汪重陽 趙占偉 杜威 魏繼光

摘 要：【目的】為提高燃氣輪機的工作性能和可靠性，保證燃機進口空氣的質量和純度，因此，需要對燃機進氣系統(tǒng)加以研究?！痉椒ā恳晕鏖T子SGT-700燃氣輪機為例，對燃機進氣系統(tǒng)進行簡要介紹，并對可能發(fā)生的一些故障進行剖析，提出燃機進氣系統(tǒng)的操作和檢修方法?！窘Y果】分析結果表明，采用脈沖反吹方法對燃機進氣系統(tǒng)進行吹掃，可以提高整體的過濾效率，確保高效過濾器的使用壽命，并有效防止進氣系統(tǒng)結冰。【結論】燃機進氣系統(tǒng)需要尋求與之相匹配的運行與控制方法，以確保燃氣輪機在使用過程中的高效、安全、穩(wěn)定運行，并降低運行成本，提高設備運行效率。

關鍵詞：燃氣輪機；進氣系統(tǒng)；操作檢修方法

中圖分類號：TK11? ? ?文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1003-5168（2024）05-0024-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.05.005

Analysis on Operation and Maintenance of SGT-700 Gas Turbine

Intake System

WANG Chongyang1 ZHAO Zhanwei1 DU Wei1 WEI Jiguang2

（1. China Resources Power Zhengzhou Airport Smart Energy Co.， Ltd.， Zhengzhou 451162，China;

2.Henan China Resources Power Shouyangshan Co.， Ltd.， Luoyang 471000，China）

Abstract： [Purposes] In order to improve the performance and reliability of gas turbines， it is necessary to ensure the quality and purity of the inlet air of the gas turbine. Therefore， it is necessary to study the intake system of the gas turbine. [Methods] Taking Siemens SGT-700 gas turbine as an example， a brief introduction is given to the intake system of the gas turbine， and some possible faults are analyzed. The operation and maintenance methods of the intake system of the gas turbine are proposed. [Findings] The example analysis results show that using the pulse back blowing method to purge the intake system of the gas turbine can improve the overall filtration efficiency， ensure the service life of the high efficiency filter， and effectively prevent the icing of the intake system. [Conclusions] The gas turbine intake system needs to seek matching operation and control methods to ensure the efficient， safe， and stable operation of the gas turbine during use， reduce operating costs， and effectively improve equipment operating efficiency.

Keywords： gas turbine; air intake system; operation and maintenance methods

0 引言

鄭州市某區(qū)域型燃氣分布式能源電站安裝兩套配置SGT-700燃機的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，在機組性能保證工況下，100%負荷時燃氣輪機發(fā)電機組的出力 P=31.452 MW，每小時耗氣量F=9 299 m3/h。由于項目廠址緊鄰京港澳高速公路、華夏大道等快速路，且京廣鐵路從廠區(qū)西側通過，導致廠區(qū)附近的空氣中充滿了各種懸浮物，如果這些雜質不能很好地過濾，那么隨著燃機的不斷運行，氣體中含有的雜質將黏附在壓氣機葉片表面，生成大量的污垢層［1-3］。

在壓氣機中，沉積物的積垢，會對壓氣機的氣動特性造成影響，從而影響壓氣機的壓比、效率和流量，進一步對機組的輸出功率、效率、升負荷率產生影響［4-6］。為減少壓氣機葉片積垢，提高聯(lián)合循環(huán)機組效率，需要在燃機的壓氣機進口上安裝進氣濾網。隨著燃機運行時間的增加，燃機進氣口過濾單元會出現(xiàn)更大的壓力差，一旦運行到極限必須及時更換進氣過濾器。

基于此，本研究以西門子工業(yè)型SGT-700燃氣輪機為例，詳細分析了該燃氣輪機的進氣系統(tǒng)，并在現(xiàn)有系統(tǒng)結構的基礎上，對燃氣輪機的運行和維護進行探討，以便為同類型分布式能源電站的節(jié)能減排工作提供新的思路。

1 SGT-700燃氣輪機進氣系統(tǒng)簡介

1.1 進氣系統(tǒng)的配置

SGT-700工業(yè)型燃機在進氣系統(tǒng)中配備了空氣過濾系統(tǒng)，旨在對空氣進入壓氣機進氣口前進行凈化。根據該項目所在地歷年空氣質量指數(shù)，結合西門子SGT-700燃機壓氣機透平對進氣潔凈度的要求，本項目燃機進氣系統(tǒng)配置兩級過濾。第一級采用F7級脈沖反吹自清潔式中效濾芯，第二級采用E10級靜態(tài)高效濾芯。F7中效濾芯主要負責濾除空氣中較大粒徑的懸浮物（0.4 ?m），E10高效率濾芯主要負責濾除（0.12～0.25 ?m）的懸浮物。中效濾芯搭配高效濾芯不僅可以提高整體的過濾效率并且能夠確保高效過濾器的使用壽命。反吹系統(tǒng)的使用可以進一步延長中效濾芯和高效濾芯的使用壽命，從而降低進氣系統(tǒng)的使用維護成本。

燃氣輪機進氣系統(tǒng)兩級濾芯都配備有壓差傳感器來測量濾芯前后壓差，進而得到濾芯處的積垢堵塞情況。如圖 1 所示，在進氣系統(tǒng)壓差傳感器PID圖中，1號和 2 號壓差傳感器分別用來測得大氣壓力與第 1 級和第 2級濾芯后的壓差，3 號壓差傳感器測得第 1 級濾芯后（第 2 級濾芯前）至第 2 級濾芯后的壓差。壓差信號源傳至控制系統(tǒng)后，在壓差信號達到設定值時相應的人機交互界面（HMI）會給出報警提示，并啟動脈沖反吹系統(tǒng)對第 1 級濾芯進行吹掃。

進氣脈沖反吹系統(tǒng)如圖2所示。氣源來自壓縮空氣，壓縮空氣經過總管的控制閥后被分配到各個歧管，經歧管的控制閥后最終分配到各個濾芯后的噴嘴。在脈沖反吹自清潔進行時，高壓氣流從濾芯后方向前噴出，將濾芯表面的積灰吹除，同時除灰風門打開，將吹除的灰垢排出進氣系統(tǒng)。控制閥的開閉受控制系統(tǒng)控制，與濾芯前后壓差傳感器聯(lián)鎖。

1.2 進氣系統(tǒng)降噪

機組的降噪設計是一個整體的系統(tǒng)工程，同時也是機組 EHS 設計中的重要一環(huán)。燃氣輪機核心部分由箱體罩殼包覆，其運行中產生的噪聲通過箱體罩殼與外界隔離。為了防止機組噪聲通過壓氣機進氣口向外傳出，并降低進氣風道內的氣流噪聲，可在進氣過濾系統(tǒng)和燃氣輪機箱體罩殼之間的連接風道上還設置有消聲器，如圖 3 所示。

進氣消聲器作為進氣風道的一部分，內部安裝有降噪隔板，降噪隔板內部為吸音棉，外部采用金屬板包覆。同時消聲器殼體內表面還有隔噪層，防止噪聲傳至外部，具體如圖 4 所示。

進氣系統(tǒng)的截面積選擇也是噪音控制中的重要一項。SGT-700 進氣系統(tǒng)的截面積選擇使得流經的氣流流速較低，進而在流過過濾器時能獲得更好的過濾效果，同時也降低了氣流噪聲。進氣系統(tǒng)的降噪處理配合機組罩殼的隔音作用，以及對各個輔機系統(tǒng)噪音的嚴格要求，使得機組在正常運行時滿足 ≤85 dBA 的噪音控制要求。

1.3 進氣系統(tǒng)防冰

進氣系統(tǒng)結冰會造成進氣阻塞，影響燃氣輪機正常運行，因此進氣系統(tǒng)設計中都會對防結冰進行著重考慮。水汽凝結成冰有三個必要條件：一是氣溫足夠低，低于濕空氣中水汽分壓對應的冰點；二是空氣濕度足夠大，分壓足夠高；三是存在水汽凝結的附著物［7］。只有以上三個必要條件同時滿足時，空氣中的水汽才有在進氣濾芯表面凝結成冰的可能性。進氣系統(tǒng)防止結冰通常采用以下兩種方案。

一是采用熱源對進入進氣系統(tǒng)的空氣進行加熱（IBH），使空氣高于水汽冰點。這一方案主要用在采用全靜態(tài)濾芯的進氣系統(tǒng)，加熱熱源根據不同的燃氣輪機設計采用壓氣機抽氣或外部熱源的方法。采用壓氣機抽氣方案是從壓氣機抽出一定量具有一定壓力和溫度的空氣通入進氣過濾器前部與進入的新鮮空氣混合以提升溫度。這一方案增加了抽出用于加熱空氣的流阻損失，增大了燃氣輪機的內部功耗，造成了一定程度的性能影響。如果燃氣輪機無抽氣功能，采用外部熱源作為防冰加熱的方法，機組的損失將會更大。此時，加熱熱源一般來自余熱鍋爐末段的熱水模塊，對聯(lián)合循環(huán)性能和蒸汽產量存在一定影響，同時進氣溫度的升高也會造成燃氣輪機出力的下降。另外系統(tǒng)中需要增加熱水循環(huán)管路、增壓泵和布置于進氣系統(tǒng)中的熱水盤管，增加了機組的運行維護成本。

二是采用脈沖反吹自清潔式進氣系統(tǒng)。脈沖反吹自清潔式進氣系統(tǒng)可在不增加額外部件和成本的同時消除進氣系統(tǒng)結冰的風險。在空氣濕度足夠大，溫度足夠低時，如果水汽在濾芯表面出現(xiàn)凝結，隨著水滴的增大，濾芯的壓損逐漸提高，在達到設定值時，脈沖反吹系統(tǒng)自動啟動對濾芯表面的水滴進行吹除，起到防止濾芯表面結冰的功能。相較前一種方案，這一方案在不影響運行效率、不降低機組出力的同時達到了防止結冰的目的，同時對燃氣輪機進氣溫度沒有影響，不需要聯(lián)合循環(huán)提供額外熱源，對機組性能的影響達到最小，西門子SGT-700燃氣輪機即采用該方案。

2 燃機進氣系統(tǒng)運行故障分析

2.1 進氣口及壓氣機葉片污染

在燃機進口濾網壓差持續(xù)增大的同時，將造成濾網后的全部進氣通道污染，進而使壓氣機進氣口、進口導葉（IGV）和壓氣機各葉片上的污垢逐漸增多。同時，這些污垢還將不同程度地加劇對燃機透平葉片的機械和化學腐蝕，從而影響工作安全。

2.2 進氣過濾系統(tǒng)故障

在壓氣機中，由于壓氣機進氣通道和葉片的污染，從而造成壓氣機空氣動力學特性的改變，使整個壓氣機的通流面積減小，進而導致壓氣機各級之間壓縮效率下降，造成機組能耗的增加［8］。針對SGT-700工業(yè)型燃氣輪機而言，若壓氣機進口壓力過大，會造成壓氣機“喘振”，嚴重威脅燃氣輪組的正常運行。同時，大氣中存在的多種有機、無機微粒等，由于高溫作用會在燃機過流區(qū)發(fā)生結垢、侵蝕，造成透平葉片的冷卻孔洞阻塞，降低了冷卻效率，極易導致金屬超溫。

3 燃機進氣系統(tǒng)維護措施

3.1 針對性選擇進氣濾芯及品牌

我國燃氣分布式能源電站分布廣泛，其所處的地域環(huán)境也各不相同。對于不同電站，在不同的氣象條件下，應進行有針對性的設計，并根據實際情況選擇合適的空氣過濾系統(tǒng)與進氣過濾器，同時針對過濾材料進行相應的選擇。

其中，燃氣輪機進氣系統(tǒng)規(guī)模龐大，在燃機運行中，進氣過濾問題很多，但過濾器的選擇直接關系到機組的運行穩(wěn)定性。相較于南方調峰機組來說，北方的采暖供熱機組，為保證機組的長期安全、高效（在供熱期間不能停機），過濾器選擇更為復雜。因此，滿足過濾等級越高、容塵容量越大、過濾初段壓差低、上升曲線較平緩的精細過濾器，應優(yōu)先選用。

粗效過濾器可以在線更換，但是在更換時，如果將過濾器拆裝，會造成精細過濾器的二次污染，因此在選擇粗過濾器的時候，在確保過濾精度的情況下，應選擇具備更大的容塵容量和更長使用壽命的粗效過濾器。

3.2 改善進氣過濾器周圍環(huán)境

在進氣過濾器中，空氣中含有的大量雜質，會對燃機運行產生很大的影響，因此要保證周圍的環(huán)境質量。針對鄭州當?shù)亓?、楊絮、風沙比較多，存在夏天多雨、冬日多雪和日常霧霾天氣，以及環(huán)境濕度相對較高等天氣因素，需要及時清理進氣濾室周圍環(huán)境，才能有效延長進氣過濾器的使用壽命。

如有必要，可在進氣道四周設置可移動的腳手架，在春、夏季節(jié)增設密眼網，以阻擋較大顆粒的雜質，冬季應及時清除積存的冰塊。西門子 SGT-700工業(yè)型燃氣輪機進氣系統(tǒng)綜合考慮了進氣過濾效果、降噪和防結冰要求，采用脈沖反吹自清潔式進氣方案，該方案成熟可靠，已廣泛應用于位于全世界各地各種地理環(huán)境的SGT-700機組上，得到了實際運行的長期驗證。

3.3 加強日常運行監(jiān)視

對于燃機進氣系統(tǒng)的操作，應加大巡視力度，當過濾器的差壓超過一定范圍時，必須停機更換過濾器，因過濾器是有一定的周期性，同時必須對壓差進行詳盡的記錄。通過定期檢查進氣過濾器的壓差，對比、觀察和計算其變化來判斷過濾器是否超壓，以便事先購買濾清器元件。

4 結語

本研究通過對SGT-700工業(yè)型燃機進氣系統(tǒng)配置及運行維護進行分析，為日常系統(tǒng)維護及故障處理提供了一定思路。今后，燃氣分布式能源電站還需要尋求與之相匹配的運行與控制方法，以降低運行成本，提高設備運行效率，增加經濟效益。

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