1 雾化喷嘴调节阀的应用

图1 雾化喷嘴控制流程

    半干法脱硫系统中，调节阀的应用如图1所示。图中：喷嘴采用双流体雾化喷嘴，所谓双流体，即一路进水，一路进压缩空气，采用压缩空气对水进行雾化。要保证良好的雾化效果，喷嘴气压控制在0.45~0.55MPa之间；水量根据烟气温度调节，将塔内温度控制在70°C左右。水路、气路均通过调节阀控制。气动调节阀（PV106）在手动状态下可以设置气路调节阀的开度，满足雾化气压在0.45MPa左右；在自动情况下，先设置气压为0.45MPa，调节阀将根据反馈的气压自动调节阀门的开度。水路调节阀（FV101）在手动状态下，根据降温情况设置调节阀的开度；在自动情况下，根据烟气温度情况计算喷水流量，将自动调节阀门开度使水流量保持在设定的流量值。 

    2 调节阀的计算选型

    在脱硫系统中，工艺水箱、水泵设置在0m层，为使喷嘴入口流体压力稳定，调节阀设置在喷嘴入口附近，一般在12~25m层平台。工艺水泵出口压力为1.0~1.2MPa，压缩空气母管压力为0.5~0.7MPa。工艺给出的调节阀参数见表1。

表1 调节阀工艺参数表

    2.1 调节阀的选型

    如何选择调节阀的结构型式，主要是根据工艺参数（温度、压力、流量），介质性质（黏度、腐蚀性、毒性、杂质状况），以及调节系统的要求（可调比、噪音、泄漏量）综合考虑来确定。一般情况下，应首选普通单、双座调节阀和套筒阀，因为此类阀结构简单，阀芯形状易于加工，比较经济。根据脱硫系统的调节参数，压差小、泄漏量小、调节流量小，介质为一般流体，因此首选单座阀。

    2.2 调节阀的流量特性及选择

    调节阀流量特性分为结构特性和工作特性2种。结构特性，是由生产厂制造时决定的。调节阀在管路中工作，管路系统阻力分配情况随流量变化，调节阀的前后压差也发生变化，这样就产生了调节阀的工作特性。实际市场上调节阀有直线、等百分比和快开3种工作特性。对于快开特性，一般用于两位式调节和开关控制。因此调节阀只需选择直线和等百分比特性即可。根据系统特征和工况条件，可以按表2直观地选择流量特性。

表2 直观选择流量特性参考表

    对于一个流量调节阀的管道系统，如果调节阀的压降占整个系统压降比重越大，则调节阀控流能力越大；反之则调节阀的控流能力越小。当流量增加时，管路系统阻力增加，调节阀的压降占整个系统比重逐步减少。调节阀的流量特性就发生畸变；直线特性渐渐趋于快开特性，等百分比特性渐渐趋于直线特性，这样一来造成小开度时控制不稳定和大开度时控制迟钝。因此在实际使用中，通常要求调节阀的压降占整个系统压降的比值在0.3~0.6。直线特性的阀门在小开度工作时，流量相对变化太大，调节作用太强，易产生超调，引起震荡；而在大开度时，流量变化小，调节太弱，不够及时。而等百分比特性的阀门在小开度时，流量变化小，调节平稳缓和；在大开度时，流量大，流量变化也大，调节灵敏有效。因此等百分比特性阀得到广泛应用。

    在喷嘴前安装的调节阀，介质为气体或液体，且阀后管线较短，工艺参数为一个范围，另外脱硫塔设计要求满足锅炉负荷在40%~110%变化，调节范围宽，特别是在小流量调节时，要求工作缓和平稳，所以选择等百分比特性的调节阀。

    2.3 调节阀口径计算和选择

    调节阀口径的选择和确定，主要依据流量系数Kv值，它反映流体通过调节阀的能力，也就是调节阀的容量。口径选择需经过以下几个步骤：

    1）计算流量的确定

    根据生产能力和设备负荷计算最大流量Qmax和最小流量Qmin。

    2）计算压差的确定

    根据已选择的调节阀流量特性及系统特点，选定S值，然后再根据压力分配和管路压损，确定最小压差ΔPmin和最大压差ΔPmax。

    3）流量系数的计算

    根据已确定的计算流量和计算压差，求得最大流量时的Kvmax。

    4）流量系数Kv值的选定

    在所选用的产品型号标准系列中，选取大于Kvmax值，并与其最接近的那一级Kv值。

    5）调节阀开度验算，要求开度在10%~90%之间。

    6）调节阀实际可调比的验算，一般要求实际可调比不小于10。

    7）阀座直径和公称直径的确定，各项验算合格后，根据Kv值确定调节阀的口径。

    流量系数的计算，可以参照上海工业自动化仪表研究所编写的调节阀口径计算指南，它将介质流体分为不可压缩流体、可压缩流体和两相流3种对象，根据不同介质选用不同的计算公式。正确选择计算公式，合理确定计算流量和计算压差是很重要的，不然将导致调节阀口径选择不当。鞍山自控调节阀在实际工程应用中的参数见表3。

表3 调节阀实际应用汇总表

    根据调节阀口径计算的流量，应是系统工作的最大流量Qmax，该值是由工艺设计人员根据设备的生产能力、物料平衡、控制对象的极限负荷变化，综合考虑后确定的。调节阀口径计算的压差，应是确定最大流量时阀前压力P1和阀后压力P2，这样P1-P2=ΔP就是计算压差。ΔP这个参数选定直接影响计算结果，也是一个较难确定的参数，在设计时应该积极配合工艺专业，合理确定计算压差。

    实际中，往往出现水流量调节阀口径选择过大，而气流量调节阀口径选择过小的情况。通过查找原因，发现工艺给定的阀前压力并不准确。比如在水泵出口压力为1.2MPa时，工艺给出阀前压力为0.7MPa，而通过实际测量，阀前压力基本在0.8MPa以上，阀实际压差比计算值要大，导致阀口径选择过大。在气流量调节阀的实际使用中，则会出现全开还不能满足应用要求的情况，经查，发现气源压力不足0.5MPa，而工艺要求气源压力为0.5~0.7MPa。在这种状态下，如果没有更好的提高气源压力的措施，往往通过打开旁通阀来实现阀后压力的稳定。因此，调节阀开度验算时，根据实际情况，选择水调节阀开度在40%~80%之间，气调节阀开度在20%~70%之间。

    3 喷嘴控制的实现

    对双流体喷嘴的控制，如图2所示。手动状态下，压缩空气调节阀依靠手操来改变调节阀开度输出；自动状态下，PID按调节阀后压力进行控制运算，并以调节阀反馈开度进行跟踪，从而控制调节阀开度。手动状态下，水流量调节阀依靠手操来改变调节阀开度输出；自动状态下，PID按水流量进行控制运算，并以调节阀反馈开度进行跟踪，从而控制调节阀开度。

图2 喷嘴控制方案

    喷嘴控制的启动顺序如下：

    1）水箱水位为满水位，储气罐压力满足要求，检查气、水管路上阀门是否符合阀门开关位置。

    2）开启脱硫水泵进口阀，启动水泵后，缓慢打开出口阀，观察水泵出口压力表的数值变化，手动调节回水阀使得水泵出口压力约为0.8MPa。

    3）开启气路调节阀前、后截止阀，关闭旁路截止阀，缓慢开启空气调节阀，压力调至0.45MPa以上。

    4）开启水路调节阀前、后截止阀，缓慢开启水调节阀，关闭旁路截止阀，按照流量计指示调节流量（可根据实际烟气温度调节）。水量的增加应缓慢，一般原则是起始为1.0t/h，待烟温稳定后增加为0.2t/h，控制烟温在80左右。

    5）调节各调节阀开度，密切监测流量、压力的变化，观察反应塔出口烟气温度和SO2浓度变化；调节时应缓慢进行，密切注意每次操作的影响，并做好相关原始记录。

    6）通过手动调节，取得满意工艺参数后，可改为自动调节。

    4 总结

    调节阀设计选型计算是技术性很强的工作，要想使调节阀设计选型的结果符合现场的实际需要，必须做许多深入细致的工作。特别强调的一点是，调节阀的合理选型与工艺关系极大，要主动地取得工艺专业的配合。通过科学的分析，合理选择计算参数，而后精心设计，并验算调节阀的选型。有时，还要进行力矩或推力的计算。当设计完成之后，在施工调试时要进行技术跟踪，通过实践来检验是否合理。要了解调节阀的实际运行情况，不断总结经验和教训，提高设计水平。