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

電袋復合除塵器是火電廠煙氣凈化的主要設備，在火電廠節能、環保方面發揮了極大作用。華能太倉電廠2期2×630 MW機組每臺鍋爐電袋復合除塵器分A，B兩側布置，共4個煙氣通道，每個煙道安裝130只脈沖閥，4個煙道合計安裝520只電磁脈沖閥。

脈沖閥是燃煤鍋爐布袋除塵器的重要設備，因其故障率高，導致除塵器進出口差壓居高不下，差壓最大超3 200 Pa，差壓高保護動作頻繁，影響煙塵長期、穩定、可靠、超低排放，引發吸風機失速，對鍋爐安全運行構成威脅。與此同時，還帶來廠用電率升高、布袋使用壽命縮短、機組負荷無法帶滿等一系列問題，給機組安全、環保、經濟、長周期運行帶來重大影響。

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，其結構如圖1所示。

初始狀態時，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。當除塵器阻力上升到一定值時，系統發噴吹指令；電磁閥得電，電磁閥銜鐵抬升，氣路導通，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，閥體內部與氣包產生壓差；噴吹壓縮空氣在抬升閥芯的同時，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，膜片回復原位覆蓋排氣孔，膜片下方壓縮空氣壓力恢復；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 噴吹閥內部結構

2 故障統計與分析

2.1 故障統計分類

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

圖2 年度缺陷量統計示意

為分析故障種類，對故障部件進行分類統計，各部件缺陷數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。下面對此進行原因分析。

2.2.1 噴吹壓力對膜片的沖擊力過大

為提升噴吹效果，降低進出口差壓，調高了噴吹氣源壓力，造成噴吹時噴吹壓力對膜片的沖擊力過大。按照噴吹閥生產廠家技術要求，噴吹氣壓強設定值為0.3—0.35 MPa，此類型脈沖閥閥芯直徑為135 mm，當閥芯瞬間失壓動作時所承受的壓力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。但為應對煤種復雜多變，入爐煤種灰分偏高、國家對環保要求的提高、以及機組安全穩定運行的要求，該電廠試圖通過提升噴吹氣壓強值和改變噴吹模式來提高噴吹效果，根據每個煙道進出口差壓對煙道噴吹氣壓強設定值進行有針對性的調整。將噴吹氣壓強值提高到0.4—0.45 MPa，閥芯動作時受到的壓力F=P×S，即：F=0.40×3.14×(0.135/2)2=5 722.65 N，造成噴吹時膜片單向受壓過高，雖然短時間內降低了差壓，但膜片使用壽命急劇下降。

2.2.2 噴吹閥工作環境惡劣

煙道密封不佳、保溫缺失，造成設備工作環境溫度高，煙氣泄漏等問題，夏季紅外測溫表明，脈沖閥局部溫度可達63.2 ℃。脈沖閥未設計安裝防雨頂棚，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，加快了設備的老化和腐蝕。

2.2.3 噴吹時產生劇烈振動

該電廠2期630 MW機組使用的脈沖閥閥芯直徑為135 mm，截面積相對較大。隨著噴吹氣源壓強的提高，閥芯承受的壓力過高，同時噴吹時產生的劇烈振動會引起一系列問題：閥體固定螺栓和電磁閥體固定螺栓斷裂、氣源管接頭松動、電磁閥插座脫落，引腳斷裂，信號電纜斷裂、緩沖環斷裂。

2.2.4 設備老化

根據廠家提供的資料，該類型噴吹閥工作時間約為3年，但實際使用經驗表明：該設備工作時間只有2年左右。

2.2.5 噴吹頻次過高

過于頻繁的噴吹同樣會引起設備大量故障。該電廠布袋除塵器均投入差壓模式，差壓不高時，噴吹間隔設為100 s，差壓高于定值時，噴吹間隔一般為60 s。由于布袋差壓長期居高不下，運行時經常縮短噴吹間隔。以2期機組為例，單個通道共有130個噴吹閥，1次噴吹4個，分33次吹完1個循環。在廠家預設狀態下，單個循環間隔100 s，則單個電磁閥每天動作次數為：24×60×60/100/33≈26次。為了降低煙道差壓，將噴吹間隔調整為30 s，則單個電磁閥每天動作近87次，嚴重超負荷動作。頻繁噴吹造成膜片動作次數增加，閥芯提升撞擊緩沖環次數增加，加劇了設備的老化、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，一方面是由設備老化引起，另一方面是由噴吹時的巨大振動引起的。

在面臨煙道差壓居高不下，風機失速以及國家出臺的大氣污染物排放標準日益提高、機組負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。該電廠一方面對產品的制造工藝提高要求，以期提升膜片、閥芯、緩沖環、螺栓等配件質量，另一方面從運行和設備布置角度研究解決閥芯動作瞬間產生的劇烈振動導致設備損壞的問題。為此，提出了如下改造方案。

為避開振動區域，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計的閥座上，閥體和閥蓋控制回路通過軟管連接，氣包兩側設立不銹鋼支架，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應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移至柜內，重新敷設轉接柜至電磁閥軟導線。

閥座的排氣設計與閥座控制氣路的長度是改造成功與否的關鍵點。在原設計中，控制回路和執行器為一體式設計，電磁閥收到脈寬為0.1 s的指令動作后，控制氣迅速排氣，閥芯失壓并快速上升，以保證進入布袋的噴吹氣壓及流量達到合適的峰值，達到有效噴吹的目的。如果設計為分體式，必須考慮因控制氣排氣慢導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。經過多次試驗，得出控制氣路長度、排氣孔弧度直徑、排空溝槽深度對噴吹控制氣排空時間的影響，如表1所示。

表1 各部件尺寸對噴吹控制氣排空時間的影響

由表1可見，當控制管路長度不小于300 mm時，因控制氣排空時間增大(接近1 s)，閥芯抬起不夠迅速，噴吹氣流全部進入布袋所需時間接近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，無法形成強力短促的噴吹氣流，布袋不能迅速張開，此時噴吹已失去意義。

由此可見，閥座與噴吹閥本體的控制氣路設計長度不宜大于150 mm，閥座本身的排氣孔溝槽深度和寬度不宜小于2.5 mm，排氣溝槽兩邊應設計有一定角度，以利于迅速排氣。該電廠初始設計排空溝槽最寬處約為8.14 mm，實驗表明只要寬度大于2 mm就可以正常排氣。該電廠初始設計排氣孔直徑大于4 mm，實驗表明：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

改造后現場如圖5所示。

圖5 改造后的現場

4 改造效果

2018年初，該電廠實施了3號爐A1通道脈沖閥實驗性改造。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至0.3 MPa，調整差壓模式設定值為1 300 Pa，噴吹間隔設為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，也減少了設備損壞，布袋除塵噴吹系統進入良性循環。改造前后的效果比較如表2所示。

5 結束語

通過對3號爐A1通道脈沖閥改造前和改造后的運行可靠性分析，得到以下結論：振動對脈沖閥正常運行存在重大影響，采用分體式改造的方案完全可以達到簡化設備、節省設備投資、減少占地、降低運行維護費的目的。

135 mm大截面積脈沖閥采用分體控制技術，為該電廠滿足超低排放標準提供了支持。下一步，需要健全缺陷分析數據庫，引入每個氣包的噴吹壓力、控制壓力等數據，為該電廠點檢定修提供可靠依據。

表2 改造前后的效果比較