浅议增湿塔喷雾增湿系统调节阀的流量特性分析与选型

发布时间：2010-09-18 点击数：2836

一、等百分比型调节阀的工作流量特性
见图2所示，在增湿塔增湿喷雾回水系统中，调节阀与具有阻力的管道串联安装。

当增湿喷雾水量随烟气温度的变化而变化时，由于串联管道存在阻力，其阻力损失与通过管道的流量的平方成正比，当系统两端总压差ΔP一定时，随着通过管道流量的增大或减小，串联管道的阻力损失也增大或减小，因而调节阀上压差相对减小或增大，这就引起流量特性的变化，理想工作特性就成为工作流量特性。也就是说在实际使用时，装在具有阻力的管道上的调节阀，其前后压差不可能保持不变，虽在同一开度下，通过调节阀的流量将与理想特性时所对应的流量有所不同。串联管道的调节阀压差变化情况见图3。

以水为介质的调节阀流量通过能力可用下式计算：

    （2）
    式中：C - 调节阀的流通能力；
          Q -通过调节阀的流量，m³/h；
         ΔP₁-调节阀上的压差，Pa。
    如果考虑调节阀压差恒定，即ΔP₁不变，则：

    （3）
    式中：Q_m -流过调节阀的最大流量，m³/h；
         C_qk- 阀全开时的流通能力。
    由式（1）、（2）、（3）式可得：

    （4）
    同理，从管道阻力考虑，

    （5）
    式中：C_gu-管道的流量系数；
         ΔP₂-管道的压差，Pa。
   根据能量守恒定律：ΔP=ΔP₁+ΔP₂    （6）
    由式（4）、（5）、（6）你式可以得到：

    （7）
    式中：

当调节阀全开时，

根据式（1）：

    调节阀上压差
    ΔP_Im=P_VΔP
    故
   P_V=ΔP_Im/ΔP    （8）
    式中：ΔP_Im-调节阀全开时阀前后压差，a；
        P_V -调节阀全开时压嗟面ΔP_Im系统总压差ΔP比值。
    由式（4）、（8）得至：

     （9）
   式（9）即为喷雾增湿系统存在管道阻力的条件下，以调节阀全开流量作参比值的工作流量特性，其不同P_V值的工作流量特性变化见图4。
   从图4可以看出，随着P_V值的减小，管道阻力损失增大，使系统的总压降消耗在管道上的部分增加。此时的理想等百分比特性趋向于直线特性，即：在小开度时放大系数增大，大开度时放大系数减小，P_V值太小时流量特性将发生很大的畸变，将严重影响自动调节系统的调节质量。

对于生产中P_V值的确定，一方面从经济角度出发，希望调节阀的压降尽可能小一些，这样可以选择小扬程的水泵以减少设备投资及其动力消耗；另一方面从工作特性分析，又必须使调节阀在系统中保持足够的压降，以保证调节阀具有较好的调节性能。实际应用中P_V值一般选择0.3~0.5为宜。
二、调节阀理想流量特性
调节阀在前后压差恒定条件下得到的流量特性，称为理想流量特性。调节阀阀芯曲面不同，所具有的流量特性也不相同。典型的理想流量特性有直线流量特性、等百分比流量特性、快开流量特性和抛物线流量特性见图1。

    从图1可以看出，等百分比流量特性调节阀的放大系数（即曲线斜率）是随行程的增大而递增的，其开度行程每相差1%所引起的流量变化百分比总是4%，同样的行程在低负荷（小开度）时流量变化较小，高负荷（大开度）时流量变化增大，说明这种调节阀在接近全关时工作缓和平稳，而在接近全开时放大作用明显，工作灵敏有效，这与其他几种流量特性有所差别。因此，具有等百分比流量特性的调节阀最适用于增湿塔喷雾水量变化较大的特点。
    等百分比调节阀的理想流量特性数学表达式为：

    （1）
    式中：

-相对流量，即调节阀某一开度下的流量与全开流量之比；

-相对开度，即调节阀某一开度下的行程与全开时行程之比；
    R-可调比，即调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比。
三、等百分比型调节阀的开度计算
   增湿塔增湿喷雾回流系统最大流量与最小流量应在调节阀最大开度与最小开度之间。调节阀工作时，一般希望它的最大开度在90%左右，选择过小，会使实际可调比减小，调节阀实际容量下降。这时若调节阀口径选择偏大，既不经济也直接影响调节性能；而最小流量所要求的最小开度则不宜小于10%，因为小开度时的流体对阀芯、阀座有较严重的冲蚀作用，容易损坏阀芯导致流量特性变差，损坏严重时，甚至会造成调节阀失灵。
    调节阀的开度不但与其理想流量特性有关，而且与其工作流量特性有关。变换式（9）可得：

    （10）
    式中：

当通过调节阀的流量Q=Q_i时：

    （11）
    式中：C - 所选调节阀的流通能力；
         ΔP_Im-调节阀全开时的压差，Pa；
        Q_i-被验算开度处阀的流量，m³/h。
    对于理想等百分比流量特性调节阀，当R=30时，式（1）可改写为：

    （12）
    将式（12）代入式（11），即可计算流量为Q_i的调节阀开度K：

    （13）
   对直通调节阀口径的选择，一般方法是根据通过调节阀的最大流量和调节阀两端的压差计算调节阀的流通能力C_max，依据流通能力C_max选择调节阀的产品，选取大于C_max并最接近一档的C值所对应的调节阀口径。
   在调节阀选用时，往往是在执行机构已确定、输出力固定的条件下，用限制调节阀在一定压差下工作的方法来避免不平衡力超出允许范围，所以选用调节阀时，必须限制其工作压差在允许压差范围之内，以保证执行机构的输出力足以克服不平衡，实现输入信号与阀芯位移的正确定位关系。允许压差可由调节阀产品样本查得。
四、应用实例
   3000t/d熟料某水泥厂，其增湿塔最大喷雾水量为27m³/h，正常喷雾量为20m³/h，最小喷雾量为3m³/h，喷嘴压力为3.3MPa，喷嘴安装高度h=49m。
    4.1 水泵选择
   根据最大喷雾水量初选DG25型水泵两台，其中一台备用。依据水泵的特性曲线方程H=H₀-AQ²计算出该水泵体内虚阻耗系数A=0.00051。
    在最大喷雾水量时，
   ΔP_泵=AQ_max²=0.37MPa；
    计算增湿系统给水管道压力损失为：
    ΔP_给管=0.043MPa；
    喷嘴压力
    ΔP_喷=3.3MPa；
    需要水泵扬程：
   ΔP_泵+ΔP_给管+ΔP_喷+h=4.2MPa。
    故选用DG25-50x9型多级离心水泵，流量为15、25、28m³/h，扬程为463、450、432m。
    4.2调节阀流通能力的计算与选择
    当喷水量达到最小，即回水量达到最大时，该厂
    Q_回=25-3=22m³/h；
    计算增湿系统回水管道压力损失为：
    ΔP_回管=0.028MPa；
    调节阀阀后压力计算为：
    ΔP=0.025MPa；
    则调节阀前后压差为：
    ΔP₁=4.5-3.71-0.028-0.025=0.737MPa
    代入式（2）得：