朱晉杰

（北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰?，北?102209）

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)防霧霾技術(shù)研究

朱晉杰

（北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰荆本?102209）

介紹了燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的構(gòu)造及組成，分析了進(jìn)氣過濾系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)惡劣天氣的原因，提出了將粗效過濾器G3布置在防凍倉(cāng)內(nèi)、增加中效過濾器M5等優(yōu)化改造方案，并計(jì)算了優(yōu)化改造后第1年的凈收益。該優(yōu)化改造方案能夠有效降低進(jìn)氣系統(tǒng)總壓差上升速度，減少進(jìn)氣系統(tǒng)維護(hù)工作量及成本，延長(zhǎng)精濾筒使用壽命，提高機(jī)組對(duì)惡劣天氣的適應(yīng)力，增強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，增加機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益，值得在類似燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化改造中推廣與應(yīng)用。

燃?xì)廨啓C(jī)；進(jìn)氣過濾系統(tǒng)；優(yōu)化改造方案；經(jīng)濟(jì)效益

0 引言

某燃?xì)饫洹?、電三?lián)供電廠所在地為北京市昌平區(qū)。近年來，該地區(qū)每年清明節(jié)前后沙塵暴較嚴(yán)重，4，5月份空氣中柳絮含量極高，秋冬季長(zhǎng)期為霧霾天，空氣含塵量高。環(huán)境大氣作為燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)，影響著燃?xì)廨啓C(jī)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，空氣含塵量高會(huì)使燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)過濾器壓差快速升高，降低燃?xì)廨啓C(jī)的效率與功率，造成機(jī)組被迫下調(diào)負(fù)荷或停機(jī)［1-2］。對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)過濾器進(jìn)行改造，使燃?xì)廨啓C(jī)在惡劣氣候條件下能夠正常運(yùn)行是十分必要的，否則，既影響燃?xì)廨啓C(jī)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行，又影響電廠供冷、供熱。

1 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)概述

燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組為1套300 MW級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)抽汽供熱發(fā)電機(jī)組，配置1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、1臺(tái)余熱鍋爐、1臺(tái)蒸汽輪機(jī)以及2臺(tái)發(fā)電機(jī)，布置形式為多軸布置。燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)為SGT5-2000E（V94.2），最大發(fā)電出力為168MW（采用西門子公司技術(shù)，由上海汽輪機(jī)有限公司制造）。按照西門子公司9E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)典型布置，其燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)布置在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)房屋頂，其作用是過濾空氣中塵土、初步分離空氣中液滴，并將過濾后的潔凈空氣供應(yīng)至燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)，以維持燃?xì)廨啓C(jī)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行［3］。該套進(jìn)氣過濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)為2級(jí)：第1級(jí)為防凍倉(cāng)，從外到內(nèi)依次為風(fēng)雨防護(hù)罩、防柳絮網(wǎng)、防冰凍系統(tǒng)和折板除霧器；第2級(jí)為過濾器倉(cāng)，含粗濾層和精濾層，其中粗濾為凝聚式玻璃纖維材料，過濾等級(jí)為G3／G4［4］，共504塊，精濾為1個(gè)圓柱筒和1個(gè)圓錐筒組裝式濾芯，過濾等級(jí)為F9［4］，共616套。精濾帶脈沖反吹自清潔系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與手動(dòng)控制。

2 問題研究及分析

＃1燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組自2014年7月初完成96 h滿負(fù)荷試運(yùn)行，轉(zhuǎn)生產(chǎn)后一直運(yùn)行到9月初機(jī)組停備，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)F9級(jí)精過濾器初始?jí)翰顝?80Pa逐漸升至510Pa。運(yùn)行期間進(jìn)行了階段性反吹，效果不明顯。9月底再次啟動(dòng)，機(jī)組達(dá)到滿負(fù)荷后，精過濾器壓差在大氣濕度為75%時(shí)達(dá)到570Pa，濕度為98%時(shí)達(dá)到890 Pa。在此期間，對(duì)G3級(jí)粗濾網(wǎng)進(jìn)行更換，由于空氣質(zhì)量差，平均20多d更換一次粗濾網(wǎng)。同北京類似電廠的精過濾器使用情況進(jìn)行比較，精過濾器壓差上升速度較快，粗濾網(wǎng)更換頻率高，且在精濾筒進(jìn)行脈沖反吹時(shí)，整個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)會(huì)有一定的振動(dòng)，部分濾網(wǎng)會(huì)脫離安裝位置，造成進(jìn)氣短路，無(wú)法過濾空氣。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，進(jìn)氣過濾系統(tǒng)粗濾網(wǎng)的內(nèi)部吸附有大量的灰塵，并在表面板結(jié)，從而導(dǎo)致粗濾壓差高并超過最大允許值；精濾筒的表面也有較大顆粒的灰塵，黏附在精濾筒紙質(zhì)材料表面，個(gè)別精濾筒表面還有粗濾的玻璃纖維殘留。以上情況表明燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在問題，無(wú)法適應(yīng)北京霧霾、風(fēng)沙、雨雪等惡劣環(huán)境，機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有待提高。具體問題有以下幾點(diǎn)。

（1）進(jìn)氣系統(tǒng)粗濾網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理。燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)進(jìn)氣中所含的污染物濃度及顆粒物粒徑要求嚴(yán)格［5］。濾網(wǎng)作為燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)給壓氣機(jī)提供過濾的清潔空氣，以滿足燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行要求，在整個(gè)機(jī)組中起著至關(guān)重要的作用［6］。燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)粗濾網(wǎng)構(gòu)造分為可拆卸部分與不可拆卸部分，可拆卸部件包括凝聚式玻璃纖維、不銹鋼絲夾持網(wǎng)、不銹鋼壓緊網(wǎng)，不可拆卸部件包括固定網(wǎng)、固定不銹鋼框架，如圖1所示。安裝時(shí)，首先將凝聚式玻璃纖維塊裝入不銹鋼絲夾持網(wǎng)，然后將夾有玻璃纖維塊的不銹鋼絲夾持網(wǎng)裝入不銹鋼框架里，并壓緊到帶有鉤釘?shù)墓潭ňW(wǎng)上，最后裝上壓緊網(wǎng)。粗濾網(wǎng)靠不銹鋼絲夾持網(wǎng)及不銹鋼壓緊網(wǎng)的彈性變形卡固定在不銹鋼框架內(nèi)。為防止粗濾網(wǎng)在運(yùn)行中脫離安裝位置，造成進(jìn)氣短路，需將固定網(wǎng)上的鉤釘折彎，鉤住壓緊網(wǎng)。拆卸工作為上述逆過程。

圖1 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)粗濾網(wǎng)構(gòu)造

該結(jié)構(gòu)存在以下缺點(diǎn)。

1）機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，凝聚式玻璃纖維需不斷進(jìn)行更換，固定網(wǎng)上的鉤釘也需不斷進(jìn)行折彎、扳直操作，反復(fù)操作后金屬鉤釘易斷裂。

2）粗濾網(wǎng)與固定框架之間的間隙在反吹過程中會(huì)有變大的可能。更換粗濾網(wǎng)時(shí)，氣流會(huì)將粗濾中的灰塵吹向精濾筒，污染精濾筒。更換后的粗濾不能完全杜絕氣流短路的現(xiàn)象發(fā)生，仍會(huì)有未經(jīng)過濾的空氣流向精濾筒，直接影響精濾筒的壽命。

3）整個(gè)安裝與拆卸操作過于復(fù)雜，更換粗濾網(wǎng)工作量大，作業(yè)人員如防護(hù)不當(dāng)，極易將灰塵吸入身體，造成人身傷害。

（2）北京早晚空氣濕度較大，最大可達(dá)到98%。因空氣過濾器在空氣濕度較大情況下的工作性能與空氣干燥時(shí)有較大區(qū)別，所以精濾筒的壓差對(duì)濕度比較敏感［7］。空氣干燥時(shí)，經(jīng)G3／G4級(jí)粗濾過濾后的小粒徑灰塵隨著機(jī)組的運(yùn)行會(huì)吸附在精濾筒濾紙表面，但通過脈沖反吹，可將其從濾筒表面吹離，起到一定的反吹作用。而空氣濕度較大時(shí)，小粒徑灰塵會(huì)與空氣中的水汽混合，黏附在精濾筒濾紙表面（如圖2所示），此時(shí)脈沖反吹不易將其吹落，無(wú)法達(dá)到預(yù)期目的。經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行，精濾筒表面的灰塵會(huì)不斷累積，進(jìn)而導(dǎo)致壓差過快升高。

圖2 黏附了灰塵的精濾筒

（3）燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)原設(shè)計(jì)為粗效過濾器G3與高中效過濾器F9組合，兩者的精度等級(jí)相差較大，不是最優(yōu)的過濾方案。

3 進(jìn)氣過濾系統(tǒng)優(yōu)化方案及應(yīng)用

進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化與應(yīng)用具有以下基礎(chǔ)條件：降低燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)總壓差上升速度，提高機(jī)組運(yùn)行效率；在燃?xì)廨啓C(jī)不停機(jī)、不降低負(fù)荷的情況下，快捷、方便地在線更換，降低維護(hù)工作量及成本；精濾筒的造價(jià)及更換費(fèi)用高，需對(duì)其進(jìn)行有效保護(hù)，以延長(zhǎng)使用壽命；機(jī)組進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)定型，機(jī)組檢修時(shí)間短，必須根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。

根據(jù)分析的原因，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，增加1層M5級(jí)中效過濾器。將原設(shè)計(jì)的粗效過濾器G3+高中效過濾器F9優(yōu)化為粗效過濾器G3+中效過濾器M5+高中效過濾器F9。具體步驟如下。

（1）原有粗效過濾器G3布置在進(jìn)氣系統(tǒng)的過濾器倉(cāng)內(nèi)，緊貼在折板除霧器后安裝。優(yōu)化方案將其布置于防凍倉(cāng)內(nèi)，在折板除霧器前安裝。使用不銹鋼網(wǎng)格將G3凝聚式玻璃纖維氈固定在進(jìn)氣系統(tǒng)折板除霧器前的模架上。單塊面積是原來的2倍多，數(shù)量由原來的504塊變?yōu)?24塊。日常更換時(shí)僅需將舊的凝聚式玻璃纖維氈卷起即可拆除，將新的凝聚式玻璃纖維氈卷成柱狀，展開端先與固定框一側(cè)對(duì)齊，然后逐步展開使其填充在固定框內(nèi)即可完成安裝，大大減少了更換工作量。同時(shí)，固定框架設(shè)有防水槽，下雨天及空氣濕度較大時(shí)，凝聚的水可以通過防水槽流入折板除霧器的排污管中排走。經(jīng)優(yōu)化的G3級(jí)粗濾網(wǎng)如圖3所示。

圖3 經(jīng)優(yōu)化的G3級(jí)粗濾網(wǎng)

（2）在原有粗效過濾器G3的位置處布置中效過濾器M5。該級(jí)過濾器可選方案有2種，方案1為采用折疊式框架結(jié)構(gòu)，將2000mm×560mm×50mm（長(zhǎng)×寬×厚）的玻璃纖維折疊好，并用金屬骨架固定在1個(gè)不銹鋼框架內(nèi)，進(jìn)風(fēng)過濾面積約為單片粗濾的3倍，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行風(fēng)阻測(cè)試，初始?jí)翰顑H為90Pa，單個(gè)粗濾框的容塵量約為單片粗濾的2倍，延長(zhǎng)了粗濾的更換周期。方案2為采用鋁合金外框的玻璃纖維袋式過濾器，規(guī)格為525mm×560mm× 400mm（長(zhǎng)×寬×深），其通風(fēng)過濾面積為單片粗濾的10倍以上，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行風(fēng)阻測(cè)試，初始?jí)翰顑H為50Pa，其更換周期更長(zhǎng)。綜合比較2種方案，后者更優(yōu)。中效過濾器的固定采用導(dǎo)槽形式，即在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上焊接不銹鋼導(dǎo)槽，導(dǎo)槽與原結(jié)構(gòu)間的縫隙用密封膠密封，玻璃纖維袋式過濾器的鋁合金外框與導(dǎo)槽間用聚乙烯（PE）密封條密封。該方式可有效防止空氣流短路，避免未經(jīng)過濾的空氣流向精濾，對(duì)精濾筒能可靠保護(hù)。由于是導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)，更換時(shí)僅需將鋁合金外框滑進(jìn)、滑出即可，減少了更換的工作量。經(jīng)優(yōu)化的M5級(jí)鋁合金外框的玻璃纖維袋式過濾器如圖4所示。

（3）將增加的1層M5級(jí)袋式粗濾布置于折板除霧器后面，遇到霧霾、雨雪、潮濕天氣時(shí)，前面的G3級(jí)粗濾及折板除霧器會(huì)過濾掉大部分的水汽與灰塵，對(duì)其產(chǎn)生很好的保護(hù)作用，從而提高其使用壽命。

（4）優(yōu)化后的G3級(jí)粗濾是進(jìn)氣系統(tǒng)的第1級(jí)過濾，因此更換頻率較高。在線更換時(shí)，只需將其卷起即可拆除，操作過程中僅有極少量灰塵被吹落。被吹落的灰塵會(huì)被后面的M5級(jí)袋式濾網(wǎng)過濾，從而完全杜絕了更換粗濾時(shí)對(duì)精濾筒造成污染。更換G3級(jí)粗濾時(shí)，操作人員在氣流的上方，從根源上杜絕了更換粗濾時(shí)灰塵對(duì)操作人員身體的傷害。

圖4 經(jīng)優(yōu)化的M5級(jí)鋁合金外框的玻璃纖維袋式過濾器

（5）優(yōu)化后的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的總壓差較優(yōu)化之前增加1個(gè)M5級(jí)袋式濾網(wǎng)產(chǎn)生的初始?jí)翰?0Pa，僅占進(jìn)氣過濾系統(tǒng)壓差報(bào)警值1.3 kPa的3.8%。由于優(yōu)化改造過濾系統(tǒng)可以有效地保護(hù)精濾筒，提高精濾筒的壽命，從而降低了進(jìn)氣系統(tǒng)總壓差的上升速率，使燃?xì)廨啓C(jī)能較長(zhǎng)時(shí)間在低進(jìn)氣壓差的階段運(yùn)行，提高了機(jī)組的效率。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

1套F9級(jí)精過濾筒的價(jià)格約為180萬(wàn)元，1套M5級(jí)袋式濾網(wǎng)的價(jià)格約為11萬(wàn)元，整個(gè)優(yōu)化改造費(fèi)用約30萬(wàn)元。

（1）按精過濾筒壽命延長(zhǎng)1／3計(jì)算，可得收益為180×1／3＝60（萬(wàn)元），如在壽命延長(zhǎng)后的整個(gè)精濾筒壽命期內(nèi)更換4套M5級(jí)袋式濾網(wǎng)，費(fèi)用為11×4＝44（萬(wàn)元），收益為60-44＝16（萬(wàn)元）。

（2）減少更換濾網(wǎng)的工作量。優(yōu)化前，更換1次504塊G3級(jí)粗濾網(wǎng)的工作量約為50人工日，優(yōu)化改造后更換1次224塊G3級(jí)粗濾網(wǎng)的工作量約為15人工日。機(jī)組年發(fā)電時(shí)間按300 d計(jì)算，G3級(jí)粗濾網(wǎng)的更換周期按20 d計(jì)算，年更換次數(shù)為15次，人工費(fèi)按每天0.04萬(wàn)元／人計(jì)算，則可節(jié)約人工費(fèi)（50-15）×0.04×15＝21（萬(wàn)元）。

（3）優(yōu)化改造后，進(jìn)氣系統(tǒng)總平均壓差按降低400Pa計(jì)算。根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)壓差與效率曲線，壓差與發(fā)電系數(shù)為線性關(guān)系。現(xiàn)取2點(diǎn)讀數(shù)：壓差為400Pa時(shí)發(fā)電系數(shù)為0.994，壓差為800 Pa時(shí)發(fā)電系數(shù)為0.988，即400 Pa的壓差會(huì)導(dǎo)致發(fā)電系數(shù)變化0.006。按機(jī)組年發(fā)電量6.1億kW·h，電價(jià)0.8元／（kW·h）計(jì)算，可提高年經(jīng)濟(jì)效益［6.1×108×（0.994-0.988）×8］÷10 000＝292.8（萬(wàn)元）。

優(yōu)化改造后第1年的凈收益為16+21+292.8-30＝299.8（萬(wàn)元）。

5 結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化改造燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)，能夠有效延緩進(jìn)氣系統(tǒng)總壓差上升時(shí)間，減少粗濾網(wǎng)更換、維護(hù)工作量，避免了更換時(shí)對(duì)作業(yè)人員身體的傷害；能夠保護(hù)精濾筒，延長(zhǎng)其使用壽命；可以增強(qiáng)機(jī)組對(duì)霧霾、風(fēng)沙、雨雪、柳絮等惡劣天氣的適應(yīng)力，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性；還可以提高燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組發(fā)電效率因數(shù)，增加機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益。

［1］陳大兵.燃?xì)廨啓C(jī)自清式過濾系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2014，27（2）：58-61.

［2］陳堅(jiān)紅，程元，盛德仁，等.燃?xì)廨啓C(jī)濾網(wǎng)更換周期優(yōu)化決策模型研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，34（20）：3302-3307.

［3］謝亞軍.燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的改造［J］.華電技術(shù)，2013，35（7）：64-65.

［4］EN 779—2012一般通風(fēng)用空氣顆粒過濾器過濾性能測(cè)定［S］.

［5］宋子義.進(jìn)氣清潔度對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)影響分析［J］.設(shè)備管理與維修，2007（12）：16-17.

［6］徐楊鋒.燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)濾網(wǎng)壓差高的原因及對(duì)策［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（23）：80.

［7］BREKKE O.Performance deterioration of intake air filters for gas turbines in offshore installations［C］.Proceedings of the ASME Turbo Expo，Glasgow，UK，2010：685-694.

（本文責(zé)編：弋洋）

TK 474.7

B

1674-1951（2015）07-0062-03

朱晉杰（1983—），男，山西忻州人，助理工程師，從事電力建設(shè)、設(shè)備管理、維護(hù)方面的工作（E-mail：skdjfo＠163.com）。

2015-01-13；

2015-06-18