气力输送用特种闸阀的研发

    随着众多大型（600～1000MW）火力发电机组项目的上台，气力输送系统在现代燃煤电力行业被积极采用，而燃煤电厂粉煤灰输送属于气固两相流动范畴。气体与固粒在输送管内的运动，涉及到气流速度的分布以及固粒与管壁摩擦等各种条件，情况复杂，对输送系统部件磨损大。而阀门是气力输送系统的关键设备，因此阀的性能对气力输送系统的输送效率及其能否正常运行，具有重大影响和决定性作用。阀门问题，是引起现有气力输送系统存在问题的主要原因之一。大型燃煤电厂粉煤灰气力输送速度高，粉尘浓度高，物料对系统的磨损性强，特别容易引起阀门的磨损，造成阀门开关性能降低，甚至失效。
    鉴于气力输送系统专用阀门普遍存在的因磨损而导致密封失效的问题，国内外有针对性地设计生产多种气力输送系统专用阀门，根据具体使用的场合和输送物料的不同，各有其优点和缺点。目前主要从耐磨损或减少受磨损机会这两个角度进行研究。在提高耐磨损方面，阀门密封副一般采用“硬对硬”的形式，即通过不同的热处理加工方式，获得高硬度表面或直接选用高硬度、耐磨材料，以提高阀门寿命。此外，从结构设计的角度，减少受磨损的机会，阀门密封副一般采用“硬对软”的形式，即通过对阀门密封副的结构设计，让阀门在打开时，密封副的密封表面不在物料的运行通道上，以减少受磨损的机会，从而提高阀门的使用寿命。
    对此，根据国内火电气力输灰的特殊工况（针对堵塞、磨损关键问题），我们做了以下研制工作。    1 主要技术创新点
    1.1 面向气力输送闸阀的结构设计
    现有技术的闸阀，在开启过程中，由于阀腔与输送管道是连通的，因此，管道中的固体颗粒或粉末就有机会进入阀腔内沉积，沉积物少或多，再被阀腔内运动零件碰撞压实，进而堵塞整个阀腔，导致闸阀无法动作。
    现有技术设置在上述场合的闸阀，有不设吹扫装置或者设有吹扫装置两种形式。前者在使用过程中，阀腔内很容易被沉积物堵塞，时间短的只能正常使用数天；后者在吹扫用气的安排和吹扫孔的布置上存在缺陷，如有些闸阀吹扫用气用的是气缸往复运动时的排气，气量少且不连续，起不到吹扫的作用。如有些闸阀虽然在阀体上设有吹扫孔，但是由于存在一些吹扫不到的死角，致使闸阀关闭后，输送物料在一些位置沉积下来，然后被阀腔内运动零件压实，时间一长，阀腔也将被堵塞，导致闸阀无法动作而使输送系统停止运行，影响整个生产系统的正常工作。
    在原有气动闸阀结构基础上进行了改造，在阀门上增加了一种阀腔内沉积物吹扫装置，保证系统正常运转，发挥系统的环保功能。
    1.2 面向阀门密封副耐磨损方向的研究
    阀门密封副采用“硬对硬”的形式，即通过不同的热处理加工方式，获得高硬度表面或直接选用高硬度、耐磨材料，以提高阀门寿命。主要措施有：
    （1）普通金属材料通过不同的热处理方式，以获得较高硬度的密封表面；
    （2）采用高硬度合金加工；
    （3）普通金属材料作基体，堆焊；
    （4）喷涂高硬度材料；
    （5）采用耐磨陶瓷作为密封材料。
    2 技术解决方案
    2.1 带有自动吹扫装置闸阀的优化设计
    该阀门在原有气动闸阀结构的基础上进行改造，在阀门上增加了一种阀腔内沉积物吹扫装置（见图1）。其是在阀体的周边对称设置有若干个吹扫孔，管路通过三通接头和直角接头连通阀腔，管路通过单向阀与控制组件相连，控制组件与压缩空气相连。
    阀门开启时，经过控制组件控制，控制组件内压缩空气通过单向阀、管路、三通接头、直角接头进入阀腔内，将阀腔内的沉积物吹到管道通道上，与管内介质一道流动，避免了阀腔内沉积物的堆积、积块进而堵塞整个阀腔，使阀腔内零件运动通畅，保证了阀门正常使用。阀门关闭时，管路中无吹扫压缩空气，管路中若有从阀腔内来的逆向流体则受到单向阀的作用不能通到控制组件，避免了控制组件因物料进入而不能工作，从而使整个阀门正常工作。

图1 改造过的气动闸阀结构

    2.2 纳米增韧陶瓷在阀门密封副上的应用
    其核心技术是：
    （1）分析气力输灰工况，获得陶瓷件的受力和失效的基本数据，确定研发陶瓷件的性能要求；
    （2）优选纳米技术增韧陶瓷，确定其韧性、硬度、模量、耐磨性的质量标准，精密加工的关键环节；
    （3）完成陶瓷件与金属件的配合、装配设计；
    （4）提出改进阀门整体结构建议并设计、试制、现场使用。
    采用此技术，使阀门使用寿命提高1倍以上。
    2.3 硬质合金密封副阀门的研发
    核心技术为：
    （1）分析气力输灰工况，获得硬质合金件的受力和失效的基本数据，确定研发硬质合金的性能要求（强度、韧性、硬度、耐磨性）；
    （2）优选硬质合金以及精密加工工艺及精度；
    （3）开展配合和装配设计、优化工艺流程、中试研究；
    （4）试制和现场使用。
    其创新点，一是阀门密封圈采用硬质合金，二是填料自压紧装置，三是填料函可更换技术。
    2.4 喷涂高硬度材料在阀门密封副中的应用
    核心技术是利用某种热源，将合金热喷涂材料加热到熔融状态，然后借助高速气流雾化成微粒，并喷射到工件表面形成牢固涂层，使工件获得耐磨、抗高温氧化、不变形等性能。
    其创新点，一是喷涂高硬度材料密封副的阀门；二是填料自压紧装置；三是填料函可更换技术。
    3 结束语
    大型火电机组粉煤灰会对环境造成破坏。因此，对粉煤灰输送过程密封性，具有很高的要求，物料气力输送系统全密封输送，无任何泄漏，对环境无污染，系统工作可靠性强，全部自动化无人控制，运行成本低，是一种理想的输送设备，对环境保护有重要作用。阀门是气力输送系统关键部件，特种闸阀很好地保证了粉煤灰输送的安全可靠。
    同时，本项目实施后，由于采用多项先进科技，特种闸阀的各项性能指标在国内外处于领先水平，使用寿命大幅提高，减少了系统的使用维修及养护成本，极大地提高了气力输送专用阀门的技术水平，减少了阀门配件的消耗，达到合理利用自然资源，减少能源消耗及“三废”排放的目的。项目的实施完全符合国家提倡的节能减排要求，为企业带来良好的经济效益、社会效益及环保效益。