燃氣輪機自清式過濾系統的運行和維護

陳大兵

(新疆克拉瑪依電廠，新疆克拉瑪依 834008)

環境大氣作為燃氣輪機的工質，對燃氣輪機的安全和經濟運行有非常重要的影響。空氣中的雜質顆粒如灰塵、無機鹽、油氣都會使壓氣機和透平葉片結垢、磨蝕、腐蝕，影響燃氣輪機出力和效率;進氣阻力高還直接影響燃氣輪機出力和效率。因此，燃氣輪機進氣過濾系統的運行維護，是燃氣輪機經濟和安全運行的首要保障。

進氣系統的影響主要體現在機組吸入空氣的質量對機組的影響。實驗表明20 μm的顆粒能引起葉片的明顯磨蝕，空氣中的油氣、工業廢氣、滑油系統中的油氣等會導致壓氣機葉片結垢。

壓氣機、透平葉片磨蝕、腐蝕、結垢所造成的危害表現在以下方面［1］:

1)壓氣機、透平葉片的磨蝕、腐蝕一方面會使葉片產生凹痕，增加表面粗糙度，產生疲勞裂紋，造成葉片斷裂;另一方面會使葉片表面耐高溫涂層脫落，在高溫條件下加速葉片的高溫蠕變，導致葉片強度降低或不到期斷裂。

2)壓氣機、透平葉片粗糙度增大以及葉片結垢還將會造成壓氣機空氣流量的降低，使得壓氣機效率下降，導致燃氣輪機機組的出力減低。實驗表明壓氣機空氣流量降低5%將會使機組功率下降13%，熱耗增加5.5%。

3)壓氣機葉片頂端的磨損，將導致葉片頂端與壓氣機殼體間隙增大，造成漏氣，導致機組功率下降，可以說這種性能衰退是不可修復的，也是不可避免的。要想延緩這種故障的出現，必須確保進入燃氣輪機的空氣質量，使用優質的空氣濾芯。

1 進氣過濾系統介紹

某電廠4臺燃氣輪機使用的都是帶有脈沖反吹系統的自清式過濾器，過濾元件為剛性濾筒，都是一級過濾系統。過濾元件材料有100%的聚酯纖維，也有木漿纖維和聚酯纖維混合的。其中#1燃氣輪機(PG6531B)、#2燃氣輪機(PG6551B)過濾器的布置采用立式懸吊安裝，每臺機組有416套過濾元件。立式懸吊安裝的進氣系統(見圖1)清灰效果好，但是占地面積大。

圖1 立式安裝的進氣系統圖

#3燃氣輪機(PG6581B)、#4燃氣輪機(PG6111FA)過濾器的布置采用臥式安裝，#3燃氣輪機有144套過濾元件，#4燃氣輪機有216套過濾元件。臥式安裝的進氣系統(見圖2)結構緊湊，但是上部濾芯吹出的灰塵會使下部濾芯二次污染，脈沖清灰效果減弱。

圖2 臥式安裝的進氣系統圖

脈沖反吹系統以壓氣機排氣為氣源，經過空氣處理單元的降溫和干燥處理，通過微處理器控制，根據壓差設定輪流反吹過濾器，吹掉積在過濾器表面的灰塵，減少過濾器阻力。此外由于壓氣機排氣溫度較高，在雨季還可以烘干濾芯，起到保護作用。自清式過濾器適用于沙漠、顆粒塵埃較多的地區，是一種比較理想的過濾裝置。

2 自清式過濾器的過濾機理

2.1 空氣過濾機理［2］

空氣中的塵埃粒子，或隨氣流作慣性運動，或作無規則運動，或受某種場力的作用而移動。當運動中的粒子撞到障礙物時，粒子與障礙物表面間的引力使它粘在障礙物上。過濾材料應能既有效地攔截塵埃粒子，又不對氣流形成過大的阻力。雜亂交織的纖維形成對粒子的無數道屏障，纖維間寬闊的空間允許氣流順利通過。圖3是過濾器內粉塵與過濾介質的電子顯微鏡照片，空氣中的粉塵就是靠范德華力粘在橫七豎八排列的過濾介質纖維上。纖維間的空隙就是空氣的流通空間。

圖3 粉塵與過濾介質的電子顯微鏡照片

2.2 自清式過濾器的工作過程

自清式過濾器的過濾筒上方的反吹噴頭為一個文氏管結構的元件，壓縮空氣的噴嘴位于文氏管的喉部，噴頭的型線和它的安裝位置經過專門設計實驗，使壓縮空氣通過文氏管擴壓后均勻的吹到濾筒的內壁，氣流繼續向外吹向過濾器表層。當濾材為強度高、密實的濾材時，大量粉塵在過濾器表面結痂，這種痂狀物俗稱“濾餅”。清吹的反向氣流將這些結成塊狀或片狀的粉塵在重力的作用下下落(結塊的灰塵有部分會被吹散，重新隨空氣進入)，進氣阻力就不會過快上升，過濾元件可以維持較長的使用壽命。

尤其是有些過濾器廠家在過濾元件外面有一層致密的表面層(見圖4)，把灰塵擋在表面層的效果更好，自清式反吹的效果也就更好。

圖4 自清式過濾器的工作過程示意圖

3 進氣過濾系統的運行

3.1 脈沖清洗系統的運行模式

采用進氣過濾器的脈沖清潔系統，當大氣中的空氣進入壓氣機進氣濾網時，顆粒集聚在過濾器介質外層，濾芯兩側的差壓增加。當達到最大差壓設定點時，差壓開關激活脈沖清潔系統運行。現場選擇開關可以選擇3種運行模式:

(1)手動模式，即當脈沖控制器處于這個位置時，脈沖控制器會激活閥門，連續吹掃。

(2)關斷模式，由于脈沖控制會禁用過濾器的自動清吹，可能會導致發出安全報警，甚至燃氣輪機停機，在燃氣輪機運行時不推薦使用該模式。

(3)自動模式，當燃氣輪機運行時推薦的正常位置。在這一模式下，只要位于控制屏上的差壓開關發出請求，過濾器可以自動清潔。在自動模式運行時，當進氣過濾裝置兩側的總差壓達到預設定的高值時，即啟動自動脈沖反吹。

3.2 自清式過濾系統的運行經驗

由于燃氣輪機運行時，從濾芯表面吹掉的灰塵會有一部分重新隨空氣進入濾芯，使自清吹的效果打折扣。因此，燃氣輪機在停機狀態下，將自清吹系統投到手動方式，清吹效果很好。因為在停機狀態下，空氣不流動，進氣系統不會產生壓差，自清吹在自動方式不起作用，必須打到手動方式清吹。

在比較特殊的大氣環境下，例如大風、暴雨、重霧或雨(雪)凇時要注意運行巡檢，及時清除粗濾網上的霜雪等。惡劣天氣結束后要仔細目視檢查濾芯的損壞或滲水情況，并及時予以更換。

對進氣過濾系統的監控主要是根據進氣過濾器的壓差、壓氣機排氣壓力和燃氣輪機的帶負荷能力綜合判斷。進氣過濾器的壓差上升表示過濾元件臟了，到了一定程度就要更換。但是有時候進氣過濾器質量差，擋不住灰塵，壓差并不上升，壓氣機排氣壓力和燃氣輪機的帶負荷能力明顯下降，這時候不但要對燃氣輪機進行水洗，還要更換進氣過濾器。

4 進氣過濾系統的維護

在燃氣輪機檢修期間，將運行濾芯拆下，用壓縮空氣進行濾芯的人工吹掃，能明顯的延長濾芯的運行壽命。需要注意的是，進行人工吹掃時要防止損壞濾芯，并保證濾芯內部不被污染，尤其要保證不能有大的顆粒在濾芯內部，以保證機組的運行安全。

燃氣輪機潤滑油箱的排油煙管線排放口(尤其是不帶油霧分離器的機組)要遠離燃氣輪機進氣口。如果油霧顆粒附著在空氣濾芯表面，隨著設備的運行，空氣中大量的塵埃就被粘在濾芯表面，堵塞著進氣孔，它造成機組的進氣阻力是不可逆的，即使反吹掃也無濟于事，影響比較大。某電廠的#2燃氣輪機就曾出現過該種情況，將排煙口改造后狀況明顯改善。

過濾器濾芯的清吹氣源有多種，可以利用電廠的壓縮空氣系統或是機組本身壓氣機的抽氣。許多機組用的是從壓氣機抽出的壓縮空氣，清吹空氣的壓力一般為0.6 MPa左右，其空氣量大約是燃氣輪機進口空氣量的千分之一，因此使用壓氣機的抽氣對壓氣機沒有太大影響，只是要在清吹系統上加裝一個穩壓罐。由于該空氣已經在壓氣機進氣口經高效過濾器過濾，潔凈程度很高，只需要降溫和干燥處理即可;而普通的壓縮空氣系統的潔凈程度要差一些，因此建議使用壓氣機的抽氣做清吹氣源。某電廠#3燃氣輪機的清吹氣源，原廠家采用的是螺桿壓縮機供氣方案。螺桿壓縮機供氣單元(進口設備)存在檢修維護費用高、油氣分離效果不好、夏天時經常排氣超溫跳機等缺點。改造為使用壓氣機的抽氣后，徹底消除了上述缺點，效果很好。

5 進氣過濾系統注意事項

1)自清式過濾元件有一圈螺旋型的膠珠(見圖5)，用于內側和外側篩孔與濾料之間的連接。需要將膠珠壓入到濾芯的篩孔中，這樣它可以與濾料進行有效地粘連。一些濾芯供應商沒有很好地執行這一工藝要求，螺旋型的膠珠沒有與濾料進行有效地粘接，一旦脫落進入進氣道，將有被吸入燃氣輪機的危險。采購時需要特別注意，安裝和維護時也要防止損壞。

圖5 自潔式過濾元件的螺旋型膠珠

2)一些濾芯元件供應商不提供最后一級濾芯用的墊圈，或提供墊圈但該墊圈材料無法保證氣密性。最后一級濾芯和濾芯殼架之間如果沒有墊圈，或墊圈不嚴密都將導致空氣走旁路直接進入進氣道。

3)自清式過濾器的濾筒與其相配合的噴嘴和文氏管是單個成套件，壓縮空氣的噴嘴位于文氏管的喉部，噴頭的型線和它的安裝位置經過專門設計實驗，使壓縮空氣通過文氏管擴壓后均勻地吹到濾筒的全部內壁，從而將積存在過濾器外部的灰塵吹掉。安裝時要嚴格保證他們的相對位置，不同型號的部件組合也不能隨便互換，選用過濾器要特別注意。

6 結語

燃氣輪機進氣過濾系統經過精心和科學地運行維護，在保證進氣質量的前提下，取得了比較長的運行壽命。進口的濾芯壽命一般在3年左右(24 000運行小時)，最長的達4年左右(32 000運行小時)，而一般燃氣輪機電廠的濾芯運行壽命1～2年;既保證了安全生產，又取得了較好的經濟效益。

［1］楊順虎.燃氣-蒸氣聯合循環發電設備及運行［M］.北京:中國電力出版社，2003:313-315.

［2］蔡杰.空氣過濾ABC［M］.北京:中國建筑工業出版社，2002:1-3.