高炉的粉煤喷吹系统的密封阀的制作方法

1.本发明涉及一种用于高炉的pci(粉煤喷吹)系统的密封阀。


背景技术：

2.将辅助燃料(天然气、石油、煤或其他含碳材料)喷吹到高炉中是由经济因素所驱动的。上个世纪中期，石油曾由于其价格低廉而成为优选的辅助燃料，以减少昂贵的冶金焦煤的消耗并避免与炼焦厂的扩建相关的资本支出。
3.由于20世纪70年代的石油危机，而不得不做出了考虑辅助燃料喷吹的第一次重大重新评估。尽管自20世纪60年代初以来，就已在一些高炉中实践粉煤喷吹(pci)，然而直至20世纪80年代，由于石油价格冲击，人们对pci的兴趣才开始上升。
4.再近对喷吹到高炉中的辅助燃料的第二次重新评估是由能源价格(包括天然气价格)的急剧上涨以及非炼焦煤的脱节价格演变引起的。由于可用性较高，非炼焦煤价格很可能在未来仍将低于石油及天然气的价格。
5.众所周知，将例如粉状或粒状煤等燃料喷吹到通过多个风口吹入高炉下部之中的热空气射流中，具有许多优点。具体来说，煤喷吹不仅通过焦炭的代替而且通过生产率的提高以及迅速控制高炉操作的可能性而降低了生产液态金属的总成本。
6.传统上，是通过燃料喷枪在进入炉内的风口端部开口上游一定距离处向热空气射流中执行粉煤喷吹。换句话说，煤是通过风口中的热空气通道喷吹的。通过燃料喷枪供给的煤悬浮在载气中。
7.在粉煤被喷吹到风口中之前，其可经历研磨、干燥、筛分、中间储存及输送等各个阶段。最常见的是，粉煤临时储存在输送料斗和/或分配料斗中。在当前的pci输送管路中，通常使用标准球阀。在此类阀中，球形阀构件及密封元件被完全包封在阀壳体中，且在球阀安装好的情况下，不能从外部通达所述球形阀构件及密封元件。因此，对于阀的任何维护工作，必须将其从输送管路中完全取出，并在适当的车间进行拆卸和/或修理。这需要临时将pci系统或至少相应的输送管路关停。因此，对于此种阀不可能进行预防性检查或维护。
8.另一问题是，球与壳体之间仅存在小的空间。这又可因粉煤堵住所述空间而容易导致阀的堵塞，从而可能导致阀的故障。通常不可能在早期阶段检测到阀中的任何问题，且对阀的清洁或修理是一项复杂的过程，其可能会导致不必要的关停时间。


技术实现要素：

9.技术问题
10.因此，本发明的目的是，便利于维护用于pci系统的密封阀。此目的通过如权利要求1所述的密封阀得以解决。
11.发明概述
12.本发明提供一种用于高炉的pci系统的密封阀。高炉的一般工作原理在本领域中是已知的，因此本文中将不再进行解释。pci(pulverized coal injection，粉煤喷吹)系统
包括所有适于制备、储存、输送、引导粉煤及将粉煤喷吹到高炉中的组件。一般来说，pci系统的大部分部件在运行期间被加压。应理解，除了粉煤本身之外，pci系统还包含载气，所述载气可用于携载粉煤并与粉煤一起被喷吹到高炉中。通常，设置材料闸门来打开或关闭穿过pci管道系统的材料流。本发明密封阀布置在材料闸门的下游，且适于在关闭时形成气密密封。换句话说，本发明密封阀可为粉煤喷吹系统的一部分，且位于输送料斗填充管路中。本发明的密封阀通常直接安装(例如旋拧螺接)到输送料斗的顶部，并用于将装料管路与输送料斗分隔开。
13.所述密封阀包括具有入口开口、出口开口及维护开口的阀壳体。阀壳体(其也可被称为阀罩)围绕密封阀的内容积提供一外罩壳。在运行期间，粉煤可通过入口开口进入内容积和/或通过出口开口排出内容积。在一些实施例中，阀壳体可以朝向出口开口呈漏斗形。应理解，壳体可包括围绕入口开口及出口开口中每一个的安装结构，以便利于连接到pci系统的其他元件。例如，围绕相应的开口可设置有用于接纳连接螺栓的法兰和/或多个孔。入口开口及出口开口可沿着中心轴线对齐，且可相对于中心轴线对称。此中心轴线可大致对应于穿过阀的材料运输(或材料流动)方向。阀壳体可由单个零件或数个彼此永久或非永久连接的零件制成。例如，壳体可由铸钢或铁制成。除了用于转运粉煤进出阀壳体的入口开口及出口开口之外，还设置有维护开口。如下将解释，维护开口的功能不是作为粉煤的入口或出口，而是在维护和/或修理密封阀期间使用。
14.因此，密封阀包括维护门，所述维护门适于在密封阀运行期间在运行位置中关闭维护开口且可从维护开口移开而进入维护位置中。维护门(其也可被称为维护盖或维护封盖)可至少部分地由与阀壳体相同的材料制成。在密封阀运行期间，即当粉煤可通过入口开口被接收和/或通过出口开口被排放时，维护门处于其关闭维护开口的运行位置。换句话说，在运行位置中，维护门与维护开口接触，或者更确切地说，在维护开口周围与阀壳体接触，使得维护开口关闭。通常，维护开口由维护门密封关闭，以便防止粉煤和/或气体从阀壳体内部泄漏到外部，或者至少将所述泄漏减少到可忽略的量。为了改善密封效果，维护门及阀壳体(在维护开口周围)中的至少一个可具有能够形成气密密封的密封元件，例如金属螺旋缠绕垫圈或者由硅酮或丁腈橡胶制成的o形环密封件。当处于运行位置时，维护门可紧固到阀壳体，例如通过多个螺栓连接。维护门可移动到维护位置中，在所述维护位置，维护门从维护开口移开。换句话说，当维护门处于维护位置时，阀壳体的内部通过维护开口与外部连通。
15.密封阀还包括以可移动方式安装于维护门的阀构件，其中当维护门处于运行位置时，阀构件可在用于关闭密封阀的关闭位置与打开位置之间移动，且当维护门处于维护位置时，可从阀壳体的外部通达阀构件。可由一个或数个零件制成的阀构件的功能是：通过至少交替地在关闭位置中关闭密封阀或在打开位置中打开阀来提供阀本身的控制功能。阀构件并非(直接)安装到阀壳体上，而是安装到维护门上。因此，当维护门从运行位置移动到维护位置时，阀构件同时移动。当维护门处于运行位置时，阀构件可在打开位置与关闭位置之间移动。然而，当维护门处于维护位置时，阀构件通常不能被置入其关闭密封阀的位置。然而，如上所解释，维护门仅在密封阀不运行时定位于维护位置中，因而在此情况下不需要阀构件的关闭功能。
16.有利地，密封阀的维护门以可枢转方式安装到阀壳体上，能够绕第一枢转轴线进
行枢转，以便在运行位置与维护位置之间移动。换句话说，当维护门从维护开口移开时，其保持连接于阀壳体，通常通过至少一个轴承。与阀壳体的这种连接允许实现在运行位置与维护位置之间移动。通常，这是一种受引导的移动，即维护门沿着预定路径移动。一方面，维护门以可移动方式安装(或连接)到阀壳体的事实便利于在例如检查操作期间操纵维护门。另一方面，这也便利于将维护门移回到运行位置中的过程，因为正常情况下会保证恰当对齐。优选地，该可移动连接将维护门的自由度减少至一个。因此，工作人员很容易将维护门移回到运行位置中。
17.所述连接通常可保持简单，而同时通过采用枢转安装仍实现了维护门的高运动范围。因此，维护门以可枢转方式安装到阀壳体上，能够绕第一枢转轴线进行枢转。换句话说，维护门通过至少一个枢转轴承或铰链连接到阀壳体上。例如，第一枢转轴线可平行于上述中心轴线。
18.在维护门移动到维护位置中时，便可从阀壳体的外部通达阀构件。优选地，当维护门处于维护位置时，阀构件至少部分地被设置在阀壳体外部。然而，即便阀构件保持在阀壳体内部，阀构件也通过维护门的运动而移动得更加靠近于维护开口，因而可容易地从外部通达所述阀构件。因此，至少可容易地检查、清洁、修理或更换阀构件，而不需要完全拆开密封阀。确切来说，仅需要将维护门从维护开口移开，而同时阀壳体可保持连接于pci系统的其余部分。当检查阀构件以及也可能检查密封阀的其他元件被认为是一种预防性措施时，这尤其是重大的优点。在本领域中用于pci系统的其他密封阀应该是需要完全拆开才能进行预防性检查，因此通常不执行此种检查。利用本发明的密封阀，这可定期进行，而不需要将pci系统以及可能将高炉本身关停。
19.具体来说，密封阀可适于连接到pci输送料斗。在许多pci系统中，粉煤被临时储存在一个或数个输送料斗中，粉煤可从所述输送料斗被直接转运到喷吹管路或被转运到分配料斗，所述分配料斗又连接到喷吹管路。在粉煤分别从分配料斗或输送料斗被转运到喷吹管路时，分配料斗的内部被加压。在大多数情况下，使用以交错方式运行的多个输送料斗，使得可从至少一个输送料斗提供粉煤，同时再填充另一个输送料斗。应理解，为了连接到pci输送料斗，即使在高压力下，密封阀也需要是气密的。
20.为了便利于检查、维护、清洁、修理和/或更换阀构件，以及为了能够更好地通达至阀壳体的内部，非常优选地，在维护位置，阀构件被置于阀壳体的外部。换句话说，在维护门从运行位置移动到维护位置时，阀构件从阀壳体的内部通过维护开口移动到阀壳体的外部。
21.为了便利于在运行位置中实现牢固连接，优选地，阀壳体包括环绕维护开口的平面法兰，且维护门在运行位置中靠置在所述法兰上。所述法兰是平面的，即，其沿着平面布置且具有平面表面，维护门靠置在所述平面表面上。此平面可尤其平行于上述中心轴线。法兰可包括围绕维护开口布置的多个洞或孔，所述洞或孔适于接纳用于将维护门连接到法兰的螺栓。
22.一般来说，本发明并非仅限于阀构件的特定工作机制。然而，优选地，阀构件可绕第二枢转轴线在关闭位置与打开位置之间枢转。也就是说，阀构件的打开及关闭是通过绕第二枢转轴线的枢转运动来实现。更具体来说，阀构件以可枢转方式安装到维护门上。当维护门处于运行位置并紧固到阀壳体时，这也是相对于阀壳体的枢转运动。第二枢转轴线相
对于维护门是固定的，因此其相对于阀门的定向主要取决于维护门的位置。
23.具体来说，但非排他性地，结合涉及可枢转的上述实施例，优选地，阀构件是盘状阀瓣。阀瓣是盘状的，这可尤其对应于圆形状。然而，形状也可不同，例如矩形或多边形。一般来说，阀瓣大致是扁平的，即，其一个尺寸(该尺寸可以是指其厚度)显著小于其他两个尺寸。此种阀瓣尤其可用于通过枢转运动来关闭阀构件中的内开口，类似于铰接门。对应的第二枢转轴线可设置在阀瓣的边缘附近。
24.根据一个实施例，第一枢转轴线垂直于第二枢转轴线。例如，如果第一枢转轴线平行于中心轴线，则第二枢转轴线也就垂直于中心轴线。如上所述，中心轴线通常大致对应于穿过密封阀的材料流动方向。在此情况下，所述的构造设置通常便利于阀瓣的打开及关闭过程，如上所述。
25.优选地，密封阀包括位于阀壳体内部的阀座，其中在关闭位置，阀构件密封地接合阀座以关闭密封阀，且在打开位置，阀构件从阀座移开。阀座设置在阀壳体内部，这一般来说包括阀座是阀壳体的一部分且可与阀壳体的其他部分一起制成为单个零件的可能性。阀座的形状及阀构件的形状至少在某种程度上彼此适应，以便能够进行密封接合。例如，如果阀构件是具有圆盘状形状的阀瓣，则阀座通常也具有圆形(例如环形)的几何形状。为了改善密封效果，阀座及阀构件中的至少一个可包括可弹性变形的密封元件。
26.应理解，阀座与阀构件的最优协作对于密封阀整体的功能至关重要。因此，如果能够尽可能容易地检查、清洁、修理和/或更换阀座，将是有益的。根据一个实施例，阀座以可拆离方式连接到阀壳体。例如，阀座可用螺栓固定于阀壳体。当螺栓被移除时，阀座可从阀壳体拆离。通常，通过维护开口能够通达螺栓。
27.更优选地，阀座可通过维护开口取出。虽然可以想到阀座可能通过入口开口或出口开口从阀壳体移出，然而这会需要将密封阀从pci系统的其他组件拆离，这通常是不期望的。如果阀座可通过维护开口取出，即，如果它可通过维护开口从阀壳体移出，则可容易地实施维护操作(如阀座的修理或更换)，而无需整体拆开密封阀。
28.优选地，密封阀包括在阀座与阀构件之间具有双重密封系统的密封元件。此种双重密封系统可包括金属密封件及软性密封件。在运行期间，高压力作用在阀瓣上，这实现所谓的“正向密封”。密封瓣下方及上方的区域之间的压力差将以高的作用力将阀瓣推靠在阀座上。作为冗余式密封系统的双重密封系统即使在某一时间周期之后也会确保100％的紧密性。
29.密封阀可进一步包括具有受热座表面的阀座，以防止在座表面上有任何积垢。产生蒸汽层，使得散装材料或粉煤不会粘结于受热表面。由于阀座上不发生材料堆积，因此阀座维持其确保密封阀恰当关闭的能力。
30.pci系统中关于密封阀的一项相当大的问题是粉煤阻塞或堵住。换句话说，移动部件之间的空隙或空间可能会被煤颗粒堵塞，这会损害密封阀的功能或甚至会使密封阀失效。此问题可以各种方式得到缓解。根据一个实施例，阀被设计成：当阀构件在打开位置与关闭位置之间移动时，使阀构件与阀壳体的内表面间隔开。当阀构件处于关闭位置时，其需要与阀座或阀壳体的某一部分接触。然而，阀壳体和阀构件的几何形状以及阀构件在上述壳体内的机制被调适成：使得所述构件不与内表面接触，而是与内表面间隔开。阀构件与内表面之间的间距可以例如对应于煤颗粒的预期最大尺寸。然而，也可将该间距选择得更大，
以确保密封阀不受干扰地运行。
31.具体来说，在阀构件可绕第二枢转轴线枢转时，需要将旋转驱动运动传递到阀构件。对于此种情况(以及可能还有其他情况)，优选地，有一驱动轴被引导穿过维护门，该驱动轴用于将驱动力从阀壳体外部的驱动单元传输到阀构件。驱动单元也可被称为马达单元或马达。通常，驱动单元是电动的，但也可通过燃烧过程或其他方式而为气动的。有益的是，将驱动单元设置在密封阀外部以防止煤颗粒造成任何污染或阻塞。虽然存在将驱动力传递到阀构件的其他设计方案，然而优选的是，驱动力通过维护门进行传递。在此实施例中，这是通过被引导穿过维护门的驱动轴来实现的。维护门可包括一个或数个轴承(滚子轴承或其他轴承)，以便利于驱动轴的旋转。通常，驱动轴由单个零件制成，但它也可包括数个相连的零件。
32.优选地，在运行期间，驱动单元被安装到维护门上，且维护门与阀壳体之间的连接被设计成：当门移动到维护位置时，使驱动单元保持安装于维护门上。驱动单元可能具有相当大的重量，该驱动单元被安装到维护门上，即，它连接于维护门而使得其重量得以支撑。必须相应地设计驱动单元与维护门之间的连接。只要维护门处于运行位置，其通常例如通过多个螺栓紧固到阀壳体，使得由驱动单元的重量及反作用力所施加的力被很好地分配并传递到阀壳体。然而，根据此实施例，维护门与壳体之间的连接被设计成：在维护门移动到维护位置时，使驱动单元可保持连接于维护门。例如，如果维护门以可枢转方式连接于阀壳体，则至少一个枢转轴承支撑维护门与驱动单元的组合重量。此实施例极大地便利了对阀构件及密封阀的其他组件的预防性检查，因为驱动单元不必为此种检查而被拆开。
附图说明
33.现在将参照附图通过举例的方式来阐述本发明的优选实施例，附图中：
34.图1是本发明密封阀的第一透视图，其中维护门处于运行位置；
35.图2是图1中密封阀的第二透视图；
36.图3是图1所示密封阀的透视图，其中维护门处于维护位置；
37.图4是图1中密封阀的俯视图；
38.图5是根据图4中的线v-v的剖视图；
39.图6是根据图4中的线vi-vi的剖视图，其中阀构件处于关闭位置；
40.图7是对应于图6的剖视图，其中阀构件处于打开位置；以及
41.图8是图6所示密封阀的密封元件的放大视图。
具体实施方式
42.图1至图7示出本发明的密封阀1，其可连接到输送料斗的出口，所述输送料斗是高炉的pci(pulverized coal injection，粉煤喷吹)系统的一部分。密封阀1包括阀壳体2，阀壳体可由一个或数个钢件制成。阀壳体具有入口开口2.1及出口开口2.2，入口开口及出口开口沿着中心轴线a对齐且相对于中心轴线a对称。如图6所指示，密封阀1可在入口开口2.1处连接到入口管20，且在出口开口2.2处连接到出口管21。入口管2.1可以是pci输送料斗的出口管，且出口管21可以是通向风口的pci装料管路。
43.壳体2包括平行于中心轴线a的平面法兰2.3。维护门3通过两个铰链4连接到法兰
2.3，所述两个铰链界定第一枢转轴线b。图1及图2示出了维护门3处于运行位置时的密封阀1，其中维护门3被设置成与法兰2.3紧密接触。为了提供紧密且耐压的连接，多个螺栓5通过啮合对应的多个螺纹孔2.6而将维护门3与法兰2.3连接在一起。例如在图3中可看出，阀构件或阀瓣9通过臂10以可枢转方式连接于维护门3。因此，阀瓣9可相对于维护门3绕第二枢转轴线c旋转。第二枢转轴线c垂直于第一枢转轴线b，第一枢转轴线又平行于中心轴线a。如在图6及图7中可看出，枢转运动的极限位置是关闭位置(图6中所示)及打开位置(图7中所示)，在所述关闭位置，阀瓣9密封地接合阀座8，阀座8通过螺栓13连接于阀壳体2。阀瓣9具有圆盘状形状，其对应于阀座8的环形横截面。为了改善阀瓣9与阀座8之间的连接的紧密性，有一环形弹性密封元件14集成到阀座8中。作为另一选择，弹性密封元件可集成在阀瓣9中。应理解，在图6所示关闭位置，粉煤不能通过入口开口2.1进入阀壳体2。
44.当阀瓣9移动到图7所示的打开位置时，这种情况发生变化，其中阀瓣9通过绕第二枢转轴线c旋转大约90
°
而从阀座8移开。对应的运动由双箭头指示。应注意，在移动期间，甚至当阀瓣9处于打开位置时，它是与阀壳体2内表面2.5间隔开的。因此，阀瓣9的运动在极限情况下也不可能被阀壳体2内部的煤颗粒阻挡或阻碍。虽然仅示出了关闭位置及(完全)打开位置，然而应理解，可设想阀瓣9的一个或数个中间位置。阀瓣9的移动由驱动单元15驱动，驱动单元布置在阀壳体2的外部且安装到维护门3上。驱动力通过驱动轴11从驱动单元15传递到阀瓣9，驱动轴11被引导穿过维护门3，且臂10连接于该驱动轴11。
45.图1、图2及图4至图7示出了维护门3处于运行位置(即，维护门3在密封阀1运行期间的位置)时的密封阀1。然而，图3示出了处于维护位置的维护门3。为了将维护门3移动到此位置中，必须临时停止密封阀1的操作，且必须松开螺栓5。之后，可将维护门从由法兰2.3环围的维护开口2.4移开。在图3中可看出，维护开口2.4也由另一弹性密封元件7环绕，这改善了维护门3与阀壳体2之间的连接的紧密性。维护开口2.4提供了通向阀壳体2内部的通达途径。维护门3通过绕第一枢转轴线b的枢转运动而移动到维护位置。应注意，驱动单元15保持连接于维护门3，即，维护门3与驱动单元15的组合重量由铰链4支撑。驱动单元15不需要拆卸的事实极大地便利了任何维护操作，尤其是预防性检查。
46.由于阀瓣9安装于维护门3上，因此当维护门3枢转到维护位置中时，阀瓣移动到阀壳体2的外部。因此，可以容易地对阀瓣9执行任何检查、维护、清洁、修理或更换。此外，维护开口2.4提供了通向阀壳体2内部的便利通达途径。最重要的是，本发明的密封阀允许容易地通达集成于阀座8中的最有可能需要更换的弹性密封元件14。再者，也可以通达将阀座8连接于阀壳体2的螺栓13。通过松开这些螺栓13，阀座8可从阀壳体2脱开连接，且之后可通过维护开口2.4移动到阀壳体2的外部。这极大地便利了对阀座8或密封元件14的修理或更换。此外，还可通过由维护开口2.4所提供的通达途径来检查、清洁或修理阀壳体2的内表面2.5。
47.从图8中可更清楚地看出，密封元件14可以以包括金属密封件14.1及软性密封件14.2之双重密封系统的形式提供。金属密封件14.1由两个金属元件形成，阀座8和阀瓣9各自均有一个金属元件。当阀瓣9处于其关闭位置时，软性密封件14.2可容纳在所述金属元件之一中，且与另一金属元件接触。在阀座8中还可布置有加热元件14.3，以给阀座提供受热表面，从而防止在座表面上产生积垢。
48.所有这些操作均不需要从pci系统拆卸密封阀1。因此，可将pci系统(或至少其一
部分)的关停时间最小化。尤其是，可容易地对密封阀1的任何部分执行预防性检查，这样便能够在早期阶段检测到任何可能的问题。
49.从附图中可注意到，阀壳体形成为提供内容积或腔室的薄壳件。参照图7所示定向，壳体2具有顶部及漏斗形底部，所述顶部具有入口开口2.1及门3。顶部具有带有入口开口的顶壁，所述顶壁与带有维护开口2.4的管状侧向壁连接在一起，所述侧向壁在下部中收拢而形成漏斗形状。阀座8以可拆除方式安装到顶壁的内侧。为了易于维护，密封阀被构造成：使得具有密封元件14的下部阀座8区域处于与维护开口2.4一致的水平高度，且阀座8能够穿过维护开口2.4。因此，当维护门3打开时，操作员能直接看到阀座8，且可容易地通达该阀座。
50.参考标号列表
51.1：密封阀
52.2：阀壳体
53.2.1：入口开口
54.2.2：出口开口
55.2.3：法兰
56.2.4：维护开口
57.2.5：内表面
58.2.6：孔
59.3：维护门
60.4：铰链
61.5，13：螺栓
62.7，14：密封元件
63.8：阀座
64.9：阀瓣
65.10：臂
66.11：驱动轴
67.15：驱动单元
68.14：密封元件
69.14.1：金属密封件
70.14.2：软性密封件
71.14.3：加热元件
72.20：入口管
73.21：出口管
74.a：中心轴线
75.b：第一枢转轴线
76.c：第二枢转轴线。