咨詢電話：提升閥在RTO系統(tǒng)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)
背景
隨著工業(yè)科技的迅速發(fā)展，大量的VOCs排放到環(huán)境中，蓄熱式焚燒爐（RTO）由于其處理濃度范圍廣，凈化效率高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于VOCs治理工藝中。其中提升閥是RTO系統(tǒng)中重要組成部件，決定了RTO設(shè)備能否高效率運(yùn)行，如何增加提升閥在高溫環(huán)境中的密封性是近年來(lái)一直在研究討論的問(wèn)題。
1.提升閥的工作原理
如圖所示
提升閥主要由1閥體，4滑動(dòng)閥桿，17閥板組成，其中閥板正下方為氣體進(jìn)出口。當(dāng)廢氣需要進(jìn)入RTO系統(tǒng)時(shí)，閥板垂直向上運(yùn)動(dòng)，提升至閥桿套管處即達(dá)到全開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)RTO系統(tǒng)時(shí)禁止廢氣流通時(shí)，閥板垂直向下回落至初始閉合狀態(tài)。提升閥一般采用氣缸作為動(dòng)力元件，氣源為潔凈壓縮空氣。
2.提升閥的工作過(guò)程
如圖所示
以三塔式RTO為例，爐體包括燃燒室和3個(gè)蓄熱室A，B，C。每個(gè)蓄熱室都配備了進(jìn)氣提升閥，出氣提升閥和吹掃閥。蓄熱室有蓄熱、放熱和吹掃3種工作狀態(tài)，正常運(yùn)行時(shí)，以蓄熱、放熱、吹掃的順序進(jìn)行周期循環(huán)；同一周期，各個(gè)蓄熱室工作狀態(tài)均不同。
當(dāng)RTO運(yùn)行時(shí)，低溫廢氣自下而上通過(guò)放熱區(qū)A，吸收放熱區(qū)A內(nèi)貯存的熱量，到達(dá)燃燒室時(shí)，被預(yù)熱氧化到高溫狀態(tài)。然后上而下通過(guò)蓄熱區(qū)B，不斷吸收廢氣中的熱量，當(dāng)廢氣達(dá)到蓄熱區(qū)B出口時(shí)，溫度降低至略高于入口溫度；吹掃室C通入少量的低溫?zé)煔饣蛐迈r空氣進(jìn)行吹掃。
當(dāng)放熱區(qū)A內(nèi)的熱量消耗殆盡時(shí)，A蓄熱體內(nèi)的熱量不足以將進(jìn)氣溫度預(yù)熱至自身燃燒溫度，蓄熱區(qū)B不斷吸收高溫?zé)煔獾臒崃?，溫度升高至爐膛允許高溫度；由于放熱室A內(nèi)底部廢氣沒(méi)有完全反應(yīng)，需要將其反吹至燃燒室再次氧化，保證去除效率。因此，需要減少蓄熱區(qū)B的熱量，對(duì)放熱區(qū)A進(jìn)行吹掃，將高溫的潔凈煙氣引至吹掃區(qū)C進(jìn)行排放。
當(dāng)原蓄熱區(qū)B底部的出氣提升閥關(guān)閉時(shí)，打開(kāi)進(jìn)氣提升閥，原蓄熱區(qū)B開(kāi)始執(zhí)行放熱工作；原放熱區(qū)A底部的進(jìn)氣提升閥關(guān)閉，打開(kāi)吹掃閥，原放熱區(qū)A開(kāi)始執(zhí)行吹掃工作；原吹掃區(qū)C底部的吹掃閥關(guān)閉，打開(kāi)出氣提升閥，原吹掃區(qū)C開(kāi)始執(zhí)行蓄熱工作。RTO爐體底部的提升閥通過(guò)開(kāi)啟和關(guān)閉，改變各蓄熱室內(nèi)進(jìn)氣和出氣方向。為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)蓄熱室的蓄熱功能、放熱功能和吹掃功能的連續(xù)切換和工作，形成了提升閥換向周期，蓄熱效率可以達(dá)到93%以上。
3.提升閥泄漏原因分析
在RTO系統(tǒng)中，提升閥運(yùn)行溫度為0~300℃，過(guò)流介質(zhì)常常伴有腐蝕性、聚合性等，要求提升閥本身耐高溫、耐腐蝕性能良好。提升閥作為執(zhí)行部件，每隔90—120s就要執(zhí)行一次啟閉動(dòng)作，按照運(yùn)行時(shí)間8000h計(jì)算，需要啟閉次數(shù)約32萬(wàn)次。在高溫環(huán)境下，提升閥因熱應(yīng)力作用會(huì)產(chǎn)生輕微變形。在長(zhǎng)期的腐蝕環(huán)境下，閥體內(nèi)表面不平整，在高頻率的運(yùn)行下閥體會(huì)磨損，閥體進(jìn)出口的密封圈易產(chǎn)生疲勞損壞等從而導(dǎo)致過(guò)流介質(zhì)泄漏。閥體機(jī)械密封性能有所下降，會(huì)加劇廢氣泄漏，由于提升閥換向的關(guān)系，進(jìn)氣提升閥與出氣提升閥同時(shí)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致氣路短路，存在污染物泄露的風(fēng)險(xiǎn)。
4.提升閥換向周期優(yōu)化
根據(jù)三塔式RTO的運(yùn)轉(zhuǎn)功能切換，傳統(tǒng)的提升閥換向?yàn)?span style="font-family: Calibri;">3周期為一個(gè)循環(huán)。
在該循環(huán)下，RTO連續(xù)不間斷地運(yùn)轉(zhuǎn)，相較于直燃式焚燒爐、催化氧化爐等極大地提高了熱量利用率，減少了能源的消耗。然而，在提升閥周期切換時(shí)，尾氣排放量會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng)，排放污染物濃度是正常周期內(nèi)的3倍多。
當(dāng)蓄熱體從出氣階段切換到進(jìn)氣階段時(shí)，同一個(gè)蓄熱室下方的進(jìn)口提升閥與出口提升閥同時(shí)動(dòng)作，由于蓄熱室內(nèi)壓力較高，未經(jīng)處理的廢氣易從進(jìn)口閥門(mén)處直接壓入壓力較低的出口閥門(mén)，引起氣體短路。由于提升閥的切換需要一定的動(dòng)作時(shí)間，因此未經(jīng)處理的污染物會(huì)在該段時(shí)間直接排放，雖然短路時(shí)間極短，但高溫下氣體流速高達(dá)15m/s，能迅速帶走大量的污染物，甚至有可能造成廢氣排放超標(biāo)。
因此，改變提升閥的換向模式，將提升閥的換向動(dòng)作改為6周期一個(gè)循環(huán)，在進(jìn)氣和出氣的動(dòng)作中間加入吹掃周期，避免了提升閥進(jìn)氣和出氣的同時(shí)造成短路。采用高壓反向吹掃，在進(jìn)氣階段后，蓄熱體底部依然存在一部分氣體未進(jìn)入燃燒室，通過(guò)吹掃可以將該部分氣體吹至燃燒室進(jìn)行燃燒，吹掃后的蓄熱體潔凈無(wú)殘留污染物，高溫廢氣排出時(shí)不會(huì)將未處理的污染物帶出，極大地提升了RTO爐的凈化效率。
5.提升閥的密封性改進(jìn)
首先，由于提升閥長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下運(yùn)行，提升閥閥板密封圈在使用過(guò)程中，容易發(fā)生變形。其次，通過(guò)提升閥的廢氣，成分較為復(fù)雜，存在少量顆粒物及黏性物質(zhì)，容易粘附閥板表面。使得閥板與密封圈處易產(chǎn)生微小間隙，增加閥門(mén)的漏氣量。提升閥閥桿與套管之間存在滑動(dòng)副，便于閥桿的升降動(dòng)作，但若滑動(dòng)副處的密封性減弱，閥內(nèi)壓力高于閥外壓力，過(guò)流介質(zhì)容易泄漏至殼體外；若廢氣中含有腐蝕性成分，泄漏的廢氣容易侵蝕電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
所以，閥板及閥桿處要有良好的密封性尤為重要。
改進(jìn)措施：
1.如圖1所示，氣倉(cāng)底部設(shè)提升閥排液口，便于提升閥內(nèi)積液順利排出；氣倉(cāng)頂部與閥板嚴(yán)格密合。
當(dāng)閥板下沉至提升閥底部時(shí)，提升閥閥體內(nèi)氣體為正壓，閥板與密封圈處存在一些微小縫隙，氣體容易泄露至外部環(huán)境。而在該設(shè)計(jì)的氣倉(cāng)內(nèi)通入壓力0.3-0.5MPa的壓縮空氣，形成一個(gè)正壓環(huán)形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)只會(huì)存在壓縮空氣向提升閥內(nèi)通入，而閥體內(nèi)的流體無(wú)法泄露至外部環(huán)境的狀態(tài)，從而提高了提升閥的密封性能。
2.在閥桿和套管處，采取類似的氣密封措施。由于閥桿處的滑動(dòng)副需要經(jīng)常上下移動(dòng)，不能完全密合。長(zhǎng)時(shí)間、高頻率地工作負(fù)荷導(dǎo)致配件磨損，閥內(nèi)氣體泄漏。因此，在套管內(nèi)側(cè)做了封閉式氣倉(cāng)的設(shè)計(jì)，向套管內(nèi)區(qū)域同樣通入壓力0.3-0.5MPa的壓縮空氣，在套管內(nèi)形成一小段正壓區(qū)域，阻止提升閥內(nèi)氣體通過(guò)套管活動(dòng)面泄漏，進(jìn)一步提高了閥體的密封性能。
小結(jié)
1.優(yōu)化提升閥的換向周期，在提升閥進(jìn)氣和出氣周期間加入吹掃周期進(jìn)行緩沖，可有效減少污染物泄漏。
2.在提升閥底部增加壓縮空氣氣倉(cāng)，在閥桿和套管之間通入壓縮空氣，形成氣壓密封區(qū)，極大程度地降低了氣體泄漏率。
