我國北方地區燃機進氣系統運行現狀分析及改造建議

【摘?要】進氣系統是燃氣輪機安全穩定運行的重要保障。近年來，我國北方地區由于大氣環境污染情況惡化，燃機進氣系統面臨極大的考驗。本文介紹了北方幾個典型燃機電廠進氣系統的運行現狀，并對其普遍存在的精濾壽命較短，濾網壓差較大等問題進行了分析。同時結合上述問題的分析和國外設計案例，本文提出了一套綜合治理優化思路。

【關鍵詞】燃氣輪機;進氣系統;濾網壓差;系統改造

前言

燃機進氣系統是燃氣輪機必不可少的輔助系統之一。隨著燃機燃氣參數的不斷提高、材料的不斷升級，燃機設計、制造向大型化、精細化、高效化發展，燃機進氣系統的設計制造標準和要求也越來越高。北方地區是我國空氣污染較為嚴重的地區之一。由于氣候條件、空氣品質對燃機電廠進氣濾芯壽命的影響很顯著，北方地區燃機濾芯的使用壽命都遠遠低于設計壽命，一般每年都需更換，有的甚至半年時間就需更換部分濾芯。同時，由于北方地區燃機電廠大部分都負擔著城市供熱任務，在供熱季節，燃機濾芯壓差上升時電廠往往不能及時更換，只能在較高的濾網壓差及較低負荷下保持機組的運行。以上問題的產生給電廠機組運行的安全性、經濟性帶來極大影響，同時也對進氣系統改造提出了迫切要求。

1 常用進氣系統

目前，燃機電廠進氣過濾系統主要有靜態式過濾系統和自潔式過濾系統兩種形式。靜態過濾系統目前在南方燃機電廠采用較多，主要用在GE的6F機組和西門子機組中。它主要由預過濾器、中效過濾器和高效過濾器等多種靜態過濾器組合在一起，通過各級過濾器的共同作用達到潔凈空氣的效果。

北方燃機電廠使用較多的進氣過濾系統形式主要是動態自潔式過濾器。該系統最早由美國Donaldson公司設計開發，圖1所示為我國北方燃機電廠采用較多的進氣過濾系統布置形式。空氣經過進氣系統前部的防雨罩進入進氣系統，防雨罩后部布置有700對左右（以9F燃機為例）的脈沖反吹式自清潔濾芯。空氣經過這些濾芯的過濾清潔后進入到壓氣機內壓縮，而空氣中的灰塵等顆粒物則留在了濾芯上。在濾芯上的顆粒物不斷聚集的過程中，濾芯的前后壓差不斷上升。當濾芯壓差達到一定程度，脈沖反吹系統開始工作。它將清潔的壓縮空氣（一般為6到8個大氣壓力）以一定的壓力周期性地從濾芯潔凈空氣出口處噴射進濾芯內筒，將附著在濾筒表面的灰塵吹落，使濾芯恢復一定的過濾性能。

2 進氣系統運行情況及存在問題

目前，北方燃機電廠由于其一般需要承擔城市供熱任務，冬季需要連續運行而不能停機檢修或更換濾芯，因此一般采用圖1所示的自潔式進氣過濾系統。筆者通過對北方地區幾家燃機電廠的走訪調研，發現其普遍存在一些問題。

（1）進氣濾芯布置方式弊端

如前文所述，北方地區燃機電廠普遍采用圖1所示動態自潔式過濾系統。由于電廠承擔著城市供熱任務，因此其位置一般處于城市的中心地帶或是居民區。這就大大限制了燃機電廠的場地大小，因此這些電廠的自潔式過濾系統都采用了濾芯臥式布置。自潔式濾芯臥式布置的優點就是節省系統布置的空間，但是這樣布置會導致反吹效果的大大降低。濾芯臥式布置時上部褶皺內的灰塵等物質在反吹時無法被清除掉，同時上部排列濾芯反吹出的灰塵會堆積在下部濾芯表面，導致反吹后濾芯阻力無法恢復，大大縮短了濾芯的使用壽命。

（2）環境因素對燃機進氣系統的影響

北方燃機電廠大部分靠近城市及居民區，因此其進氣系統受到周邊環境的影響較南方燃機電廠要大。

北方電廠由于位置的關系，因此普遍占地面積相對較小。這對廠區內部建筑設施的規劃增加了難度，因此出現了某些不合理設計。例如，北京某電廠由于可利用場地的限制造成了燃機進氣平臺與機力冷卻塔的距離過于接近。當電廠正常運行時，燃機進氣平臺會不同程度地受到機力冷卻塔處水蒸汽氣團的影響，造成突發性進氣濕度劇烈增大，造成進氣濾芯“濕堵”、濾網壓差急劇上升，嚴重影響了燃機電廠的安全運行。

（3）系統設計影響

北方燃機電廠機組進氣過濾系統設計基本都由國外公司進行，他們的設計依據一般為本國標準及公司內部規范。而這些標準和規范都是依照OEM廠商本土情況制定的，與中國實際情況大相徑庭。以GE的9FA機組為例，外方設計的進氣濾芯為700對，同時沒有設置預過濾。經過多年的運行情況分析，700對濾芯的設計對于中國目前的空氣質量來說并不能滿足需求。一些采用該設計的燃機電廠進氣濾芯甚至使用不到2000小時就需要進行更換。另外，這種設計也使得濾芯的壓損一直保持在較高的水平，不利于燃機電廠運行的經濟性。

北方燃機電廠脈沖反吹式過濾系統在設計之初并沒有設置預過濾，空氣經過防雨罩后就直接進入進氣濾芯。這種設計在空氣相對潔凈的沿海地區并沒有太大的問題，但是在我國北方地區，由于污染較為嚴重，不設置預過濾會導致進氣濾的壽命大大減小。目前，北方燃機電廠濾芯基本都不能達到濾芯廠家宣稱的使用壽命。

3 改造建議

通過上述問題的調查和研究可知，我國北方地區燃機電廠進氣過濾系統濾芯壽命短、阻力壓損大的問題主要是由于設計規范及標準沒有本土化。為了解決上述存在的問題，可以由以下幾個方面進行：

（1）增加進氣濾芯數量。目前，燃機濾芯設計額定風量為1250m/h，但是這個額定風量是值得商榷的。適當減小濾芯額定風量，增加濾芯組數或者過濾模塊，可以有效降低進氣阻力，延長濾芯使用壽命。

（2）增加預過濾。在脈沖反吹濾芯前面增加一級預過濾可以減輕反吹濾芯的工作負荷，達到延長濾芯壽命的目的。同時，由于北方地區燃機機組在供熱期內必須保證連續運行，在此情況下如果反吹濾芯發生濾網壓差高的問題將非常麻煩。而增加預過濾后，它可以在達到使用壽命后在線更換，大大提高了供熱燃機機組的運行安全性。

（3）合理布局廠區。燃機電廠冷卻塔與燃機進氣平臺應當保證一定的距離，同時要考慮風向變化對燃機進氣平臺小環境的影響，盡量減小水蒸氣云團對燃機進氣過濾系統的影響。

結語

燃機進氣系統是燃機電廠設備運行維護中的重要部分，也關系著燃機電廠運行的經濟性和安全性。目前，進氣過濾系統的設計話語權基本還是壟斷在國外公司手中。國內用戶應該從自身需求出發，要求設計方提供更加適合中國地區情況的進氣系統設計，減小用戶的使用維護成本，保障燃機電廠的運行經濟和安全。

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（作者單位：國電環境保護研究院有限公司）