燃?xì)廨啓C(jī)空氣過(guò)濾器性能及運(yùn)行維護(hù)研究

張 寧

中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東電力試驗(yàn)研究院

0 概述

隨著燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組容量進(jìn)一步增大，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，燃汽-蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)由于其效率高、污染低的特點(diǎn)，逐漸引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[1-4]。由于外界大氣中有著大量各種粒徑的粉塵，若未經(jīng)過(guò)較好的過(guò)濾，被壓氣機(jī)吸入，將會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)出現(xiàn)葉片腐蝕、積垢、外物損傷等問(wèn)題，進(jìn)而影響燃?xì)廨啓C(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 分類(lèi)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 按效率分類(lèi)

通風(fēng)用空氣過(guò)濾器的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，目前可分為歐洲體系、美國(guó)體系和中國(guó)體系三大體系[5]。歐洲體系以 EN779[6]為代表，美國(guó)體系以 ASHARE52.2[7]為代表，中國(guó)體系則以GB/T14295[8]為代表，基本采用了ASHARE52.2 標(biāo)準(zhǔn)。它們的檢測(cè)辦法一般會(huì)用計(jì)重法以及分徑計(jì)數(shù)法。

1.1.1 歐洲EN779標(biāo)準(zhǔn)

歐洲EN779 標(biāo)準(zhǔn)，一是采用計(jì)重法，二是對(duì)0.4 μm 液態(tài) DEHS 氣溶膠粒子進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)其平均過(guò)濾效率進(jìn)行分級(jí)。該標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)介紹了測(cè)試過(guò)濾器性能的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)過(guò)程風(fēng)量的范圍為0.24～1.5 m3/s（850～5 400 m3/h）。該標(biāo)準(zhǔn)可以測(cè)定過(guò)濾器的效率以及對(duì)其分級(jí)，但是不能定量的反映測(cè)試過(guò)濾器的使用性能。具體分類(lèi)情況見(jiàn)表1。

1.1.2 美國(guó)ASHARE52.2標(biāo)準(zhǔn)

美 國(guó) ASHARE52.2 標(biāo) 準(zhǔn) 將 粒 子 分 成 0.3～1 μm，1～3 μm 以及3～10 μm 三部分，分別檢測(cè)這三部分的最低過(guò)濾效率，按照測(cè)得的最低值來(lái)進(jìn)行分級(jí)，見(jiàn)表2。

1.1.3 中國(guó)GB/T14295標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)的GB/T14295標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空氣過(guò)濾器進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，包括其術(shù)語(yǔ)、分類(lèi)等。并且具體說(shuō)明了性能試驗(yàn)方法，對(duì)試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法均進(jìn)行了詳細(xì)的講解，最后規(guī)定了計(jì)重效率和容塵量試驗(yàn)。具體分類(lèi)情況見(jiàn)表3。

表1 EN779 標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)方法

表2 ASHARE52.2 標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)方法

表3 GB/T14295 標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)方法

1.2 按型式分類(lèi)

空氣過(guò)濾器按型式可分為：平板式、折褶式、袋式、卷繞式、筒式、靜電式。見(jiàn)圖1。

圖1 空氣過(guò)濾器型式

1.3 按濾料更換方式分類(lèi)

1）可清洗空氣過(guò)濾器，見(jiàn)圖2。

圖2 可清洗空氣過(guò)濾器

2）可更換空氣過(guò)濾器，見(jiàn)圖3。

圖3 可更換空氣過(guò)濾器

3）一次性使用的空氣過(guò)濾器，見(jiàn)圖4。

圖4 一次性使用空氣過(guò)濾器

1.4 按規(guī)格分類(lèi)

過(guò)濾器按照規(guī)格進(jìn)行分類(lèi)：小于1 000 m3/h 的規(guī)格代號(hào)為0，1 000 m3/h 規(guī)格代號(hào)為1.0，每升高100 m3/h 代號(hào)提高 0.1，升高小于 100 m3/h 的規(guī)格代號(hào)保持不變。

1.5 部分燃機(jī)過(guò)濾器

華東區(qū)域部分燃機(jī)電廠一、二級(jí)過(guò)濾器的材料、形式、等級(jí)和壽命見(jiàn)表4和表5。

表4 一級(jí)過(guò)濾器（粗濾）

表5 二級(jí)過(guò)濾器（精濾）

2 空濾器運(yùn)行維護(hù)方法

2.1 壓氣機(jī)進(jìn)氣濾存在的問(wèn)題

2.1.1 壓氣機(jī)入口濾網(wǎng)污染

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)濾網(wǎng)的臟污狀況一般與機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間有關(guān)，運(yùn)行時(shí)間越久，其污染也會(huì)越嚴(yán)重，特別是在夏季雨量較多和春秋農(nóng)忙季節(jié)，燃機(jī)進(jìn)口濾網(wǎng)壓差會(huì)比平時(shí)增加較快，不僅對(duì)機(jī)組出力造成影響，甚至?xí)绊懭紮C(jī)的安全。進(jìn)氣濾網(wǎng)污染嚴(yán)重導(dǎo)致堵塞，會(huì)降低進(jìn)入壓氣機(jī)的氧氣量，最終降低機(jī)組熱效率，增大熱耗率，減少燃機(jī)機(jī)組的發(fā)電功率。

2.1.2 進(jìn)氣喇叭口及葉片污染

燃機(jī)進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差逐漸增大，在一定程度上也會(huì)使通過(guò)濾網(wǎng)后面的所有空氣流道造成污染，因此也會(huì)使燃機(jī)入口濾網(wǎng)壓差在不斷增加的過(guò)程中也會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣喇叭口和各級(jí)葉片結(jié)垢越來(lái)越嚴(yán)重。當(dāng)壓氣機(jī)葉片發(fā)生結(jié)垢，不僅使各級(jí)間的壓縮比減少，而且也會(huì)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行效率逐漸減小。同時(shí)還會(huì)造成葉片腐蝕，影響其安全性，增加維護(hù)費(fèi)用。

2.1.3 濾網(wǎng)維護(hù)困難

進(jìn)氣系統(tǒng)的粗濾一般安裝在過(guò)濾倉(cāng)層，并且粗濾網(wǎng)屬于一次性使用，無(wú)法進(jìn)行清洗，如果在機(jī)組運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣濾網(wǎng)壓差過(guò)大的狀況，運(yùn)行維護(hù)人員因?yàn)椴顗旱拇嬖诙荒艿竭_(dá)過(guò)濾倉(cāng)層更換粗濾，若差壓達(dá)到臨界值則需停機(jī)進(jìn)行解決。但是對(duì)于北方有供熱的機(jī)組，燃機(jī)機(jī)組被迫停機(jī)，一方面會(huì)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失，另一方面也會(huì)存在民生問(wèn)題。粗濾網(wǎng)一般400-600h 需要進(jìn)行更換，進(jìn)口濾網(wǎng)不僅價(jià)格較高而且供貨時(shí)間久，將增加運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

2.2 維護(hù)措施

1）進(jìn)氣濾網(wǎng)反吹掃

為了保證燃機(jī)進(jìn)口空氣的清潔，一般情況下會(huì)在燃機(jī)進(jìn)氣處安裝粗濾和精濾網(wǎng)，如果濾網(wǎng)由于空氣不潔凈或者冬天結(jié)冰等原因會(huì)導(dǎo)致燃機(jī)進(jìn)氣壓損偏高，進(jìn)而降低進(jìn)氣壓力，使燃機(jī)的發(fā)電功率和效率減小。相關(guān)研究表明，對(duì)PG9351FA型燃機(jī)而言，當(dāng)進(jìn)氣壓損每減少1 kPa，發(fā)電功率約減少1.42%，熱耗率約提高0.45%，排氣溫度約提高1.1 ℃。因此，保證進(jìn)氣系統(tǒng)的潔凈對(duì)燃機(jī)具有重要的意義。

維持運(yùn)行燃機(jī)的進(jìn)氣壓力，一般利用一套脈沖空氣自動(dòng)反吹掃裝置，在線(xiàn)清理燃機(jī)進(jìn)氣濾網(wǎng)上的污垢，以保證濾網(wǎng)的潔凈。燃機(jī)進(jìn)氣過(guò)程：空氣首先由進(jìn)氣防護(hù)罩到達(dá)過(guò)濾單元部分，經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾后依次先后通過(guò)消音器、進(jìn)氣加熱組件導(dǎo)流彎管以及過(guò)熱段，最終達(dá)到壓氣機(jī)。若濾網(wǎng)壓差超過(guò)臨界值時(shí)，即啟動(dòng)差壓高開(kāi)關(guān)，使脈沖空氣自動(dòng)反吹掃系統(tǒng)工作，按照設(shè)定流程對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行清潔。當(dāng)壓差下降到臨界值時(shí)，壓差低開(kāi)關(guān)動(dòng)作，反吹掃過(guò)程停止。

事實(shí)表明，若燃機(jī)濾網(wǎng)進(jìn)行反吹清洗之后，其進(jìn)氣壓降會(huì)迅速恢復(fù)至正常狀態(tài)，燃機(jī)發(fā)電功率以及效率也可以達(dá)到正常狀態(tài)。因此，若想保證燃機(jī)的運(yùn)行性能，脈沖反吹系統(tǒng)尤為重要。

2）定期更換濾網(wǎng)

當(dāng)進(jìn)氣濾網(wǎng)的粗濾和精濾使用一段時(shí)間后，由于堵塞嚴(yán)重而導(dǎo)致壓差過(guò)高，對(duì)燃機(jī)負(fù)荷產(chǎn)生影響，因此有時(shí)必須對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行提前更換。一般情況下，當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)，電廠工作人員均需對(duì)各個(gè)濾網(wǎng)進(jìn)行檢查，以便在下次燃機(jī)啟動(dòng)前，及時(shí)處理好濾網(wǎng)破損的問(wèn)題，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。正常情況下，濾網(wǎng)更換一定時(shí)間后，可以全面分析機(jī)組的安全性和穩(wěn)定性，以確定是否需更換濾網(wǎng)。

3）選擇合適濾芯和品牌

我國(guó)燃機(jī)發(fā)電廠地理位置分布廣泛，所處條件不同，比如在東部沿海地區(qū)，環(huán)境溫度變化幅度不大，大氣相對(duì)濕度大，空氣含沉量整體較低；西部地區(qū)環(huán)境溫度變化較大，日間和夜晚變化明顯，相對(duì)濕度小，風(fēng)沙情況較多；北方地區(qū)，冬季寒冷存在降雪和結(jié)冰現(xiàn)象，夏季空氣相對(duì)濕度較大，顆粒物種類(lèi)多；而南方地區(qū)，降水較大，空氣濕度較大，空氣含沉量較少，相對(duì)潔凈。因此，各個(gè)燃機(jī)發(fā)電廠應(yīng)根據(jù)所處地理位置，氣候環(huán)境不同，以及所配的進(jìn)氣過(guò)濾系統(tǒng)，綜合考慮，有針對(duì)性地合理選擇濾芯。

針對(duì)進(jìn)口的濾芯品牌，不僅價(jià)格昂貴，而且供貨時(shí)間相對(duì)較久，運(yùn)行使用壽命短。目前我國(guó)有多家企業(yè)也具備制作工藝，國(guó)產(chǎn)化也趨于成熟，同時(shí)性?xún)r(jià)比也很高。

4）加強(qiáng)日常監(jiān)視工作

燃機(jī)電廠的進(jìn)氣裝置一般應(yīng)對(duì)運(yùn)行情況增加監(jiān)視，比如在南方地區(qū)由于空氣比較濕潤(rùn)，大氣濕度很大，灰塵容易粘結(jié)成塊，所以利用反吹的方式產(chǎn)生的效果較小。若燃機(jī)的濾網(wǎng)壓差高出臨界值，需更換濾芯，但是一般情況下由于濾芯的供貨時(shí)間較長(zhǎng)，因此運(yùn)行人員應(yīng)在實(shí)際工作中加強(qiáng)監(jiān)視，定期進(jìn)行檢查，以便提前做好濾芯的采購(gòu)計(jì)劃。

5）調(diào)整濾芯布置方式

為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，應(yīng)在停機(jī)后給各層濾芯做透光檢查，如果存在漏光點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行更換，以防有污染物污染壓氣機(jī)。壓氣機(jī)的濾芯有多層，根據(jù)分布位置不同，濾芯所產(chǎn)生的污染也不同，一般中下層的濾芯污染較重，中上層的濾芯相對(duì)來(lái)說(shuō)較干凈，因此，綜合經(jīng)濟(jì)安全考慮，可將上下層濾芯交替使用。

6）檢測(cè)空氣過(guò)濾器性能參數(shù)

過(guò)濾系統(tǒng)重要的部件為濾筒，空濾器的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN779，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASHRAES2.2以及中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/14295。但是，燃機(jī)電廠并沒(méi)有規(guī)定特定的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，所以無(wú)法準(zhǔn)確全面的了解空濾器的性能指標(biāo)。

2.3 常規(guī)的進(jìn)氣過(guò)濾系統(tǒng)

1）常規(guī)三級(jí)過(guò)濾裝置

常規(guī)三級(jí)過(guò)濾裝置一般是立式V形兩面進(jìn)氣方式（見(jiàn)圖5），其抗潮濕性能較差，當(dāng)濕度較高時(shí)，易結(jié)成糊狀，進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)氣壓損升高明顯，造成濾芯破損。

2）脈沖空氣自清洗過(guò)濾裝置

該過(guò)濾裝置有懸吊燈籠式底部進(jìn)氣和立式兩面進(jìn)氣方式，見(jiàn)圖6 和圖7。前一種方式清灰效果好，但占地面積大。立式兩面進(jìn)氣方式安裝位置較高，且容易造成下部濾芯二次污染[9]。

圖5 三級(jí)過(guò)濾裝置圖

圖6 懸掛燈籠式進(jìn)氣系統(tǒng)圖

圖7 立式兩面進(jìn)氣系統(tǒng)圖

3 智能優(yōu)化運(yùn)維技術(shù)研究

燃?xì)廨啓C(jī)隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，通流部分會(huì)結(jié)垢，不僅影響機(jī)組的安全運(yùn)行，也會(huì)降低機(jī)組的出力和效率，縮短某些部件的使用壽命。目前，燃?xì)廨啓C(jī)空氣過(guò)濾器的監(jiān)測(cè)有兩種方式，一種是依據(jù)過(guò)濾器前后壓差來(lái)判斷，當(dāng)壓差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，更換過(guò)濾器；另一種是定期清洗，在固定時(shí)間反吹過(guò)濾器。使用均勻時(shí)間或臨界壓力差來(lái)確定是否更換過(guò)濾器或進(jìn)行反吹顯然是不合理的。 因此，鑒于燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的過(guò)濾系統(tǒng)容易堵塞和損壞問(wèn)題，掌握濾網(wǎng)壓差變化規(guī)律，可以更好地指導(dǎo)機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。針對(duì)由于風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、降雨、降雪、沙塵、生物聚集等運(yùn)行工況惡劣而造成的燃機(jī)進(jìn)氣過(guò)濾器失效的問(wèn)題，采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，以某聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠燃?xì)廨啓C(jī)濾網(wǎng)的實(shí)際工作狀況出發(fā)，從更換決策模型和反吹優(yōu)化策略?xún)蓚€(gè)方面展開(kāi)研究，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)濾網(wǎng)壓差進(jìn)行分析。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的模型見(jiàn)圖8。

圖8 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型

4 結(jié)論

燃?xì)廨啓C(jī)濾網(wǎng)壓差作為燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組運(yùn)行的重要參數(shù)，影響機(jī)組的輸出功率和效率，根據(jù)燃機(jī)電廠實(shí)際工作狀況，采用燃機(jī)進(jìn)氣過(guò)濾系統(tǒng)智能優(yōu)化運(yùn)維技術(shù)，依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，準(zhǔn)確客觀評(píng)估進(jìn)氣系統(tǒng)濾網(wǎng)等運(yùn)行狀態(tài)，可為企業(yè)帶來(lái)更多的收益。