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、連通實現粉煤的放料；殼牌氣化爐采用膜式水冷壁結構，多燒嘴(通常是4～8個)進料，進入氣化爐的粉煤流量由粉煤流量調節閥控制，粉煤在進氣化爐或循環回至低壓粉煤儲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氣激冷降溫至900℃，熔融的飛渣粒子凝固成細小的飛灰，夾帶著飛灰的粗煤氣沿激冷管、導管、反向室最終進入廢熱鍋爐。煤灰總量的70％～80％以熔融態流入氣化爐底部，通過下渣口進入灰渣激冷罐，被水激冷淬化成密實的玻璃狀粒子，并通過一個鎖斗系統從系統中清除出去。
出自廢熱鍋爐的約350℃的粗煤氣先經過高溫高壓陶瓷過濾器干法除灰，再進入濕洗單元水洗，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氣進行反吹清潔。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送罐工藝進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作，主要是為了料倉之間的均壓和粉煤(爐渣或飛灰)的排放。上述閥門結構類似，DN200～300mm，PNl0.0MPa，介質為N2+粉煤(飛灰)，或水+爐渣，密封等級VI級，閥門每20～30分鐘啟閉一次，工程設計要求選用全通徑硬密封球閥，本文僅對鎖斗閥進行介紹。目前國內殼牌粉煤氣化裝置上使用的鎖斗閥主要有2種結構形式，一是固定球閥，二是浮動球閥。
2．1 固定球鎖斗閥
固定球鎖斗閥的結構見圖1。其閥體為兩塊式，材質WCB，流道內襯雙相鋼耐磨套，閥體設吹掃口。球體側裝，上下轉軸的凸輪狀頭部插入球體，轉軸由閥蓋中的軸套定位。密封副由碟簧預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，防止固體顆粒進入密封面。閥門配雙作用氣動執行器。
固定球鎖斗閥的啟閉扭矩受壓差影響小，閥桿因受側推力而易偏磨。實際使用時，在頻繁啟閉過程中，固定球鎖斗閥的支架出現了開裂和扭曲變形，造成氣動執行器因輸出軸和閥桿不同心而嚴重磨損，且其閥桿與軸套之間的間隙容易進粉而卡死。
2．2 浮動球鎖斗閥
浮動球鎖斗閥為浮動球球閥，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，閥座有自潔功能，一閥座由彈簧預緊，另一閥座固定。浮動球鎖斗閥的進口閥座在浮動套筒上，因而可實現進出口雙閥座密封，閥門密封性能好，但啟閉扭矩大。
浮動球鎖斗閥的球體因壓差產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，實際使用時，因閥門壓差不穩引起的球體抱死現象時有發生。
3．粉煤流量調節閥
進入氣化爐的粉煤流量由粉煤流量調節閥控制，閥門公稱直徑65，公稱壓力600LB，密封等級為IV級，介質為N2(CO2)+粉煤，閥芯由氣動直行程執行器驅動，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節閥分別由SchuF和Fisher提供，結構示意見圖3。閥門為角式調節閥，閥門進口垂直向下，出口與進口夾120°角斜向下，氣動直行程執行器倒置。杯狀閥芯的杯口向上，其側壁開槽，進口流入的粉煤垂直落入閥芯杯口，通過閥芯側壁的開槽，斜向下流出閥門。閥芯上下移動，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，閥桿防轉，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。閥體內襯和閥芯均采用碳化鎢防止磨損。
粉煤流量調節閥的調節性能滿足工藝要求，碳化鎢內件的耐磨性能良好，但需注意上蓋吹氣應該在閥門動作前就應開始，在閥門停止工作后才能結束，且通氣需保持一定氣量，否則煤粉會大量沉積在閥蓋處，造成波紋管伸縮困難。
4．粉煤給料三通閥
粉煤在進氣化爐或循環回至低壓粉煤儲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，介質為N2(CO2)+粉煤，氣開彈簧復位，換向時間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。閥體一進兩出，材料為WCB；轉子設平行雙通道，材料為雙相鋼2205。閥體和轉子精密配合，配合表面硬化處理。轉子逆時針轉動30°，煤線接通，循環線關閉；轉子順時針轉動30°，循環線接通，煤線關閉。轉子驅動系統由90°標準氣動頭和齒數比為1：3的內嚙合齒輪組合而成，內嚙合齒輪可將標準氣缸的90°輸出角轉化為30°，并放大氣缸扭矩。
粉煤給料三通閥在使用過程中出現了卡澀現象，分析認為轉子偏磨和閥體與轉子之間的間隙進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氣進行反吹清潔。24組反吹閥每隔20～30秒交替開啟，每臺閥門啟閉時間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，其結構如圖5所示。閥門為兩位截止型，氣開彈簧關。角式閥體，上進下出，軟密封。閥桿波紋管密封，無填料。
coax反吹閥滿足工藝要求。實際使用時，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，則會造成閥門的嚴重腐蝕。
6．特種閥的國產化
最初的工程設計中，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，作為消耗品的特種閥，由于價格、性能、服務和供貨周期等方面的原因，業主對其國產化的需求越來越強烈。根據進口特種閥的使用情況，對特種閥國產化需注意的問題歸納如下。
6．1 鎖斗閥國產化需注意的問題
(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。對于超音速噴涂工藝，由于噴涂層和基體為機械結合，應慎用。
(2)閥座應設刮掃刃，防止附著在球面上的粉體嵌入密封面。
(3)閥體流道應做耐磨處理。
(4)閥桿與軸套之間應防止煤粉進入；閥座與閥體之間的彈簧腔應防止固體進入。
(5)氣動頭的輸出扭矩應該是理論值的1.5—2倍。
6．2 粉煤流量調節閥國產化需注意的問題
(1)介質流向應無突變，無流動死區。
(2)碳化鎢內件的制備工藝。
(3)閥桿密封用波紋管的耐壓、抗疲勞設計。
(4)波紋管活動區域補氣流量的計算。
(5)杯狀閥芯側壁開槽形狀對氣固兩相流的流量的影響。
6．3 粉煤給料三適閥國產化需注意的問題
(1)轉子的定位，及其與閥體的配合精度。
(2)氣動裝置輸出扭矩值的確定。
(3)快速換向的實現。
(4)閥門內件的防火、防靜電、耐磨設計。
6．4 反吹閥國產化需注意的問題
(1)啟閉速度的確保。
(2)軟密封的結構形式，及其材料的選用。
(3)閥桿密封用波紋管的選材和抗疲勞設計。
7．結語
殼牌粉煤氣化裝置中特種閥種類很多，本文僅對上述典型特種閥的選型和應用進行了介紹。國產化過程中，在確定閥門材料和結構形式時，應充分考慮閥門介質的特殊性、長周期運行的需要、維護的便利性，以及消耗部件的容易獲得。
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