火電廠除塵器脈沖閥主要故障分析與處理

龍慶濤

(國家能源集團(tuán)山東石橫熱電有限公司，山東 泰安 271000)

0 引言

除塵器是燃煤機(jī)組的重要設(shè)備之一，可有效分離煙氣中的粉塵，降低機(jī)組運(yùn)行過程中的煙塵排放。除塵器按照原理可分為電除塵、袋式除塵、旋風(fēng)除塵、機(jī)械除塵、濕式除塵等，其中布袋除塵器(屬于袋式除塵中的一種)是目前火電廠應(yīng)用較廣的除塵方式。

布袋除塵器主要通過濾料(合成纖維、天然纖維或玻璃纖維織成的布或氈)實(shí)現(xiàn)煙氣除塵，其工作原理為：在除塵器工作時(shí)，隨著濾料過濾的不斷進(jìn)行，濾袋外表的積塵逐漸增多，煙氣阻力亦逐漸增加，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，清灰控制器發(fā)出清灰指令，將濾袋外表面的粉塵清除并使之落入灰斗，然后再打開排氣閥使該室恢復(fù)過濾，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔后除塵器再次進(jìn)行下一室的清灰工作[1]。脈沖布袋除塵器是在布袋除塵器基礎(chǔ)上改進(jìn)的新型除塵器，其原理為：在風(fēng)機(jī)動(dòng)力的牽引下，除塵器內(nèi)部、除塵管道及除塵罩口處形成負(fù)壓環(huán)境，使揚(yáng)塵點(diǎn)的粉塵在壓差作用下進(jìn)入除塵器，氣流通過除塵濾袋過濾，粉塵被截留在布袋表面，通過脈沖控制儀有規(guī)律地向脈沖閥輸入脈沖信號，壓縮氣體的高壓風(fēng)將粘附在濾袋表面的粉塵吹落并收集到積灰斗內(nèi)[2]。

活塞式脈沖閥(簡稱脈沖閥)是脈沖布袋除塵器控制的關(guān)鍵設(shè)備，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，因脈沖閥故障率居高不下，影響機(jī)組正常的煙氣排放，甚至還會引發(fā)引風(fēng)機(jī)失速，對鍋爐運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。除塵前后差壓高、除塵效果差，還將帶來廠用電率上升、布袋使用壽命縮短、機(jī)組無法滿負(fù)荷運(yùn)行等一系列問題，給機(jī)組安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來重大影響[3]。

1 脈沖閥工作原理及噴吹程序

1.1 脈沖閥工作原理

某電廠3、4號機(jī)組各有4個(gè)煙氣通道(A1、A2、B1、B2)：每2個(gè)通道配置1臺除塵器，每個(gè)通道設(shè)2列氣包，每列包含4個(gè)氣包，每個(gè)氣包有14～17個(gè)噴吹閥，噴吹閥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 噴吹閥結(jié)構(gòu)

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)出噴吹指令，電磁閥得電，氣路導(dǎo)通，膜片上方控制氣排泄，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，泄氣口封堵，膜片上方控制氣壓恢復(fù)，膜片恢復(fù)原位并覆蓋排氣孔，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，完成一次噴吹過程[4]。

1.2 脈沖閥噴吹程序

以兩個(gè)通道，一臺除塵器兩列氣包為例進(jìn)行說明，脈沖閥編號如圖2所示。

圖2 氣包及噴吹閥分布圖

每只氣包的噴吹閥被分成1～7、8～14、15～17三組，所有通道同時(shí)噴吹，設(shè)定DCS噴吹閥打開時(shí)間為100 ms (可調(diào))，無噴吹間隔，保留設(shè)定噴吹脈沖寬度和脈沖間隔的間隔設(shè)定邏輯。當(dāng)差壓高于800 Pa (定值可調(diào)，最大允許值為1150 Pa，最小允許值為750 Pa)時(shí)，系統(tǒng)開始噴吹；差壓低于750 Pa (定值可調(diào))時(shí)，暫停噴吹；一旦阻力損失再次上升至800 Pa以上時(shí)，則繼續(xù)噴吹。每8個(gè)脈沖閥分為一組(閥門組)，62個(gè)脈沖閥共分成8組，每組內(nèi)的脈沖閥依次噴吹，噴完后進(jìn)行差壓判斷，當(dāng)差壓達(dá)到允許值則繼續(xù)噴吹下一組，達(dá)不到差壓允許值則暫停噴吹，直到差壓值達(dá)到允許值后繼續(xù)噴吹。每個(gè)閥門組當(dāng)次噴吹結(jié)束與下一次噴吹的時(shí)間間隔為噴吹間隔，由DCS設(shè)定；時(shí)間間隔為可調(diào)模式，最短可設(shè)定為15 s，最長為230 s。設(shè)定差壓限制，當(dāng)差壓不高于800 Pa時(shí)，系統(tǒng)采用定時(shí)噴吹模式，此時(shí)無需考慮阻力損失，只要噴吹間隔時(shí)間達(dá)到設(shè)定值，就會從上次停止噴吹的位置開始新的噴吹過程。

2 脈沖閥主要缺陷及改進(jìn)措施

2.1 主要缺陷

根據(jù)機(jī)組日常運(yùn)行的缺陷統(tǒng)計(jì)，脈沖閥缺陷占布袋除塵系統(tǒng)缺陷總數(shù)的57.6 %，主要為振動(dòng)及供電電壓缺陷所導(dǎo)致。為解決這一問題，研制帶減震功能的活塞式電磁脈沖閥以及加裝可調(diào)電壓的變壓器用于提升脈沖閥動(dòng)作的可靠性是可行方案。

2.2 改進(jìn)措施

2.2.1 脈沖閥振動(dòng)問題

脈沖閥作為除塵器的核心部件，其性能好壞對除塵器的正常運(yùn)行有著直接的影響，對清灰效率也有著重要的影響[5]。原設(shè)計(jì)的脈沖閥由兩個(gè)長桿螺絲固定且與底座連接部分距離較短，因噴吹氣源壓力較大，長時(shí)間頻繁動(dòng)作會導(dǎo)致固定螺絲松動(dòng)，造成脈沖閥漏氣使得噴吹氣源壓力下降，最終造成該側(cè)其他氣包無法完成噴吹動(dòng)作，影響除塵前后差壓，嚴(yán)重的甚至?xí)绊懓l(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行。此外，若脈沖閥與底座的連接部分出現(xiàn)損壞，整個(gè)脈沖閥底座部分將無法繼續(xù)使用，同時(shí)現(xiàn)有的脈沖閥固定方式不合理，其松動(dòng)缺陷增加了運(yùn)維人員日常檢修維護(hù)的工作量。

針對脈沖閥運(yùn)行過程中存在的問題，運(yùn)維人員設(shè)計(jì)了一種帶減震功能的活塞式電磁脈沖閥(見圖3)，主要設(shè)計(jì)如下。

圖3 一種帶減震功能的活塞式電磁脈沖閥

1) 線圈設(shè)置在閥體上部并設(shè)有進(jìn)氣口，進(jìn)氣口上還設(shè)有進(jìn)氣管。

2) 線圈和閥體之間由連接件通過鎖緊件實(shí)現(xiàn)彈性連接，解決了活塞式電磁脈沖閥長吹漏氣、底座易滑絲等問題，提高活塞式電磁脈沖閥動(dòng)作的可靠性。從減震彈簧原理及增大閥體接觸面的思路出發(fā)，在閥體的受力面加連接件，連接件中的豎向連接板上設(shè)有減震彈簧，徹底消除了活塞式電磁脈沖閥容易松動(dòng)的問題，同時(shí)還解決了噴吹氣源壓力降低的問題。

3) 固定裝置見圖4，由第一平板和第二平板組成上端水平板，第一水平板設(shè)置在第二水平板的上部；第一平板與第二平板平行設(shè)置并通過4個(gè)第一彈性件(彈簧)相連；第一彈性件上端與第一水平板固定連接，下端與第二水平板固定連接；第一平板的中部設(shè)有與定位孔相匹配的第一安裝孔，第二平板中部設(shè)有與定位孔相匹配的第二安裝孔。

圖4 活塞式電磁脈沖閥固定裝置

豎向連接板包括上下設(shè)置的第一豎向板和第二豎向板，使用時(shí)，第一豎向板和第二豎向板處在同一豎直線上；第一豎向板的上端與第二平板固定連接，第二豎向板的下端與下端水平板固定連接，第一豎向板與第二豎向板之間通過第二彈性件(彈簧)相連。

下端水平板與上端水平板的結(jié)構(gòu)相似，在結(jié)構(gòu)上平行于上端水平板和垂直于豎向連接板；下端水平板上設(shè)有與定位孔相匹配的第三安裝孔(螺紋孔)；所述下端水平板的一端與第二豎向板固定連接，另一端向遠(yuǎn)離第二豎向板的方向延伸。

2.2.2 脈沖閥供電電壓問題

系統(tǒng)原設(shè)計(jì)由一路24 V DC電源為4路500個(gè)脈沖閥供電，因設(shè)備多且供電線路較長(約400 m)，線路壓降較為嚴(yán)重，導(dǎo)致部分脈沖閥由于電壓無法達(dá)到動(dòng)作電壓而拒動(dòng)。因此，運(yùn)維人員通過加裝可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，以解決線路壓降問題，確保各脈沖閥的供電電壓在合理的區(qū)間范圍。具體實(shí)施步驟為：根據(jù)需求，設(shè)計(jì)新增可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的方案并繪制電氣接線圖；現(xiàn)場控制柜改接線，將可調(diào)直流穩(wěn)壓電源安裝在合適位置；將可調(diào)直流穩(wěn)壓電源調(diào)至24 V，測量脈沖閥工作電壓并進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果逐步上調(diào)輸出電壓，最終在可調(diào)直流穩(wěn)壓電源輸出為27 V時(shí)，各脈沖閥電壓均達(dá)到額定工作電壓；調(diào)試并測試脈沖閥動(dòng)作可靠性，確保脈沖閥工作正常。

3 實(shí)施效果分析

在上述舉措實(shí)施后，設(shè)備年故障率由83.4 %下降至25.6 %，有效提升了機(jī)組除灰系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和有效性。通過增加帶緩沖功能固定裝置解決了除塵器噴吹氣源壓力嚴(yán)重下降的問題，提升了脈沖閥動(dòng)作可靠性，延長了布袋使用壽命，不僅控制了設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)維成本，還進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的加裝，解決了脈沖閥供電線路電源壓降的問題，提高了脈沖閥投運(yùn)率，有效提升了除塵器的除塵效果。帶減震功能的活塞式電磁脈沖閥和可調(diào)直流穩(wěn)壓電源投用后，除塵器控制功能正常，滿足了工藝系統(tǒng)的運(yùn)行要求，降低了除塵器布袋更換的頻次，節(jié)約了維護(hù)成本和工作量(改造實(shí)施前布袋3年更換一次，費(fèi)用約400萬[6]，改造實(shí)施后布袋按照正常使用年限4年更換一次)。

4 結(jié)束語

通過帶減震功能的活塞式電磁脈沖閥和可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的實(shí)施，不僅提升了設(shè)備和系統(tǒng)工作的可靠性，對運(yùn)維人員的業(yè)務(wù)能力提高、知識面拓展等方面均有很大幫助。后續(xù)，運(yùn)維部門將通過DCS中除塵系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和效果進(jìn)行整理分析，不斷優(yōu)化參數(shù)，確定合理的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)定值及噴吹氣源壓力值，進(jìn)一步提升脈沖閥的可靠性，保障機(jī)組安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、長周期運(yùn)行。