底部的飛灰閥控制，激冷后的灰渣收集及排放由爐渣收集罐底部的鎖斗閥控制。
2．鎖斗閥
殼牌干煤粉氣化裝置采用發(fā)送罐工藝進(jìn)行煤粉的輸送以及爐渣和飛灰的排放。鎖斗閥、飛灰閥和平衡閥的程控動(dòng)作，主要是為了料倉(cāng)之間的均壓和粉煤(爐渣或飛灰)的排放。上述閥門結(jié)構(gòu)類似，DN200～300mm，PNl0.0MPa，介質(zhì)為N2+粉煤(飛灰)，或水+爐渣，密封等級(jí)VI級(jí)，閥門每20～30分鐘啟閉一次，工程設(shè)計(jì)要求選用全通徑硬密封球閥，本文僅對(duì)鎖斗閥進(jìn)行介紹。目前國(guó)內(nèi)殼牌粉煤氣化裝置上使用的鎖斗閥主要有2種結(jié)構(gòu)形式，一是固定球閥，二是浮動(dòng)球閥。
2．1 固定球鎖斗閥
固定球鎖斗閥的結(jié)構(gòu)見圖1。其閥體為兩塊式，材質(zhì)WCB，流道內(nèi)襯雙相鋼耐磨套，閥體設(shè)吹掃口。球體側(cè)裝，上下轉(zhuǎn)軸的凸輪狀頭部插入球體，轉(zhuǎn)軸由閥蓋中的軸套定位。密封副由碟簧預(yù)緊的閥前密封型閥座和球體組成，球體和閥座的基材為雙相鋼2205，密封面噴焊鎳基合金，硬度HRC60；閥座帶刮掃刃，防止固體顆粒進(jìn)入密封面。閥門配雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器。
固定球鎖斗閥的啟閉扭矩受壓差影響小，閥桿因受側(cè)推力而易偏磨。實(shí)際使用時(shí)，在頻繁啟閉過程中，固定球鎖斗閥的支架出現(xiàn)了開裂和扭曲變形，造成氣動(dòng)執(zhí)行器因輸出軸和閥桿不同心而嚴(yán)重磨損，且其閥桿與軸套之間的間隙容易進(jìn)粉而卡死。
2．2 浮動(dòng)球鎖斗閥
浮動(dòng)球鎖斗閥為浮動(dòng)球球閥，其密封副的原理見圖2。閥門采用流道帶耐磨襯套的對(duì)分式閥體，球體和閥座表面噴焊ARGULOY合金，硬度HRC60，球體可沿壓差方向浮動(dòng)，閥座有自潔功能，一閥座由彈簧預(yù)緊，另一閥座固定。浮動(dòng)球鎖斗閥的進(jìn)口閥座在浮動(dòng)套筒上，因而可實(shí)現(xiàn)進(jìn)出口雙閥座密封，閥門密封性能好，但啟閉扭矩大。
浮動(dòng)球鎖斗閥的球體因壓差產(chǎn)生的軸向推力并不作用于閥桿，閥桿不易卡死，但其密封副摩擦扭矩受壓差影響大，實(shí)際使用時(shí)，因閥門壓差不穩(wěn)引起的球體抱死現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。
3．粉煤流量調(diào)節(jié)閥
進(jìn)入氣化爐的粉煤流量由粉煤流量調(diào)節(jié)閥控制，閥門公稱直徑65，公稱壓力600LB，密封等級(jí)為IV級(jí)，介質(zhì)為N2(CO2)+粉煤，閥芯由氣動(dòng)直行程執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)，閥門Cv值70，流量特性為近似等百分比。
殼牌粉煤氣化裝置上使用的粉煤流量調(diào)節(jié)閥分別由SchuF和Fisher提供，結(jié)構(gòu)示意見圖3。閥門為角式調(diào)節(jié)閥，閥門進(jìn)口垂直向下，出口與進(jìn)口夾120°角斜向下，氣動(dòng)直行程執(zhí)行器倒置。杯狀閥芯的杯口向上，其側(cè)壁開槽，進(jìn)口流入的粉煤垂直落入閥芯杯口，通過閥芯側(cè)壁的開槽，斜向下流出閥門。閥芯上下移動(dòng)，通過改變開槽的遮擋面積，從而改變粉煤流量。閥芯由閥桿拖動(dòng)，閥桿防轉(zhuǎn)，用波紋管密封，閥蓋加吹氣，防止因粉煤沉積而引起的波紋管卡澀。閥體內(nèi)襯和閥芯均采用碳化鎢防止磨損。
粉煤流量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能滿足工藝要求，碳化鎢內(nèi)件的耐磨性能良好，但需注意上蓋吹氣應(yīng)該在閥門動(dòng)作前就應(yīng)開始，在閥門停止工作后才能結(jié)束，且通氣需保持一定氣量，否則煤粉會(huì)大量沉積在閥蓋處，造成波紋管伸縮困難。
4．粉煤給料三通閥
粉煤在進(jìn)氣化爐或循環(huán)回至低壓粉煤儲(chǔ)罐之間的切換由粉煤給料三通閥完成。三通閥公稱通徑40～65，公稱壓力600LB，介質(zhì)為N2(CO2)+粉煤，氣開彈簧復(fù)位，換向時(shí)間2～3秒。
殼牌粉煤氣化裝置上使用了BCH粉煤給料三通閥，其工作原理見圖4。閥體一進(jìn)兩出，材料為WCB；轉(zhuǎn)子設(shè)平行雙通道，材料為雙相鋼2205。閥體和轉(zhuǎn)子精密配合，配合表面硬化處理。轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30°，煤線接通，循環(huán)線關(guān)閉；轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30°，循環(huán)線接通，煤線關(guān)閉。轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由90°標(biāo)準(zhǔn)氣動(dòng)頭和齒數(shù)比為1：3的內(nèi)嚙合齒輪組合而成，內(nèi)嚙合齒輪可將標(biāo)準(zhǔn)氣缸的90°輸出角轉(zhuǎn)化為30°，并放大氣缸扭矩。
粉煤給料三通閥在使用過程中出現(xiàn)了卡澀現(xiàn)象，分析認(rèn)為轉(zhuǎn)子偏磨和閥體與轉(zhuǎn)子之間的間隙進(jìn)粉是閥門卡澀的主要原因。
5．反吹閥
殼牌工藝中，粗煤氣須經(jīng)高溫高壓陶瓷過濾器干法除灰，而陶瓷過濾器的濾芯由24組反吹閥控制的高壓氮?dú)膺M(jìn)行反吹清潔。24組反吹閥每隔20～30秒交替開啟，每臺(tái)閥門啟閉時(shí)間0.1～0.3秒。閥門DN80／PN900LB，操作溫度350℃。
殼牌粉煤氣化裝置上使用了coax反吹閥，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。閥門為兩位截止型，氣開彈簧關(guān)。角式閥體，上進(jìn)下出，軟密封。閥桿波紋管密封，無填料。
coax反吹閥滿足工藝要求。實(shí)際使用時(shí)，有用戶出于工藝上的原因，用干凈的合成氣反吹陶瓷過濾器，但如其反吹閥閥體材料為碳鋼，則會(huì)造成閥門的嚴(yán)重腐蝕。
6．特種閥的國(guó)產(chǎn)化
最初的工程設(shè)計(jì)中，殼牌粉煤氣化工藝指定歐洲廠家為其氣化裝置提供特種閥。但隨著裝置的投產(chǎn)，作為消耗品的特種閥，由于價(jià)格、性能、服務(wù)和供貨周期等方面的原因，業(yè)主對(duì)其國(guó)產(chǎn)化的需求越來越強(qiáng)烈。根據(jù)進(jìn)口特種閥的使用情況，對(duì)特種閥國(guó)產(chǎn)化需注意的問題歸納如下。
6．1 鎖斗閥國(guó)產(chǎn)化需注意的問題
(1)球體和閥座密封面一般噴焊鎳基合金，要求加工后的厚度不低于O.5mm，硬度HRC58—60。對(duì)于超音速噴涂工藝，由于噴涂層和基體為機(jī)械結(jié)合，應(yīng)慎用。
(2)閥座應(yīng)設(shè)刮掃刃，防止附著在球面上的粉體嵌入密封面。
(3)閥體流道應(yīng)做耐磨處理。
(4)閥桿與軸套之間應(yīng)防止煤粉進(jìn)入；閥座與閥體之間的彈簧腔應(yīng)防止固體進(jìn)入。
(5)氣動(dòng)頭的輸出扭矩應(yīng)該是理論值的1.5—2倍。
6．2 粉煤流量調(diào)節(jié)閥國(guó)產(chǎn)化需注意的問題
(1)介質(zhì)流向應(yīng)無突變，無流動(dòng)死區(qū)。
(2)碳化鎢內(nèi)件的制備工藝。
(3)閥桿密封用波紋管的耐壓、抗疲勞設(shè)計(jì)。
(4)波紋管活動(dòng)區(qū)域補(bǔ)氣流量的計(jì)算。
(5)杯狀閥芯側(cè)壁開槽形狀對(duì)氣固兩相流的流量的影響。
6．3 粉煤給料三適閥國(guó)產(chǎn)化需注意的問題
(1)轉(zhuǎn)子的定位，及其與閥體的配合精度。
(2)氣動(dòng)裝置輸出扭矩值的確定。
(3)快速換向的實(shí)現(xiàn)。
(4)閥門內(nèi)件的防火、防靜電、耐磨設(shè)計(jì)。
6．4 反吹閥國(guó)產(chǎn)化需注意的問題
(1)啟閉速度的確保。
(2)軟密封的結(jié)構(gòu)形式，及其材料的選用。
(3)閥桿密封用波紋管的選材和抗疲勞設(shè)計(jì)。
7．結(jié)語
殼牌粉煤氣化裝置中特種閥種類很多，本文僅對(duì)上述典型特種閥的選型和應(yīng)用進(jìn)行了介紹。國(guó)產(chǎn)化過程中，在確定閥門材料和結(jié)構(gòu)形式時(shí)，應(yīng)充分考慮閥門介質(zhì)的特殊性、長(zhǎng)周期運(yùn)行的需要、維護(hù)的便利性，以及消耗部件的容易獲得。
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