Bản tóm tắt
Trong quá trình khí hóa than, nhiệt phân và tách lốc xoáy ở nhiệt độ cao, tro và xỉ phải được loại bỏ khỏi các bình vận hành ở áp suất từ 10 đến 40 bar. Dịch vụ đầy thách thức này đòi hỏi một phễu khóa hoặc hệ thống giảm áp suất có thể xả chất rắn mà không cho phép khí áp suất cao thoát ra ngoài. Hai công nghệ được sử dụng cho chức năng này là van quay bột và khóa cổng hay còn gọi là phễu khóa có các van cổng xen kẽ. Mặc dù cả hai đều nhằm mục đích cách ly áp suất và tro thải, nhưng nguyên tắc vận hành, độ tin cậy bịt kín và tính liên tục xả của chúng về cơ bản là khác nhau. Bộ cấp liệu khóa khí quay cung cấp khả năng xả liên tục bằng phốt cơ khí. Hệ thống khóa cổng sử dụng việc mở tuần tự nhiều cổng để tạo ra buồng áp suất trung gian. Hướng dẫn này so sánh hai công nghệ về hiệu suất bịt kín, khả năng chịu áp lực và tính liên tục trong hoạt động để giúp các kỹ sư xác định giải pháp xử lý tro áp suất cao chính xác.
một là gìVan quayvà Khóa cổng trong dịch vụ tro áp suất cao
MỘT
van quay bộtđược thiết kế cho dịch vụ tro áp suất cao là một máy cấp liệu có khóa khí quay được chế tạo lớn với độ dày thành vỏ từ 50 đến 100 mm. Nó có một rôto nhiều cánh với các đầu kín để ngăn chặn khí lọt qua. Các đầu rôto được gia công cứng bằng vật liệu cacbua vonfram hoặc gốm và chạy trên lỗ khoan cứng có khe hở từ 0,10 đến 0,20 mm. Van được điều khiển bởi một động cơ thủy lực mô-men xoắn cao có khả năng cung cấp mô-men xoắn khởi động vượt quá 5000 Newton mét. Phốt trục thường là nhiều vòng đệm bằng than chì với chất tẩy nitơ giữa các vòng để ngăn chặn sự xâm nhập của khí nóng. Toàn bộ van được đặt trong một bình áp suất được định mức cho áp suất toàn hệ thống. Nó quay liên tục, cho phép tro đi từ bình áp suất cao vào bể chớp áp suất thấp hơn hoặc phễu khóa.
Hệ thống khóa cổng, thường được gọi là bố trí phễu khóa, sử dụng hai hoặc nhiều van cổng hạng nặng được bố trí nối tiếp với một buồng trung gian. Van cổng trên kết nối bình áp suất cao với buồng trung gian. Van cổng đáy nối buồng với máng xả. Trình tự như sau: cả hai cổng đều đóng lại. Cổng trên cùng mở ra, cho phép tro lấp đầy khoang trung gian. Cổng trên cùng đóng lại. Sau đó, buồng này được giảm áp suất hoặc giảm áp suất qua van xả. Khi áp suất bằng phía xả, cửa phía dưới mở ra và tro thải ra ngoài. Cổng phía dưới đóng lại và chu trình lặp lại. Đây là một quy trình hàng loạt dựa vào việc niêm phong tuần tự các van cổng để duy trì sự cách ly áp suất.
Về mặt vật lý, van quay là một thiết bị quay liên tục với khả năng bịt kín động ở khe hở đầu và đóng gói trục. Khóa cổng là một hệ thống vận hành theo mẻ với khả năng niêm phong tĩnh ở các cổng. Van quay cung cấp dòng chảy gần như liên tục chỉ với nhịp đập nhỏ. Khóa cổng cung cấp khả năng phóng điện xung với các giai đoạn nạp, giữ và xả riêng biệt. Những khác biệt về vận hành này xác định công nghệ nào có thể được áp dụng trong quy trình khí hóa hoặc lốc xoáy nhất định.
Tại sao sự lựa chọn giữa van quay và khóa cổng lại quan trọng
Việc chỉ định sai công nghệ xử lý tro áp suất cao sẽ tạo ra các mối nguy hiểm về an toàn, các vấn đề về kiểm soát áp suất và sự hao mòn nghiêm trọng có thể khiến máy khí hóa phải ngừng hoạt động.
Độ tin cậy niêm phong dưới áp lực cực cao
Trong dịch vụ khí hóa ở áp suất 30 bar, bất kỳ đường rò rỉ nào cũng cho phép khí tổng hợp hoặc khí đốt nóng thoát ra ngoài, tạo ra nguy cơ cháy hoặc nổ. Một van quay duy trì một vòng đệm cơ khí thông qua khe hở đầu rôto. Khe hở hình khuyên nhỏ 0,15 mm hạn chế dòng khí. Việc thanh lọc nitơ ở phốt trục ngăn cản sự di chuyển khí. Tuy nhiên, nếu khe hở đầu bị mòn đến 0,5 mm, tốc độ bỏ khí tăng lên đáng kể, có khả năng làm đảo lộn áp suất bình. Hệ thống khóa cổng dựa vào kim loại hoặc van cổng ngồi mềm để bịt kín. Ở mức 30 bar, cổng phải chịu được áp suất chênh lệch rất lớn. Nếu ghế bị ăn mòn do tro mài mòn, vòng đệm bị hỏng và khí áp suất cao sẽ thổi qua. Khóa cổng thường bao gồm một van cách ly thứ cấp để dự phòng, nhưng một lỗi cổng duy nhất vẫn có thể giải phóng khí. Van quay cung cấp khả năng làm kín liên tục và có thể dự đoán được hơn, trong khi khóa cổng phụ thuộc vào tính toàn vẹn của từng cổng theo trình tự.
Xả liên tục và ổn định quy trình
Máy khí hóa và lốc xoáy hoạt động tốt nhất với việc loại bỏ tro ổn định. Một van quay xả tro liên tục với tốc độ tỷ lệ thuận với tốc độ rôto. Sự rút lui ổn định này duy trì mức đáy ổn định trong bộ khí hóa hoặc giảm áp suất không đổi trên nhánh lốc xoáy. Hệ thống khóa cổng xả tro theo mẻ. Trong giai đoạn nạp, tro tích tụ trong buồng trung gian nhưng không thoát ra khỏi hệ thống. Trong giai đoạn xả, một lượng tro lớn được giải phóng. Sự phóng điện xung này tạo ra sự dao động trong hệ thống vận chuyển phía sau hoặc băng tải xử lý tro. Đối với các quy trình nhạy cảm với mức tro hoặc cân bằng áp suất, việc xả liên tục bằng van quay được ưu tiên hơn.
Cơ chế mài mòn trong tro áp suất cao mài mòn
Tro từ lò khí hóa than có chứa cacbon chưa cháy hết, các hạt xỉ nung chảy và chất khoáng có tính mài mòn. Ở áp suất cao, tro thường bị hóa lỏng bởi khí xử lý, tạo ra hỗn hợp ba pha có tính ăn mòn cao. Trong van quay, đầu rôto và lỗ vỏ bị mài mòn liên tục. Đầu cacbua vonfram có thể tồn tại từ 3 đến 6 tháng trước khi cần điều chỉnh. Lỗ khoan vỏ bị mòn không đều, thường phải thay ống bọc mới sau 12 đến 18 tháng. Hệ thống khóa cổng tập trung sự mài mòn ở các bệ cổng và các cạnh cổng. Tro tốc độ cao tác động lên cổng trong quá trình mở và đóng tạo ra tác động cắt làm xói mòn ghế. Thay thế cổng là một công việc quan trọng đòi hỏi phải có tàu vào hoặc che chắn đường dây. Cả hai công nghệ đều phải đối mặt với tình trạng hao mòn nghiêm trọng, nhưng van quay cho phép điều chỉnh đầu mà không cần tháo van ra khỏi dây chuyền, mang lại lợi thế cho việc bảo trì.
Giảm áp suất và xử lý khí
Hệ thống khóa cổng yêu cầu bước giảm áp suất giữa nạp và xả. Buồng trung gian được giảm áp thông qua một van xả và khí bị dịch chuyển được dẫn trở lại quá trình hoặc đốt cháy. Hệ thống xử lý khí này tăng thêm độ phức tạp và yêu cầu kiểm soát cẩn thận để ngăn chặn áp suất tăng cao. Van quay không yêu cầu giảm áp suất vì chúng hoạt động như một rào cản áp suất liên tục. Các đầu cánh quạt hạn chế dòng khí và hệ thống thanh lọc nitơ quản lý mọi đường vòng nhỏ. Đối với các nhà máy đang tìm cách giảm thiểu độ phức tạp trong xử lý khí, van quay giúp đơn giản hóa sơ đồ quy trình.
Tính linh hoạt trong hoạt động và khả năng từ chối
Tốc độ tạo tro của thiết bị khí hóa thay đổi tùy theo chất lượng than và tải trọng vận hành. Van quay có thể điều chỉnh tốc độ xả của nó bằng cách thay đổi tốc độ rôto, cung cấp tỷ lệ quay khoảng 5 đến 1. Hệ thống khóa cổng có thể tích buồng cố định, do đó tốc độ xả được xác định bởi tần số chu kỳ. Việc tăng tần số chu kỳ sẽ cung cấp một số thời gian giảm tốc, nhưng thời gian chu kỳ tối thiểu bị giới hạn bởi thời gian giảm áp suất, thường là 30 đến 60 giây. Điều này hạn chế khả năng quay vòng của hệ thống khóa cổng so với van quay.
Cách chọn giữa van quay và khóa cổng
Việc lựa chọn phụ thuộc vào áp suất hệ thống, đặc tính tro và yêu cầu tích hợp quy trình. Các tình huống sau đây minh họa ứng dụng chính xác của từng công nghệ.
Bước 1 Đánh giá áp suất hệ thống
Đối với áp suất dưới 10 bar, van quay hạng nặng thường là lựa chọn đơn giản và đáng tin cậy nhất. Đối với áp suất từ 10 đến 25 bar, cả hai công nghệ đều có thể được áp dụng, nhưng van quay giúp vận hành đơn giản hơn. Đối với áp suất trên 25 bar, hệ thống khóa cổng trở nên phổ biến hơn vì việc chế tạo một van quay để chịu được áp suất cực lớn như vậy trở nên cực kỳ tốn kém và khó khăn về mặt cơ học. Các van quay lớn nhất trong dịch vụ công nghiệp thường được đánh giá ở mức 16 bar, mặc dù các thiết kế tùy chỉnh đã đạt tới 25 bar.
Bước 2 Đánh giá kích thước hạt tro và nhiệt độ
Tro hóa lỏng mịn thích hợp cho van quay vì quá trình quay liên tục ngăn cản việc bắc cầu và duy trì dòng chảy. Những khối xỉ lớn thích hợp cho khóa cổng vì cổng có thể mở rộng để đưa vật liệu quá khổ đi qua. Nhiệt độ tro trên 600 độ C thuận lợi cho việc khóa cổng vì vận hành theo mẻ cho phép tro nguội nhẹ ở buồng trung gian trước khi thải ra ngoài. Van quay yêu cầu cung cấp khả năng làm mát rộng rãi ở nhiệt độ như vậy.
Bước 3 Phân tích các yêu cầu về độ ổn định của quy trình
Nếu thiết bị khí hóa hoặc lốc xoáy yêu cầu rút tro hoàn toàn ổn định để duy trì cân bằng áp suất thì nên sử dụng van quay. Nếu hệ thống hạ lưu có thể chịu được xung phóng điện thì có thể chấp nhận khóa cổng. Hầu hết các nhà máy chu trình hỗn hợp khí hóa tích hợp hiện đại đều sử dụng van quay để vận hành trơn tru hơn và sơ đồ điều khiển đơn giản hơn.
Bước 4 Xem xét quyền truy cập bảo trì
Van quay yêu cầu cần cẩu tiếp cận để tháo nhưng cho phép điều chỉnh đầu trong dòng. Khóa cổng yêu cầu tàu vào để thay thế cổng. Đối với các nhà máy ở những địa điểm xa với nguồn lực bảo trì hạn chế, hồ sơ bảo trì đơn giản hơn của van quay là một lợi thế.
Ví dụ ứng dụng
Một nhà máy khí hóa than ở Trung Quốc vận hành hệ thống phễu khóa có hai van cổng áp suất cao nối tiếp để xả tro ở áp suất 22 bar. Các bệ cổng bị xói mòn do tro mài mòn cứ sau 45 ngày, cần phải ngừng hoạt động 12 giờ để thay thế cổng. Nhà máy tính toán rằng mỗi lần ngừng hoạt động sẽ gây thiệt hại 85.000 đô la cho việc sản xuất khí tổng hợp. Doebritz đã thay thế hệ thống khóa cổng bằng bộ cấp liệu khóa khí quay áp suất cao có định mức 25 bar. Van có vỏ bằng thép đúc với độ dày thành 80 mm, đầu cánh quạt cacbua vonfram và hệ thống đóng gói bằng than chì được thanh lọc bằng nitơ. Sau khi lắp đặt, các đầu cánh quạt được điều chỉnh trong khoảng thời gian 90 ngày và lỗ khoan của vỏ không có dấu hiệu hao mòn nào có thể đo được sau 18 tháng. Nhà máy đã loại bỏ việc ngừng hoạt động ngoài kế hoạch để bảo trì van tro và tăng khả năng sẵn sàng hoạt động hàng năm lên 4,2%, tạo thêm doanh thu 1,8 triệu đô la.
Câu hỏi thường gặp
Áp suất tối đa cho van quay trong dịch vụ tro là bao nhiêu
Van quay hạng nặng tiêu chuẩn được định mức tới 10 bar. Thiết kế áp suất cao tùy chỉnh có thể đạt tới 16 đến 25 bar. Ngoài 25 bar, hệ thống khóa cổng thường được yêu cầu do những hạn chế cơ học của vỏ van quay.
Làm thế nào để xử lý áp suất khóa cổng
Buồng trung gian giữa hai cửa được trang bị van xả khí nối với hệ thống điều khiển áp suất. Sau khi cửa trên đóng lại, buồng được giảm áp suất từ từ để phù hợp với áp suất xả. Tốc độ giảm áp suất được kiểm soát để ngăn chặn sự hóa lỏng hoặc phun trào của tro.
Van quay có thể xử lý khối xỉ lớn không
Van quay có thể xử lý các khối lên tới khoảng 30% độ mở của túi rôto. Những mảnh lớn hơn có thể làm kẹt rôto. Ổ khóa cổng có lỗ khoan hoàn toàn có thể vượt qua các vật thể lớn hơn đáng kể. Đối với xỉ thường xuyên có các clanhke lớn, nên sử dụng khóa cổng hoặc van quay có khe hở rộng được thiết kế đặc biệt.
Công nghệ nào có chi phí vòng đời thấp hơn
Đối với áp suất dưới 10 bar, van quay thường có chi phí vòng đời thấp hơn do vận hành đơn giản hơn và bảo trì dễ dàng hơn. Đối với áp suất trên 16 bar, khóa cổng có thể tiết kiệm hơn mặc dù tần suất bảo trì cao hơn, vì chi phí vốn của van quay áp suất cực cao là cực kỳ cao.
Doebritz có sản xuất hệ thống xử lý tro áp suất cao không
Đúng. Doebritz sản xuất van quay dạng bột chịu tải nặng được định mức cho dịch vụ tro áp suất cao lên đến 16 bar, với các thiết kế tùy chỉnh sẵn có cho áp suất cao hơn. Chúng tôi cũng thiết kế các gói xử lý tro hoàn chỉnh bao gồm phễu khóa, hệ thống giảm áp và tích hợp với hệ thống vận chuyển xuôi dòng.
Phần kết luận
Việc lựa chọn giữa van quay bột và khóa cổng để khóa tro áp suất cao phụ thuộc chủ yếu vào áp suất hệ thống và yêu cầu về độ ổn định của quy trình. Van quay giúp xả liên tục, vận hành đơn giản hơn và bảo trì dễ dàng hơn với áp suất lên tới 16 bar. Hệ thống khóa cổng xử lý áp suất cực cao trên 25 bar và có thể vượt qua các khối xỉ lớn hơn nhưng phải trả giá bằng việc xả xung và xử lý khí phức tạp hơn. Đối với nhiều ứng dụng khí hóa và lốc xoáy, van quay mang lại độ ổn định quá trình vượt trội và chi phí vòng đời thấp hơn trong phạm vi áp suất của nó. Hiểu được độ tin cậy bịt kín, cơ chế mài mòn và đặc tính vận hành của từng công nghệ sẽ đảm bảo lựa chọn chính xác để xử lý tro áp suất cao an toàn và hiệu quả.
Chỉ định giải pháp xử lý tro áp suất cao phù hợp cho bộ khí hóa hoặc lốc xoáy của bạn. Hãy liên hệ với Doebritz Shanghai Co., Ltd. ngay hôm nay để thảo luận về áp suất vận hành, đặc tính tro và các yêu cầu quy trình của bạn. Các kỹ sư của chúng tôi sẽ đề xuất sự kết hợp tối ưu giữa máy cấp liệu khóa gió quay và thiết bị phễu khóa, đồng thời cung cấp báo giá chi tiết phù hợp với ứng dụng của bạn.
