燃氣輪機部件壽命和性能的影響因素

郭明威 大慶油田電力集團燃機電廠

燃氣輪機部件壽命和性能的影響因素

郭明威 大慶油田電力集團燃機電廠

天然氣對于透平來說是最佳燃料。但如果天然氣里有凝結的液體碳氫化合物（輕烴），并進入燃氣輪機的燃料系統，將造成高溫煙氣通道部件壽命的減少。對于易積灰的燃料，其處理和調節系統比較復雜，因為其工藝步驟要求去除或控制其特有的微量金屬雜質，尤其是對鈉和釩要特別注意。維修次數和運行費用受透平吸入的空氣質量的影響。一般來說，壓氣機工作環境的惡化是燃氣輪機功率和效率降低的主要原因。可以通過壓氣機清洗來保持壓氣機的效率，其他措施還包括維護進口過濾系統以及周期性檢查和及時修理壓氣機葉片。

燃氣輪機；高溫通道；運行因素；環境

1 燃料類型的影響

在燃氣輪機工業應用中，天然氣以其最低的輻射能、極少的雜質含量而一直作為傳統的燃料，但由于天然氣在供應及價格上的缺點使它的應用受到限制。天然氣對于透平來說是最佳燃料。但如果天然氣里有凝結的液體碳氫化合物（輕烴），并進入燃氣輪機的燃料系統，將造成高溫煙氣通道部件壽命的減少。如果碳氫化合物被帶進的數量非常小還可以承受，但是在極端的情況下，帶進的液體碳氫化合物會使高溫煙氣通道的硬件暴露在極端的過高溫度條件下，并明顯地減少高溫煙氣通道部件的壽命和修理間隔期。

燃料油在使用前必須經過處理，即使是純輕油也需要處理，以去除經油罐沉淀系統未消除的臟污和裝運過程中帶入的雜質。使用未經檢查和處理的臟燃油可能導致燃氣輪機的巨大損傷。過濾器是最常用的裝置，如果燃油遭海水污染，需使用離心或靜電除鹽器以去除鈉。

對于易積灰的燃料，其處理和調節系統比較復雜，因為其工藝步驟要求去除或控制其特有的微量金屬雜質，尤其是對鈉和釩要特別注意。

2 啟動頻率的影響

燃氣輪機啟動速度快的特點，使其非常適合作為調峰機組。每一次啟動、停機都使其高溫部件經歷一次大的熱循環。雖然控制系統控制著火點、升溫、甩負荷等運行曲線能使燃氣輪機的熱效應達到最小，但一臺需要頻繁啟動和停機的燃氣輪機的零件壽命明顯要比連續工作的同樣機組零件壽命短。

3 負荷影響

在尖峰負荷下運行，由于較高運行溫度要求更頻繁的維修和置換高溫煙氣通道的部件。對尖峰負荷運行的負效應，可以用部分負荷運行來平衡。減少負荷不一定意味著永遠是降低燃燒溫度，在余熱應用時，燃燒溫度并不降低，除非負荷降低到額定功率的80%以下。

高溫通道部件的壽命在不同模式運行時受到不同的影響。從滿負荷跳閘甩負荷對部件壽命的影響相當于8次正常啟、停循環操作。這是因為在葉片和噴嘴處產生熱應力，較高的應力意味著很少的幾次循環就會產生裂紋。

4 環境影響

維修次數和運行費用受透平吸入的空氣質量的影響。除了空氣中的雜質對高溫煙氣通道部件有損害外，灰塵、鹽和油等雜質也能對壓氣機葉片引起腐蝕和結垢。超細污垢顆粒進入壓氣機以及吸入油汽、煙、海鹽和工業排氣都導致結垢。壓氣機葉片的腐蝕使葉片表面產生凹痕，它不僅增加了表面粗糙度，也成為產生疲勞裂紋的潛在部位。這些表面粗糙度和葉片外形變化會降低空氣流量和壓氣機效率，同樣導致降低燃氣輪機的功率和總熱效率。

一般來說，壓氣機工作環境的惡化是燃氣輪機功率和效率降低的主要原因。由于壓氣機葉片結垢而引起的可恢復的損失占性能損失的75%至85%。壓氣機的結垢使空氣流量減少5%時，會降低出力13%并增加熱耗5.5%。可以通過壓氣機清洗來保持壓氣機的效率，其他措施還包括維護進口過濾系統以及周期性檢查和及時修理壓氣機葉片。

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.047