电袋除尘器脉冲阀的故障分析及处理措施

2018-02-22王志芳

电力安全技术 2018年12期

杨昉，王志芳，刘浩

(华能太仓电厂，江苏太仓 215424)

0 引言

电袋复合除尘器是火电厂烟气净化的主要设备，在火电厂节能、环保方面发挥了极大作用。华能太仓电厂2期2×630 MW机组每台锅炉电袋复合除尘器分A，B两侧布置，共4个烟气通道，每个烟道安装130只脉冲阀，4个烟道合计安装520只电磁脉冲阀。

脉冲阀是燃煤锅炉布袋除尘器的重要设备，因其故障率高，导致除尘器进出口差压居高不下，差压最大超3 200 Pa，差压高保护动作频繁，影响烟尘长期、稳定、可靠、超低排放，引发吸风机失速，对锅炉安全运行构成威胁。与此同时，还带来厂用电率升高、布袋使用寿命缩短、机组负荷无法带满等一系列问题，给机组安全、环保、经济、长周期运行带来重大影响。

1 脉冲阀工作原理

华能太仓电厂电袋除尘器脉冲阀采用阿尔斯通V1614717阀芯式4寸喷吹阀，其结构如图1所示。

初始状态时，电磁阀失电，膜片上方控制气压大于下方压缩空气压力，膜片起到密封作用。当除尘器阻力上升到一定值时，系统发喷吹指令；电磁阀得电，电磁阀衔铁抬升，气路导通，膜片上方控制气通过排气通道Ⅱ排泄，上部失压；上下气室产生压差，膜片拱起，下部压缩空气通过排气通道Ⅵ排气，阀体内部与气包产生压差；喷吹压缩空气在抬升阀芯的同时，从喷吹管喷出；电磁阀失电，衔铁下落封堵泄气口，膜片上方控制气压恢复，膜片回复原位覆盖排气孔，膜片下方压缩空气压力恢复；上下压差为0，阀芯自由下落，覆盖喷吹管口，完成一次喷吹。

图1 喷吹阀内部结构

2 故障统计与分析

2.1 故障统计分类

自2012年电袋除尘器投产以来，喷吹阀故障数量逐年攀升，年度缺陷量如图2所示。

图2 年度缺陷量统计示意

为分析故障种类，对故障部件进行分类统计，各部件缺陷数量占总故障比例情况如图3所示。

图3 脉冲阀缺陷各部件占比

2.2 原因分析

从图3可知，自2013年起至2017年末，膜片、阀芯的缺陷量占比逐年下降，螺栓和电磁阀的缺陷量逐年上升。下面对此进行原因分析。

2.2.1 喷吹压力对膜片的冲击力过大

为提升喷吹效果，降低进出口差压，调高了喷吹气源压力，造成喷吹时喷吹压力对膜片的冲击力过大。按照喷吹阀生产厂家技术要求，喷吹气压强设定值为0.3—0.35 MPa，此类型脉冲阀阀芯直径为135 mm，当阀芯瞬间失压动作时所承受的压力F=P×S，即：F=0.30×3.14×(0.135/2)2≈4 291 N，能满足布袋的清灰要求(厂家要求喷出压力不小于3 000 N)的要求。但为应对煤种复杂多变，入炉煤种灰分偏高、国家对环保要求的提高、以及机组安全稳定运行的要求，该电厂试图通过提升喷吹气压强值和改变喷吹模式来提高喷吹效果，根据每个烟道进出口差压对烟道喷吹气压强设定值进行有针对性的调整。将喷吹气压强值提高到0.4—0.45 MPa，阀芯动作时受到的压力F=P×S，即：F=0.40×3.14×(0.135/2)2=5 722.65 N，造成喷吹时膜片单向受压过高，虽然短时间内降低了差压，但膜片使用寿命急剧下降。

2.2.2 喷吹阀工作环境恶劣

烟道密封不佳、保温缺失，造成设备工作环境温度高，烟气泄漏等问题，夏季红外测温表明，脉冲阀局部温度可达63.2 ℃。脉冲阀未设计安装防雨顶棚，且该电厂地处长江边，空气湿度大，腐蚀性烟气与水汽融合，形成酸性物质，加快了设备的老化和腐蚀。

2.2.3 喷吹时产生剧烈振动

该电厂2期630 MW机组使用的脉冲阀阀芯直径为135 mm，截面积相对较大。随着喷吹气源压强的提高，阀芯承受的压力过高，同时喷吹时产生的剧烈振动会引起一系列问题：阀体固定螺栓和电磁阀体固定螺栓断裂、气源管接头松动、电磁阀插座脱落，引脚断裂，信号电缆断裂、缓冲环断裂。

2.2.4 设备老化

根据厂家提供的资料，该类型喷吹阀工作时间约为3年，但实际使用经验表明：该设备工作时间只有2年左右。

2.2.5 喷吹频次过高

过于频繁的喷吹同样会引起设备大量故障。该电厂布袋除尘器均投入差压模式，差压不高时，喷吹间隔设为100 s，差压高于定值时，喷吹间隔一般为60 s。由于布袋差压长期居高不下，运行时经常缩短喷吹间隔。以2期机组为例，单个通道共有130个喷吹阀，1次喷吹4个，分33次吹完1个循环。在厂家预设状态下，单个循环间隔100 s，则单个电磁阀每天动作次数为：24×60×60/100/33≈26次。为了降低烟道差压，将喷吹间隔调整为30 s，则单个电磁阀每天动作近87次，严重超负荷动作。频繁喷吹造成膜片动作次数增加，阀芯提升撞击缓冲环次数增加，加剧了设备的老化、损坏速度。

3 改造方案

为提高脉冲阀的工作可靠性，该厂自2014年起，使用的脉冲阀均采用新材料、新加工工艺，以期解决膜片破损、阀芯破裂和缓冲环断裂的问题。但由图3可知，膜片、阀芯损坏的缺陷量逐年下降，而螺栓和电磁阀缺陷量逐年上升。造成螺栓和电磁阀缺陷量上升的原因，一方面是由设备老化引起，另一方面是由喷吹时的巨大振动引起的。

在面临烟道差压居高不下，风机失速以及国家出台的大气污染物排放标准日益提高、机组负荷无法带满的压力下，降低布袋喷吹频次、降低喷吹压力已成奢望。该电厂一方面对产品的制造工艺提高要求，以期提升膜片、阀芯、缓冲环、螺栓等配件质量，另一方面从运行和设备布置角度研究解决阀芯动作瞬间产生的剧烈振动导致设备损坏的问题。为此，提出了如下改造方案。

为避开振动区域，保留原有的脉冲阀整体部件，将除膜片以外的所有控制回路移位。将电磁阀安装在重新设计的阀座上，阀体和阀盖控制回路通过软管连接，气包两侧设立不锈钢支架，并在上端安装贯通整只气包的控制回路安装支架，所有控制回路按一一对应的方式安装在支架上。中间控制柜移位安装，原指令控制线全部转移至柜内，重新敷设转接柜至电磁阀软导线。

阀座的排气设计与阀座控制气路的长度是改造成功与否的关键点。在原设计中，控制回路和执行器为一体式设计，电磁阀收到脉宽为0.1 s的指令动作后，控制气迅速排气，阀芯失压并快速上升，以保证进入布袋的喷吹气压及流量达到合适的峰值，达到有效喷吹的目的。如果设计为分体式，必须考虑因控制气排气慢导致阀芯无法迅速抬起，造成喷吹气压、流量太低致使喷吹无效的问题。经过多次试验，得出控制气路长度、排气孔弧度直径、排空沟槽深度对喷吹控制气排空时间的影响，如表1所示。

表1 各部件尺寸对喷吹控制气排空时间的影响

由表1可见，当控制管路长度不小于300 mm时，因控制气排空时间增大(接近1 s)，阀芯抬起不够迅速，喷吹气流全部进入布袋所需时间接近1 s或1 s以上。由于阀芯抬升缓慢，喷吹气流压力流量损失大，无法形成强力短促的喷吹气流，布袋不能迅速张开，此时喷吹已失去意义。

由此可见，阀座与喷吹阀本体的控制气路设计长度不宜大于150 mm，阀座本身的排气孔沟槽深度和宽度不宜小于2.5 mm，排气沟槽两边应设计有一定角度，以利于迅速排气。该电厂初始设计排空沟槽最宽处约为8.14 mm，实验表明只要宽度大于2 mm就可以正常排气。该电厂初始设计排气孔直径大于4 mm，实验表明：只要直径大于2.5 mm即可。加工的阀座最终值如下：排空沟槽深度10 mm，排气孔直径2.5 mm，宽度2.5 mm。

为保证喷吹效果，所有喷吹电磁阀采用纵向与脉冲阀平行的安装方式，电磁阀采用悬吊式安装在不锈钢支架上，采用耐腐蚀软管通过快速接头连接阀座与脉冲阀。为保证气路通畅，软管不允许弯折安装，不锈钢支架底部与气包分离安装。采用软管连接、支架与气包分离安装、中间端子箱分离安装的最终目的，都是为了尽最大可能地避开振动和防止烟气腐蚀。

气包改造效果如图4所示。

图4 改造效果

改造后现场如图5所示。

图5 改造后的现场

4 改造效果

2018年初，该电厂实施了3号炉A1通道脉冲阀实验性改造。改造完成后，该通道布袋差压大幅下降，喷吹效率得到显著提高，喷吹压缩空气压力重新回调至0.3 MPa，调整差压模式设定值为1 300 Pa，喷吹间隔设为400 s。通过合理搭配喷吹压力和喷吹间隔，保证了布袋差压在合理范围，也减少了设备损坏，布袋除尘喷吹系统进入良性循环。改造前后的效果比较如表2所示。