張建壽

（寧夏西部熱電有限公司，寧夏 銀川 750001）

0 引言

目前，天然氣發(fā)電作為一種清潔能源，在燃氣發(fā)電領域呈現(xiàn)出快速發(fā)展的局面。在北方地區(qū)，燃氣熱電廠不僅可以起到快速啟停，電網調峰的作用，而且還可以向周邊的地區(qū)供熱，但是由于沙塵、霧霾、雨雪等惡劣天氣的影響，嚴重影響了燃氣電廠的運行，容易造成被迫下調負荷或停機，以及供熱緊張或停暖等事件，為此，改進壓氣機進氣過濾系統(tǒng)成為許多燃氣輪機電廠面臨的迫切問題。

1 壓氣機進氣過濾系統(tǒng)的組成

西部某電廠安裝的Trent 60燃氣輪機是國內引進的首臺由Rolls-Royce公司研發(fā)的航改工業(yè)燃機，該燃機是航空發(fā)動機RR211系列航空發(fā)動機Trent 800的派生機型。其主要結構有3部分：燃氣輪機（透平或動力渦輪）、壓氣機（空氣壓縮機）和燃燒室。其工作原理為：葉輪式壓縮機從外部吸入空氣，壓縮后送入燃燒室，同時燃料也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進行燃燒。生成的高溫高壓煙氣進入燃氣輪機膨脹做功，推動動力葉片高速旋轉，尾氣排入大氣中或再加利用[1]。

目前電站燃氣輪機采用的進氣過濾系統(tǒng)有常見的三級過濾裝置或脈沖空氣自清洗過濾裝置兩種方式[2]，該系統(tǒng)在機組整個發(fā)電過程中起到向燃氣輪機提供潔凈空氣的作用，既要保證燃燒室內天然氣的穩(wěn)定燃燒，同時向燃氣輪機動葉、靜葉及壓氣機反吹提供冷卻風和吹掃用氣[3]。Trent 60燃氣輪機的壓氣機進氣系統(tǒng)布置在發(fā)電機組的屋頂上，由德國康菲爾公司設計和制造，為2級多層設計，第1級由百葉窗和防鳥網組成，第2級由粗濾和精濾組成。如圖1所示。

圖1 壓氣機進氣過濾系統(tǒng)的組成

百葉窗主要功能是防止雨雪進入進氣系統(tǒng)，同時，在百葉窗的后布置有防鳥網，它可以防止大型昆蟲和鳥類飛入進氣系統(tǒng)，保護進氣系統(tǒng)能夠正常運行。過濾器倉分為粗濾和精濾兩層，其中粗濾140塊，精濾112塊精，粗濾和精濾均為兩層布置。在燃氣輪機的整個運行過程中，工作人員無法進入過濾倉，也無法在線更換破損的粗濾和精濾。

2 進氣過濾系統(tǒng)運行中存在的問題

隨著運行時間的加長，燃氣輪機壓氣機入口的濾網污染情況會逐步惡化，特別是春秋季節(jié)的沙塵天氣，和冬季的雨雪天氣，過濾網的前后壓差會迅速增大，甚至破損，從而危及發(fā)電機組的負荷和安全。由于入口濾網的堵塞，使進入燃燒室的空氣量減少，參與燃燒的燃料量隨之降低，燃氣輪機的排煙量也相應下降，甚至會導致整個聯(lián)合循環(huán)機組的熱效率降低，熱耗增加，機組負荷降低，如果濾網堵塞嚴重，將會造成濾網破損，從而嚴重污染燃氣輪機，甚至造成安全事故。由于康菲爾公司的設計沒有考慮北方的特殊天氣條件，沒有選用脈沖空氣自清洗過濾裝置，選用的Hi-Flo G4高效粗濾和CAM-GT F7精濾過濾面積不足，實際使用更換周期不足40天，這遠低于原設計的一年更換更換周期。

此外，在壓氣機入口濾網壓差增大的過程中，濾網后的進氣段也會被污染，IGV及個級葉片上的污垢會逐步增多。壓氣機葉片結垢后，級間壓縮比逐漸降低，壓氣機效率會緩慢下降，同時會造成葉片的化學和機械腐蝕影響壓氣機的葉片安全，經過對壓氣機的水洗樣分析后發(fā)現(xiàn)，其主要成分為黑灰及黏土，通過擦拭和清洗是能夠去除的。

壓氣機入口濾網的效果變差后，進入壓氣機入口的空氣品質不斷下降，空氣中的固體顆粒物進入壓氣機及燃氣輪機熱通道部件中，導致燃燒室內火焰筒及過渡段壁面上的冷卻風孔局部堵塞，冷卻不足，燃燒室內表面涂層燒蝕，脫落，從而縮短了燃燒室的使用壽命。

3 壓氣機進氣過濾系統(tǒng)的改進

由于壓氣機進氣過濾系統(tǒng)的框架結構已經定型，除更換過濾系統(tǒng)外，無法增加自清洗過濾裝置，根據Trent60燃機的進氣要求（表1）。

表1 燃機燃燒室進氣空氣流量

通過與康菲爾公司溝通，造成過濾器更換頻繁和燃氣進氣質量降低的主要原因是現(xiàn)有的過濾器過濾面積不足，精度過低及過濾層數不夠等，根據分析的原因和燃機的進氣要求，對壓氣機進行過濾系統(tǒng)主要從以下2個方面進行改進。

（1）改進壓氣機進氣系統(tǒng)粗濾和精濾，將原設計的6袋片狀結構更換為12袋折疊式結構，并增加粗濾的過濾面積。

原設計型號Hi-Cap 66為6袋化纖袋式粗效預過濾器，過濾精度為G4（歐洲標準化委員會標準EN779）,單片規(guī)格為596mm×596mm×360mm（長×寬×高)，有效過濾面積2.6m2，設計初始壓降50Pa，最大允許壓降250Pa，這種粗濾為一次性濾布，不可水洗。 將這種粗濾改進為具有12袋玻璃纖維袋式過濾器，型號升級為：Hi-Flo M7/G25-GT-10，升級后的過濾器單片規(guī)格尺寸與Hi-Cap 66相同，過濾精度提高為F7(歐洲標準化委員會標準EN779),過濾面積增加為9.2m2，過濾面積增加了3.5倍，過濾面積和精度的增加后，可以有效增加過濾器的使用壽命。

原設計型號為CAM-GT-F7的壓氣機精濾，濾芯材料采用專用抗水型玻璃纖維濾紙，過濾器精度為F7(歐洲標準化委員會的標準EN779),單片過濾器規(guī)格為 596mm×596mm×292mm（長×寬×高)，有效過濾面積19m2，設計初始壓降160Pa，最大允許壓降600Pa，通過實驗，精濾型號升級為CAM-GT-F9，過濾器精度提高為F9，單片過濾器規(guī)格與過濾面積都沒有變化，初始和最大允許壓差也沒有變化，精濾精度的提高，有效加長了燃機的化學清洗周期，保護了燃機。

（2）在壓氣機進行系統(tǒng)的百葉窗外增加一過濾層,當霧霾、風雪及沙塵天氣來臨時，將整張面積為7000×9000的G4精度合成化學纖維濾布遮罩在燃壓氣機進行系統(tǒng)的百葉窗外，類似給進氣裝置帶了一個口罩，當特殊天氣過后，再掀開濾布，遮蓋濾布和掀開濾布的工作可在燃機運行期間操作，并不會影響燃機運行。雖然口罩的應用，對燃機的負荷有一點影響，但是口罩提高了燃機在惡劣天氣條件下運行的安全性和可靠性，而且可在線操作。

4 改進效果

經過對改造升級后的進氣系統(tǒng)進行與改造前的系統(tǒng)運行和維護數據對比，發(fā)現(xiàn)粗濾的更換周期由原來的不足40天增加到60天以上，精濾的更換周期由不足40天增加到320天以上，可至少減少2次停機，每次停機按24小時計算，直接損失發(fā)電量2400MW按照年運行時間5500小時計算，按照每次停機24小時，直接損失發(fā)電量3000MW·h，按平均45M小時的發(fā)電量計算，發(fā)電損失可至少減少停機次數2個批次，節(jié)約粗濾280片，節(jié)約精濾5個批次560片，可挽回直接經濟損失近300萬元以上。

5 結論

通過對燃機壓氣機進氣過濾系統(tǒng)的改造，即延長了過濾器的更換周期，又減少了機組的日常維護量，也實現(xiàn)了惡劣天氣條件下機組的在線保護，改善了機組抗惡劣天機的干擾能力，提高了發(fā)電運行的穩(wěn)定性和安全性，同時也降低了機組的發(fā)電成本，提高了機組的經濟效益，可為今后同類型機組的改造提供參考經驗。

［1］謝獻忠.進行處理質量對燃氣輪機的影響 [J].汽輪機技術,49(3).

［2］余立凡，方煒.9FA燃氣輪機進氣過濾系統(tǒng)的運行及改進[J].浙江電力,2007,(6).

［3］楊順虎，燃氣.蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2003.