燃機進氣系統的運行和維護

沈明亮 種苗奇

摘 要：燃氣輪機的工質為空氣與燃氣，提高燃機運行性能以及可靠性的前提條件是進口空氣的質量與純凈度，當因冬季結霜或者污垢堵塞了燃機的進口空氣濾網時，便會在很大程度上增加了進氣的壓力損失。降低了燃機的進氣壓力后，當確保燃機循環處于最高的壓力狀況不變時，便會隨之增加壓氣機的比功，在這個狀態下出力將會更多地消耗于帶動壓氣機，最終便會在一定程度上降低燃機功率與效率。除此之外，進口壓力的降低也會顯著地增加空氣比容，減少空氣質量流量，最終降低機組的輸出功率。鑒于此，本文以9E燃氣輪機為例，簡要闡述燃機的進氣系統組成部分，并對燃機進氣系統的運行故障進行分析，在此基礎上探討燃機進氣系統的維護措施。

關鍵詞：燃機；進氣系統；運行狀況；維護措施

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0078-02

某熱電廠配置了兩臺9E燃氣-蒸汽聯合循環發熱電聯產機組，在基本的負荷模式下，燃機進氣系統的進口空氣流量在1500km3/h左右。同時在廠內的空氣中彌漫著大量的灰塵、雜質以及細顆粒等多種懸浮物質，若無法有效地除去污物隨著燃機不斷增加的運行時長，會導致壓氣機葉片的表面形成大量的污垢層。壓氣機的葉片在積垢后便會在一定程度上改變葉片氣動性能，從而顯著地降低壓氣機效率、壓比以及流量，最終便會降低燃機機組運行的效率、出力以及升負荷速率等性能。因此，通常情況下，燃機的壓氣機進口處均裝有進氣過濾裝置。當燃機運行時間的進一步延長，便會租價的增加燃機的進氣濾網壓差，一旦運行到達限值便需要將進氣濾網進行及時更換。因此，本文以9E燃氣輪機為例，對燃機進氣系統進行分析，并在現有的系統配置基礎上探討燃機進氣系統運行及維護要點，旨在進一步促進電廠的節能減排。

1 燃機進氣系統

1.1 組成部分

9E燃機進氣系統的組成部分主要包括一個封閉的進氣室與進氣通道，在進氣通道中包括消音設備，且進氣道的下游連接于壓氣機的進氣道。燃機進氣系統的主要功能在于將空氣吸收、過濾、消音以及引導至進氣機匣，進氣系統的結構如圖1所示。從結構圖中我們可以看出，在燃機進氣系統組成部分中包括過濾元件安裝架與隔板、過濾脈沖清吹管路、膨脹節、進氣防雨霧篩網、消音器、組合式進氣濾芯、進氣導流罩、進氣加熱裝置以及壓氣機入口連結彎管。

在燃機進氣系統中，主要的過濾元件為剛性過濾筒，過濾筒結構如圖2所示。該過濾筒主要采用的是錐形與圓柱形過濾器組合而成的濾筒結構，通過固定端部固定點及支架座，同時結合面設計彈性密封墊圈對風路短路予以消除。除此之外，電廠在選擇濾網的過程中應該結合周邊實際環境的大氣質量及機組的運行狀況，當在濾網實際運行的過程中，因聚集了大量的顆粒物質導致進出口超壓時，則需要及時地將濾網進行更換，旨在防止燃機機組性能的降低。

1.2 脈沖清洗系統

為了能夠進一步延長燃機進氣過濾元件的使用壽命，并且盡可能地降低進氣過濾與壓氣機進氣道之間的壓差值，同時顯著地提高燃機運行效率與出力，9E燃機系統中設置了濾網脈沖清洗系統。該系統的應用能夠反吹積聚在濾網進氣側的雜質及灰塵，從而能夠有效地避免在濾網的表面雜質灰塵聚成餅狀而導致其難以清除。在燃機停機后通過反清洗功能能夠有效地將濾網表面的積灰予以吹掉，從而提高通透性，最終在一定程度上降低進氣壓力損失，提高燃機機組的運行效率。

一般來說，9E燃氣輪機反吹方式包括在線與離線反吹兩種，兩種方式的主要差別在于具有不同的反吹空氣氣源。其中在線反吹空氣氣源主要來自于9E燃機在運行過程中壓氣機AD-3管道排氣，離線反吹的空氣氣源則主要來自于APU模塊中的壓縮空氣系統。

2 燃機進氣系統運行故障

2.1 壓氣機入口濾網污染

燃機入口濾網隨著運行時間的增加其污染的情況也會逐漸加重，尤其在梅雨季節與農忙季節，入口濾網會逐漸增大其壓差，最終對燃機機組的發電功率及安全造成影響。入口濾網堵塞會在一定程度上減少進入壓氣機的空氣量，同時便會相應地降低參與燃燒做功的燃料量、排煙量以及余熱鍋爐的熱負荷等，最終便會降低整個燃氣原蒸汽聯合循環機組熱效率，從而增加熱耗，減少燃機機組的發電功率。

2.2 進氣喇叭口及葉片污染

燃機入口濾網壓差不斷增加的過程中也會導致濾網后整個進氣流道也存在污染，從而逐漸地增加壓氣機進氣喇叭口、IGV及壓氣機各級葉片上污垢。壓氣機葉片結垢后便會逐漸地降低各級間壓縮比，從而緩慢地降低燃機的運行效率。污染物也會在一定程度上加大對葉片的化學及機械腐蝕，對燃機葉片運行的安全性造成影響。

2.3 熱通道部件高溫

燃機運行時間的增長會逐漸降低入口濾芯過濾雜質與水分效果，從而降低進入燃機入口的空氣品質，造成壓氣機與燃氣輪機熱通道部件的局部堵塞，導致冷卻風量不足，過渡段表面涂層燒蝕，火焰筒燒變形甚至燒穿及報廢等。甚至還會導致熱通道中部分冷卻風孔堵塞，導致高溫部件表面冷卻風量不足，長時間高溫運行后動葉與靜葉高溫材料表面涂層燒壞，導致葉片燒蝕現象，對燃機機組的安全運行造成嚴重影響。如此便會使得對于一部分熱部件應該被迫提前更換，同時還需要轉入檢修工作，影響到電廠的檢修周期，最終影響企業的經濟效益。

2.4 燃機效率下降

燃機的熱通道部件具有一定使用壽命，且隨著運行時限的增加會導致設備出現疲勞老化，與此同時還會不斷地降低燃氣輪機輸出功率，造成壓氣機的重度污染，不斷地降低燃機機組的運行效率。

3 維護措施

3.1 針對性選擇進氣濾芯及品牌

我國燃機電廠具有地域條件各異及分布廣等特點，如我國東部的沿海地區，一年四季溫度變化不大，而濕度差異超大，空氣中相對沒有較多的顆粒物；而北方地區，四季分明，冬季降雪，夏季濕度較大，空氣環境中具有成分較多且復雜的顆粒物；西部地區具有較大的晝夜溫差，風沙多且氣候干燥；南方一年四季的濕度較大，空氣較為清潔，在空氣環境中具有較少的灰塵等顆粒物。鑒于此，這就要求對燃機進氣系統選擇過濾系統及進氣過濾器的過程中應該須具有針對性，結合當地的不同地區及氣候條件配置合理的濾材。

由于燃機的進氣系統具有較大的裝置，在從國外引進的過程中不僅具有價格高、供貨周期長等缺點，同時還具有使用壽命較短的缺陷。現階段，我國國內大部分企業均具備了制作進氣系統的條件，燃機空氣過濾器制造技術也已經相當成熟，同時具有較高的性價比。

3.2 運行加強日常監視工作

對于燃機進氣系統的運行需要加強日常監視工作，例如我國南方天氣較為潮濕，具有較大的空氣灰塵粘度，因而在采用濾芯反吹過程中幾乎起不到任何效果。如果在運行過程中濾網差壓超過一定限度，便只能將濾芯進行更換，由于濾芯具有一定供貨周期，因而對于濾網壓差便需要進行詳細且全面的記錄。具體方式是定期查驗進氣濾芯壓差，通過觀察比較壓差的變化情況來預知濾網是否存在超壓狀況，最終提前進行濾網備件的采購工作。

3.3 調整濾芯布置方式

相關人員在燃機停機后應該對進氣小室內的各層濾芯進行一系列的透光檢查，若在檢查的過曾中發現漏光點則需要及時地對其進行更換，防止在壓氣機中通過風路短路進入異物通，從而對機組的運行安全造成影響。除此之外，由于壓氣機濾芯包括五層，因而每層濾芯具有不同程度的污染，其中靠近濾芯的下層與中下層受到污染的可能性最大，而上層與中層則容易清潔。為了能夠確保燃機脊柱的運行的安全性與機構急性，可以交替使用上下層濾芯。

3.4 定期更換壓氣機濾芯

當濾芯在進入投產運行2500h后便會因其壓差過大而對機組運行負荷造成影響，從而被迫地需要提前更換。通常情況下，當燃機停機后相關人員需要檢查壓氣機入口小室的各層濾芯，當發現其中的破損點時便需要及時地將其進行更換，防止在后面的空氣流道中進入異物，最終對燃機機組的運行安全造成影響。隨著不斷增加的運行時間，當入口濾網的壓差大于1.5kPa時，則可以在停機后更換下層與中下層濾芯，在當壓差再次大于1.5kPa時，相關人員則應該將上層與中層濾芯予以更換。一般來說，當濾芯的使用期限在3500h時，綜合考慮到燃機設備運行的安全性與經濟性則可以對其進行更換。

3.5 脈沖方式靈活搭配

當燃機機組停運后便會導致進氣系統的環境空氣流動停止，而在反吹作用力及重力的共同作用下，便會使積存在濾網表面灰塵下落至收集器，從而便會顯著地緩解二次濾網吸附情況，具有較為明顯的反吹效果。鑒于此，則可以在每次啟停機時實行離線脈沖反吹方式，從而盡可能地提高濾網表面的清潔程度。

4 結語

綜上所述，進一步加強對燃機進氣濾網清潔，能夠顯著地改善廠內的空氣質量，同時也能在一定程度上減少粉塵與顆粒雜質等對燃機葉片造成的腐蝕作用。這就要求燃機電廠應該結合自身特點，制定一個符合機組進氣系統運行維護的管理方案，以進一步降低企業的運維成本，提高機組運行效率，提高企業的經濟效益。

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