某廠MS109FA 燃機進氣濾芯使用淺析

劉 保

（福建晉江天然氣發電有限公司，福建泉州 362251）

0 引言

某廠裝有美國GE 公司生產的MS109FA 燃氣—蒸汽單軸聯合循環機組，機組容量為390 MW，由18 級壓氣機、DLN2.6+燃燒系統、三級燃機透平等組成。壓氣機運行時，空氣依次進入防雪除霧網、進氣濾芯、消音器、IBH 加熱器等進行處理，后被壓氣機吸入并壓縮至1.54 MPa，供給燃燒系統以及燃機透平使用。該廠兩臺機組分別裝不同廠商生產的兩套進氣濾芯，安裝時間均在2019年5 月，至2020年11 月已運行約3000 h。對兩套進氣濾芯進行在線監測，得出進氣濾芯的壓差幾乎沒有增加，甚至在某些工況下同比有所降低，分別進行取樣檢查，發現兩套進氣濾芯表面的纖維層均有不同程度破損，導致壓差上升不明顯，但過濾效率下降較明顯。

1 進氣濾芯介紹

該廠S109FA 燃氣輪機（以下簡稱“燃機”）進氣系統采用SCAF-35200 空氣過濾系統，內部安裝有700 套圓錐形和圓柱形進氣濾芯，進氣過濾器設計性能參數見表1。

1.1 進氣濾芯作用

進氣濾芯的主要作用是阻擋灰塵、異物等進入壓氣機：①阻止粒徑小于2 μm 顆粒進入，它們在壓氣機葉片和IGV（Inlet Guide Vanes，進口導流葉片）導葉上的結垢，會導致壓氣機運行效率降低及喘振曲線漂移等；②防止空氣中的浮著鹽、烴類等顆粒進入造成葉片腐蝕或在高溫下發生化學反應等；③阻止粒徑大于5 μm 顆粒進入壓氣機，防止顆粒對葉片及通道造成沖擊和磨損，降低金屬表面光滑度及疲勞強度，導致燃機效率降低或葉片損壞。

1.2 進氣濾芯結構

每套濾芯均由兩個濾芯組成，其圓錐形進氣濾芯長度為660 mm、粗端外圓直徑466 mm、細端外徑324 mm，圓柱形濾芯長660 mm、直徑324 mm（圖1）：濾材主要采用V 形折紙結構，保證足夠的有效過濾面積；濾紙褶皺采用間斷型注膠固定，較小的空氣阻力及抗水性能；圓錐和圓柱型濾筒間密封主要是橡膠軟密封，防止空氣不經濾材而進入壓氣機；濾紙內部采用骨架結構，濾紙表面附著納米纖維層，保證足夠的容塵量及過濾等級。

2 進氣濾芯性能分析

2.1 使用參數

這兩臺機組均為2019年5 月更換的兩家不同品牌的進氣濾芯，且均能達到歐洲標準EN 779—2012 F9 級標準的進氣濾芯。目前兩臺機組運行小時數均為3000 h 左右，具體使用參數見表2。

表2 兩套進氣濾芯使用參數統計

從表2 數據分析得出以下結論：

（1）兩套進氣濾芯均使用3000 h，濾網壓差均有增加但增加不明顯。

（2）從取樣濾芯2500 m3/h 流量阻力試驗，阻力增加不明顯可以側面說明濾網壓差確實增加但不明顯。

（3）兩廠家的濾網過濾0.4 μm 粒徑效率均有下降趨勢。

（4）從取樣測試耐破度看兩套濾芯均在安全值范圍內。

（5）電鏡圖上觀察濾網，發現兩套進氣濾芯表面納米纖維層均有不同程度的破損，進氣濾芯2 破損程度較進氣濾芯1 嚴重。

2.2 性能下降原因分析

2.2.1 環境因素

進氣濾芯效率下降、壓差輕微增加的情況與其地理位置息息相關。該廠坐落于北緯24°30′44′′～24°54′21′′、東經118°24′56′～118°41′10′′，并處福建東南沿海一帶。根據氣象站多年統計給出的環境數據，該區域全年部分氣候平均值見表3。

表3 某廠平均全年部分氣候數據統計表

從表3 可以看出，廠區空氣的相對濕度較大，全年降水量較多，空氣相對濕度均在70%以上，同時海風較大且含鹽分較高，由于降水量大原因空氣中的含塵量較小。

綜合分析認為，空氣中含鹽分較高，造成腐蝕性較大，但其灰塵含量較低，進氣濾芯過濾下來的塵量較少，這是導致進氣濾芯壓差不增或輕微增加的主要原因。

2.2.2 運行方式

由于空氣相對濕度較大，這就要求進氣濾芯具有良好的抗濕性能。運行中進氣濾芯上的灰塵和空氣中的水分混合形成糊狀，堵塞進氣濾芯的進氣通道，所以該廠的進氣反吹系統投運較頻繁，每周進行一次脈沖式進氣濾芯反吹，加之濾芯表面納米纖維層本就較薄相對較脆弱，在含塵量較低的情況下，反吹頻率越高，越容易導致納米纖維層破損，造成空氣旁路納米纖維層進入進氣道（圖2、圖3）。這也是進氣效率降低、壓差輕微增加的另一個主要原因。

圖2 進氣濾芯1 放大1000 倍電鏡圖

圖3 進氣濾芯2 放大1000 倍電鏡圖

3 防范措施

（1）改善運行方式。適當將進氣濾芯的反吹頻率降低，保護濾芯表面納米纖維層，在壓差可接受范圍內優化運行方式，提高過濾效率，增加濾芯的使用壽命。

（2）提升濾材性能。在保持進氣系統同樣清潔度的前提下，提升進氣濾芯表面納米纖維層的韌性，使進氣濾芯能接受一周一次的脈沖式反吹而不破損，保證較高的過濾效率。

4 結論

通過調研其他同類型電廠的數據并進行取樣分析，發現一般情況下，隨著使用時間的增長，進氣濾芯過濾效率升高、進氣壓差增加；這是由于過濾的灰塵進入濾紙層或在表面納米纖維層附著，導致氣阻增加，過濾效果改善的效果。但是各電廠的環境、運行和保養狀態不同，加之材料使用上各廠商都有所差異，個別燃氣機組的進氣濾芯有輕微降低。建議燃氣機組進氣濾芯使用3000 h 后進行一次抽樣檢查，根據環境和使用狀態，選擇合適進氣濾芯以及制定合理的運行保養方式。