電袋除塵器脈沖閥的故障分析及處理措施

楊 昉，王志芳，劉 浩

(華能太倉電廠，江蘇 太倉 215424)

0 引言

電袋復(fù)合除塵器是火電廠煙氣凈化的主要設(shè)備，在火電廠節(jié)能、環(huán)保方面發(fā)揮了極大作用。華能太倉電廠2期2×630 MW機(jī)組每臺(tái)鍋爐電袋復(fù)合除塵器分A，B兩側(cè)布置，共4個(gè)煙氣通道，每個(gè)煙道安裝130只脈沖閥，4個(gè)煙道合計(jì)安裝520只電磁脈沖閥。

脈沖閥是燃煤鍋爐布袋除塵器的重要設(shè)備，因其故障率高，導(dǎo)致除塵器進(jìn)出口差壓居高不下，差壓最大超3 200 Pa，差壓高保護(hù)動(dòng)作頻繁，影響煙塵長期、穩(wěn)定、可靠、超低排放，引發(fā)吸風(fēng)機(jī)失速，對(duì)鍋爐安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。與此同時(shí)，還帶來廠用電率升高、布袋使用壽命縮短、機(jī)組負(fù)荷無法帶滿等一系列問題，給機(jī)組安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、長周期運(yùn)行帶來重大影響。

1 脈沖閥工作原理

華能太倉電廠電袋除塵器脈沖閥采用阿爾斯通V1614717閥芯式4寸噴吹閥，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

初始狀態(tài)時(shí)，電磁閥失電，膜片上方控制氣壓大于下方壓縮空氣壓力，膜片起到密封作用。當(dāng)除塵器阻力上升到一定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)噴吹指令；電磁閥得電，電磁閥銜鐵抬升，氣路導(dǎo)通，膜片上方控制氣通過排氣通道Ⅱ排泄，上部失壓；上下氣室產(chǎn)生壓差，膜片拱起，下部壓縮空氣通過排氣通道Ⅵ排氣，閥體內(nèi)部與氣包產(chǎn)生壓差；噴吹壓縮空氣在抬升閥芯的同時(shí)，從噴吹管噴出；電磁閥失電，銜鐵下落封堵泄氣口，膜片上方控制氣壓恢復(fù)，膜片回復(fù)原位覆蓋排氣孔，膜片下方壓縮空氣壓力恢復(fù)；上下壓差為0，閥芯自由下落，覆蓋噴吹管口，完成一次噴吹。

圖1 噴吹閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 故障統(tǒng)計(jì)與分析

2.1 故障統(tǒng)計(jì)分類

自2012年電袋除塵器投產(chǎn)以來，噴吹閥故障數(shù)量逐年攀升，年度缺陷量如圖2所示。

圖2 年度缺陷量統(tǒng)計(jì)示意

為分析故障種類，對(duì)故障部件進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，各部件缺陷數(shù)量占總故障比例情況如圖3所示。

圖3 脈沖閥缺陷各部件占比

2.2 原因分析

從圖3可知，自2013年起至2017年末，膜片、閥芯的缺陷量占比逐年下降，螺栓和電磁閥的缺陷量逐年上升。下面對(duì)此進(jìn)行原因分析。

2.2.1 噴吹壓力對(duì)膜片的沖擊力過大

為提升噴吹效果，降低進(jìn)出口差壓，調(diào)高了噴吹氣源壓力，造成噴吹時(shí)噴吹壓力對(duì)膜片的沖擊力過大。按照噴吹閥生產(chǎn)廠家技術(shù)要求，噴吹氣壓強(qiáng)設(shè)定值為0.3—0.35 MPa，此類型脈沖閥閥芯直徑為135 mm，當(dāng)閥芯瞬間失壓動(dòng)作時(shí)所承受的壓力F=P×S，即：F=0.30×3.14×(0.135/2)2≈4 291 N，能滿足布袋的清灰要求(廠家要求噴出壓力不小于3 000 N)的要求。但為應(yīng)對(duì)煤種復(fù)雜多變，入爐煤種灰分偏高、國家對(duì)環(huán)保要求的提高、以及機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，該電廠試圖通過提升噴吹氣壓強(qiáng)值和改變噴吹模式來提高噴吹效果，根據(jù)每個(gè)煙道進(jìn)出口差壓對(duì)煙道噴吹氣壓強(qiáng)設(shè)定值進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整。將噴吹氣壓強(qiáng)值提高到0.4—0.45 MPa，閥芯動(dòng)作時(shí)受到的壓力F=P×S，即：F=0.40×3.14×(0.135/2)2=5 722.65 N，造成噴吹時(shí)膜片單向受壓過高，雖然短時(shí)間內(nèi)降低了差壓，但膜片使用壽命急劇下降。

2.2.2 噴吹閥工作環(huán)境惡劣

煙道密封不佳、保溫缺失，造成設(shè)備工作環(huán)境溫度高，煙氣泄漏等問題，夏季紅外測溫表明，脈沖閥局部溫度可達(dá)63.2 ℃。脈沖閥未設(shè)計(jì)安裝防雨頂棚，且該電廠地處長江邊，空氣濕度大，腐蝕性煙氣與水汽融合，形成酸性物質(zhì)，加快了設(shè)備的老化和腐蝕。

2.2.3 噴吹時(shí)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)

該電廠2期630 MW機(jī)組使用的脈沖閥閥芯直徑為135 mm，截面積相對(duì)較大。隨著噴吹氣源壓強(qiáng)的提高，閥芯承受的壓力過高，同時(shí)噴吹時(shí)產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)會(huì)引起一系列問題：閥體固定螺栓和電磁閥體固定螺栓斷裂、氣源管接頭松動(dòng)、電磁閥插座脫落，引腳斷裂，信號(hào)電纜斷裂、緩沖環(huán)斷裂。

2.2.4 設(shè)備老化

根據(jù)廠家提供的資料，該類型噴吹閥工作時(shí)間約為3年，但實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)表明：該設(shè)備工作時(shí)間只有2年左右。

2.2.5 噴吹頻次過高

過于頻繁的噴吹同樣會(huì)引起設(shè)備大量故障。該電廠布袋除塵器均投入差壓模式，差壓不高時(shí)，噴吹間隔設(shè)為100 s，差壓高于定值時(shí)，噴吹間隔一般為60 s。由于布袋差壓長期居高不下，運(yùn)行時(shí)經(jīng)?？s短噴吹間隔。以2期機(jī)組為例，單個(gè)通道共有130個(gè)噴吹閥，1次噴吹4個(gè)，分33次吹完1個(gè)循環(huán)。在廠家預(yù)設(shè)狀態(tài)下，單個(gè)循環(huán)間隔100 s，則單個(gè)電磁閥每天動(dòng)作次數(shù)為：24×60×60/100/33≈26次。為了降低煙道差壓，將噴吹間隔調(diào)整為30 s，則單個(gè)電磁閥每天動(dòng)作近87次，嚴(yán)重超負(fù)荷動(dòng)作。頻繁噴吹造成膜片動(dòng)作次數(shù)增加，閥芯提升撞擊緩沖環(huán)次數(shù)增加，加劇了設(shè)備的老化、損壞速度。

3 改造方案

為提高脈沖閥的工作可靠性，該廠自2014年起，使用的脈沖閥均采用新材料、新加工工藝，以期解決膜片破損、閥芯破裂和緩沖環(huán)斷裂的問題。但由圖3可知，膜片、閥芯損壞的缺陷量逐年下降，而螺栓和電磁閥缺陷量逐年上升。造成螺栓和電磁閥缺陷量上升的原因，一方面是由設(shè)備老化引起，另一方面是由噴吹時(shí)的巨大振動(dòng)引起的。

在面臨煙道差壓居高不下，風(fēng)機(jī)失速以及國家出臺(tái)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日益提高、機(jī)組負(fù)荷無法帶滿的壓力下，降低布袋噴吹頻次、降低噴吹壓力已成奢望。該電廠一方面對(duì)產(chǎn)品的制造工藝提高要求，以期提升膜片、閥芯、緩沖環(huán)、螺栓等配件質(zhì)量，另一方面從運(yùn)行和設(shè)備布置角度研究解決閥芯動(dòng)作瞬間產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)導(dǎo)致設(shè)備損壞的問題。為此，提出了如下改造方案。

為避開振動(dòng)區(qū)域，保留原有的脈沖閥整體部件，將除膜片以外的所有控制回路移位。將電磁閥安裝在重新設(shè)計(jì)的閥座上，閥體和閥蓋控制回路通過軟管連接，氣包兩側(cè)設(shè)立不銹鋼支架，并在上端安裝貫通整只氣包的控制回路安裝支架，所有控制回路按一一對(duì)應(yīng)的方式安裝在支架上。中間控制柜移位安裝，原指令控制線全部轉(zhuǎn)移至柜內(nèi)，重新敷設(shè)轉(zhuǎn)接柜至電磁閥軟導(dǎo)線。

閥座的排氣設(shè)計(jì)與閥座控制氣路的長度是改造成功與否的關(guān)鍵點(diǎn)。在原設(shè)計(jì)中，控制回路和執(zhí)行器為一體式設(shè)計(jì)，電磁閥收到脈寬為0.1 s的指令動(dòng)作后，控制氣迅速排氣，閥芯失壓并快速上升，以保證進(jìn)入布袋的噴吹氣壓及流量達(dá)到合適的峰值，達(dá)到有效噴吹的目的。如果設(shè)計(jì)為分體式，必須考慮因控制氣排氣慢導(dǎo)致閥芯無法迅速抬起，造成噴吹氣壓、流量太低致使噴吹無效的問題。經(jīng)過多次試驗(yàn)，得出控制氣路長度、排氣孔弧度直徑、排空溝槽深度對(duì)噴吹控制氣排空時(shí)間的影響，如表1所示。

表1 各部件尺寸對(duì)噴吹控制氣排空時(shí)間的影響

由表1可見，當(dāng)控制管路長度不小于300 mm時(shí)，因控制氣排空時(shí)間增大(接近1 s)，閥芯抬起不夠迅速，噴吹氣流全部進(jìn)入布袋所需時(shí)間接近1 s或1 s以上。由于閥芯抬升緩慢，噴吹氣流壓力流量損失大，無法形成強(qiáng)力短促的噴吹氣流，布袋不能迅速張開，此時(shí)噴吹已失去意義。

由此可見，閥座與噴吹閥本體的控制氣路設(shè)計(jì)長度不宜大于150 mm，閥座本身的排氣孔溝槽深度和寬度不宜小于2.5 mm，排氣溝槽兩邊應(yīng)設(shè)計(jì)有一定角度，以利于迅速排氣。該電廠初始設(shè)計(jì)排空溝槽最寬處約為8.14 mm，實(shí)驗(yàn)表明只要寬度大于2 mm就可以正常排氣。該電廠初始設(shè)計(jì)排氣孔直徑大于4 mm，實(shí)驗(yàn)表明：只要直徑大于2.5 mm即可。加工的閥座最終值如下：排空溝槽深度10 mm，排氣孔直徑2.5 mm，寬度2.5 mm。

為保證噴吹效果，所有噴吹電磁閥采用縱向與脈沖閥平行的安裝方式，電磁閥采用懸吊式安裝在不銹鋼支架上，采用耐腐蝕軟管通過快速接頭連接閥座與脈沖閥。為保證氣路通暢，軟管不允許彎折安裝，不銹鋼支架底部與氣包分離安裝。采用軟管連接、支架與氣包分離安裝、中間端子箱分離安裝的最終目的，都是為了盡最大可能地避開振動(dòng)和防止煙氣腐蝕。

氣包改造效果如圖4所示。

圖4 改造效果

改造后現(xiàn)場如圖5所示。

圖5 改造后的現(xiàn)場

4 改造效果

2018年初，該電廠實(shí)施了3號(hào)爐A1通道脈沖閥實(shí)驗(yàn)性改造。改造完成后，該通道布袋差壓大幅下降，噴吹效率得到顯著提高，噴吹壓縮空氣壓力重新回調(diào)至0.3 MPa，調(diào)整差壓模式設(shè)定值為1 300 Pa，噴吹間隔設(shè)為400 s。通過合理搭配噴吹壓力和噴吹間隔，保證了布袋差壓在合理范圍，也減少了設(shè)備損壞，布袋除塵噴吹系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán)。改造前后的效果比較如表2所示。

5 結(jié)束語

通過對(duì)3號(hào)爐A1通道脈沖閥改造前和改造后的運(yùn)行可靠性分析，得到以下結(jié)論：振動(dòng)對(duì)脈沖閥正常運(yùn)行存在重大影響，采用分體式改造的方案完全可以達(dá)到簡化設(shè)備、節(jié)省設(shè)備投資、減少占地、降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)的目的。

135 mm大截面積脈沖閥采用分體控制技術(shù)，為該電廠滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)提供了支持。下一步，需要健全缺陷分析數(shù)據(jù)庫，引入每個(gè)氣包的噴吹壓力、控制壓力等數(shù)據(jù)，為該電廠點(diǎn)檢定修提供可靠依據(jù)。

表2 改造前后的效果比較