电磁脉冲阀漏喷原因分析及基于气包应力场的定位方式研究

0引言

当窑炉带有粉尘的烟气通过除尘器内的陶瓷滤管时,颗粒物会不断附着在滤管表面,此时除尘器差压持续提升,当达到差压设定值后,脉冲阀喷吹程序会自动触发,压缩空气通过脉冲阀对滤管表面颗粒物进行清理。因此,脉冲阀在该工艺中起着关键作用,一旦出现喷吹不充分或漏喷等问题,若不能及时发现并处理,将直接造成陶瓷滤管断裂并影响除尘器烟气除尘效果。

1 系统工艺流程

陶瓷滤管一体化装置主要包括脱硫反应器、脱硫剂供应系统、氨水/氨气输送喷射系统、除尘器系统、烟风系统、脱硫废灰储存系统以及电气及控制系统等[1]。图1为基本的陶瓷滤管一体化工艺流程,从中可以看出,来自窑炉原烟气在进入脱硫塔之前,会与石灰粉仓内的熟石灰进行混合,之后便进入脱硫塔内,这个反应过程会去除大量硫化元素。之后烟气进入旋风除尘器内进行预除尘,以减轻后段陶瓷滤管的收尘负荷及冲刷,延长滤管使用寿命[2]。同时该工艺还采用氨水直喷系统进行脱硝反应,氨水经喷枪压缩空气作用直接在烟道内进行雾化,从而保证烟气与氨水充分融合。经过这些处理后的烟气会流向除尘器内陶瓷滤管,烟气中的粉尘及脱硫灰将不断附着在滤管表面,经脉冲阀喷吹后掉落至底部灰斗中。与此同时,除尘后的烟气会与滤管催化剂作进一步脱硝反应,这就实现了烟气的脱硫脱硝除尘一体化过程。为保证该系统的长期稳定运行,除尘器往往分为多个独立仓室,每个仓室分别装有可关断阀门及粉尘仪,当发现仓室粉尘浓度超标时,可将该仓室直接关闭,待其内部温度降至常温后,进入检查是否有陶瓷滤管损坏。经过上述处理后,烟气最终经高压引风机增压后通过烟囱不断排出。

2脉冲阀结构及工作方式

2.1 脉冲阀结构

电磁脉冲阀结构如图2所示,主要由电磁线圈、动铁芯、弹簧、膜片、阀盖等部分组成,其中内膜片将阀门分成上下两腔室[3]。脉冲阀安装在空气管道上,电磁线圈安装在阀体上端中心位置,通过接收控制系统指令来做开闭动作。当系统发出开通指令时,电磁线圈得电,线圈中的衔铁产生电磁力,吸合动铁芯导通卸压孔,膜片上腔室的压缩空气会迅速排放,腔压降低。此时,阀门进口端喷吹气体压力相对变大,抬高膜片使阀门打开,喷吹气便对滤管表面进行喷吹。相反,当控制系统开通指令取消后,电磁线圈失电,衔铁失去电磁力,动铁芯在内置弹簧作用力及自身重力下复位,卸压孔关闭,上腔室压缩空气压力增大,将膜片压紧,阀门关闭。阀体内还有两个大小不一的环形密封圈,小圈装在阀盖内侧,防止气体从阀盖与阀体连接处泄漏,大圈装在阀体处,防止喷吹气从气包与阀体连接处泄漏[4]。另外,在脉冲阀内部还带有缓冲垫,当阀柱移动时,可以减轻动柱对阀体的冲击力。

2.2 喷吹控制模式

图3是滤管除尘器脉冲阀分布示意图,以一个仓室为例,通常会装有20个脉冲阀。压缩空气总管压力大约在6 kg,当压缩空气通过减压阀后,压力会降到3~4 kg之间。如果喷吹压力太大,陶瓷滤管容易破裂且不利于脉冲阀的长期使用,而压力太小的话,则不利于彻底清理陶瓷滤管表面灰尘。

脉冲阀喷吹方式主要有两种,分别是压差控制和定时控制,可以在控制系统上设置差压阈值、阀门开通时间及时间间隔等参数[5]。由于压差控制可以更好地使气源压力保持稳定,减少无效喷吹并很好地保护陶瓷滤管,所以实际项目一般采用压差控制模式。

3脉冲阀漏喷原因分析

脉冲阀内的膜片由橡胶制成,材质虽然柔韧,但也会因长时间风吹日晒而老化,而且每个阀门一天动作接近上百次,如此频繁吸合将使膜片较早破损。在实际操作中,为提升喷吹效果,降低进出口差压,往往会调高喷吹气源压力,使得喷吹气体对膜片的冲击力更大,膜片更易受损[6]。其他常见的诸如电磁线圈异常发热熔断;压缩空气源含有较多杂质或水分,引起电磁阀内堵塞;复位弹簧过疲劳;部分脉冲阀厂家产品质量参差不齐;阀门运输及安装过程中人为不可控因素;直流电源电压损失等,都可导致脉冲阀实际运行时出现喷吹不充分或漏喷现象。若未及时发现,烟气灰尘将不断附着在陶瓷滤管之上,时间一长,将导致滤管断裂,从而造成不必要的人力、经济损失。而实际项目上,有时为提高喷吹效率,往往两个脉冲阀会一起作定时喷吹。每轮喷吹周期在20 m,n左右,若出现偶发性漏喷现象,现场人员很难获知是否出现问题。即使意识到现场脉冲阀存在漏喷现象,在两百多个阀门中找出故障位置,将花费大量时间,依靠人耳进行判别往往误差也比较大,再加上现场噪声污染严重,还存在不必要的职业健康风险。

4漏喷检测方式

基于以上问题,我司经过多年研究,提出了一种基于气包内应力场数据的漏喷检测方式。主要通过脉冲监测仪实时记录所有脉冲阀喷吹时的气包内应力场数值,判断其喷吹过程的实际情况,定位问题阀门所在位置。

图4为脉冲喷吹管道,每个管道上带有多个脉冲阀,管道可等效成带有载荷的封闭空间,也就是所谓的“气包”。根据密闭空间载荷爆破理论,脉冲阀开启时,会在中心位置产生声爆现象,同时声爆冲击波所引起的应力场会瞬间布满整个气包,图5为脉冲阀喷吹瞬间气包内应力场分布示意图。当喷吹过程中某些脉冲阀出现漏喷或者喷吹不充分等情况时,管道内产生的气包内应力场强度将明显不足。因此可以通过测量阀门开启后气包内应力场变化规律,检测脉冲阀运行状况并判断其喷吹效果是否在有效范围内。

在我司某玻璃熔窑烟气治理项 目中,已成功运用该理论定位了现场问题脉冲阀。图6为该项目现场脉冲阀仓室分布图,该项目共有A、B两条空气压缩管道,每条线共有5个仓室,每个仓室有10个脉冲阀,为了验证该理论,现场脉冲阀采用了定时喷吹方式,脉冲动作时间设置为200 ms,时间一到,控制程序自动给电磁线圈发出关闭指令。

每条空气管道分别安装一台脉冲阀故障诊断仪,安装位置如图7所示,其中脉冲阀诊断仪垂直向下安装在压缩器管道上,并通过截止阀和预埋接头实现仪表和脉冲管道的隔离。预埋接头和气包之间满焊,预埋接头焊接后需装截止阀并缠好生胶带,防止漏气。

在设备刚投入运行时,运维人员通过诊断软件发现2号仓室喷吹周期内应力场数值存在异常,图8是该仓室数轮喷吹周期气包内应力值,从中可以看出阀8和阀9喷吹时应力场强度相对较弱,之后运维人员在现场对这两个阀门进行观察,发现8号和9号两阀门存在气体泄漏现象,虽然可以正常喷吹,但每次喷吹强度都不高。后拆开阀门进行检查,发现原因为内部膜片所在位置偏离且出现部分破损和氧化。经过处理后,两个阀门喷吹强度重新恢复正常,2号仓室气包内应力场数值也维持在合理范围之内。

经过一段时间运行,诊断软件监测到5号仓室3号阀门喷吹时应力值出现异常,从图9可以看出,部分喷吹周期中,3号阀门应力值有时为0,经现场观察,该阀门实际出现了漏喷现象,故障原因为电磁线圈接线盒内线头松动。

当然,除了在脉冲阀故障发生时快速找到其准确位置,日常的维护工作同样也很重要。比如对喷吹压缩空气进行查看,确保管道内没有杂质或水分;巡检时发现电磁线圈线头松动就及时加固;暴雨天气,查看电磁线圈内有无水珠;检测直流电源电压是否稳定以及对现场脉冲阀控制柜内接线进行核查,防止出现线头虚接等问题,这样便可做到防患于未然。

5 结束语

电磁脉冲阀实际运行直接影响到陶瓷滤管工艺的除尘效果,若部分阀门出现喷吹不充分或漏喷现象,长期未被发现处理的话,会引起陶瓷滤管大量断裂。基于对气包内应力场数值的监测,能快速定位问题阀门位置,节省人工的同时也取得了较为显著的经济效益。

[参考文献]

[1] 何义斌,王俊.玻璃行业多污染物一体化脱除技术的比较分析[J].建材世界,2022,43(6):100-103.

[2]孙柱,何义斌,王俊.玻璃窑触媒陶瓷滤管除尘器优点及滤管断裂问题解决方案 [J].建材世界,2023,44 (4):74—77.

[3]苗建标.脱硫电磁脉冲阀综述[J].内蒙古石油化工,2013,39(9):61—62.

[4]符鹏展.脉冲喷吹阀在布袋除尘器上的应用[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(2):33—36.

[5]张松奇,杨勇,许涛.基于DCS的布袋除尘器脉冲阀顺序控制改造分析[J].华电技术,2019,41(2):76-77.

[6]杨防,王志芳,刘浩.电袋除尘器脉冲阀的故障分析及处理措施[J].电力安全技术,2018,20(12):53-56.

《机电信息》2025年第18期第7篇