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北極星大氣網訊:摘要：結合華能太倉電廠電袋除塵設備的實際運行情況和日常維護經驗，分析了電袋複合除塵器活塞式脈衝閥故障率高的原因，通過數據庫對缺陷分類比較並提出了改造方案。改造結果表明：振動對脈衝閥正常運行存在重大影響，135mm大截面積脈衝閥採用分體控制技術可提高脈衝閥動作的可靠性，保障機組的安全運行。
0 引言
電袋複合除塵器是火電廠煙氣淨化的主要工業除塵設備，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 機組每臺鍋爐電袋複合除塵器分A，B 兩側佈置，共4 個煙氣通道，每個煙道安裝130 只脈衝閥，4 個煙道合計安裝520只電磁脈衝閥。
脈衝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、長週期運行帶來重大影響。
1 脈衝閥工作原理
華能太倉電廠電袋除塵器脈衝閥採用阿爾斯通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於下方壓縮空氣壓力，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排洩，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，銜鐵下落封堵洩氣口，膜片上方控制氣壓恢復，膜片回覆原位覆蓋排氣孔，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。
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。
2.2 原因分析
從圖3 可知，自2013 年起至2017 年末，膜片、閥芯的缺陷量佔比逐年下降，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 噴吹壓力對膜片的衝擊力過大
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衝擊力過大。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，此類型脈衝閥閥芯直徑為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於3 000 N) 的要求。但為應對煤種複雜多變，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，煙氣洩漏等問題，夏季紅外測溫表明，脈衝閥局部溫度可達63.2 ℃。脈衝閥未設計安裝防雨頂棚，且該電廠地處長江邊，空氣溼度大，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 機組使用的脈衝閥閥芯直徑為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、氣源管接頭鬆動、電磁閥插座脫落，引腳斷裂，信號電纜斷裂、緩衝環斷裂。
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
過於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，差壓高於定值時，噴吹間隔一般為60 s。由於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，閥芯提升撞擊緩衝環次數增加，加劇了設備的老化、損壞速度。
3 改造方案
為提高脈衝閥的工作可靠性，該廠自2014 年起，使用的脈衝閥均採用新材料、新加工工藝，以期解決膜片破損、閥芯破裂和緩衝環斷裂的問題。
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汙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、降低噴吹力已成奢望。該電廠一方面對產品的製造工藝提高要求，以期提升膜片、閥芯、緩衝環、螺栓等配件質量，另一方面從運行和設備佈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，提出瞭如下改造方案。
為避開振動區域，保留原有的脈衝閥整體部件，將除膜片以外的所有控制迴路移位。將電磁閥安裝在重新設計的閥座上，閥體和閥蓋控制迴路通過軟管連接，氣包兩側設立不鏽鋼支架，並在上端安裝貫通整隻氣包的控制迴路安裝支架，所有控制迴路按一一對應的方式安裝在支架上。中間控制櫃移位安裝，原指令控制線全部轉移至櫃內，重新敷設轉接櫃至電磁閥軟導線。
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，控制迴路和執行器為一體式設計，電磁閥收到脈寬為0.1 s 的指令動作後，控制氣迅速排氣，閥芯失壓並快速上升，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。
由表1 可見，當控制管路長度不小於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。由於閥芯抬升緩慢，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於150 mm，閥座本身的排氣孔溝槽深度和寬度不宜小於2.5 mm，排氣溝槽兩邊應設計有一定角度，以利於迅速排氣。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於2 mm 就可以正常排氣。該電廠初始設計排氣孔直徑大於4 mm，實驗表明：只要直徑大於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，所有噴吹電磁閥採用縱向與脈衝閥平行的安裝方式，電磁閥採用懸吊式安裝在不鏽鋼支架上，採用耐腐蝕軟管通過快速接頭連接閥座與脈衝閥。為保證氣路通暢，軟管不允許彎折安裝，不鏽鋼支架底部與氣包分離安裝。採用軟管連接、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。
改造後現場如圖5 所示。
4 改造效果
2018 年初，該電廠實施了3 號爐A1 通道脈衝閥實驗性改造。改造完成後，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範圍，也減少了設備損壞，布袋除塵噴吹系統進入良性循環。
改造前後的效果比較如表2 所示。
5 結束語
通過對3 號爐A1 通道脈衝閥改造前和改造後的運行可靠性分析，得到以下結論：振動對脈衝閥正常運行存在重大影響，採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、減少佔地、降低運行維護費的目的。
135 mm 大截面積脈衝閥採用分體控制技術，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。
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