Trent60燃氣輪機壓氣機進氣過濾系統的改進

張建壽

（寧夏西部熱電有限公司，寧夏 銀川 750001）

0 引言

目前，天然氣發電作為一種清潔能源，在燃氣發電領域呈現出快速發展的局面。在北方地區，燃氣熱電廠不僅可以起到快速啟停，電網調峰的作用，而且還可以向周邊的地區供熱，但是由于沙塵、霧霾、雨雪等惡劣天氣的影響，嚴重影響了燃氣電廠的運行，容易造成被迫下調負荷或停機，以及供熱緊張或停暖等事件，為此，改進壓氣機進氣過濾系統成為許多燃氣輪機電廠面臨的迫切問題。

1 壓氣機進氣過濾系統的組成

西部某電廠安裝的Trent 60燃氣輪機是國內引進的首臺由Rolls-Royce公司研發的航改工業燃機，該燃機是航空發動機RR211系列航空發動機Trent 800的派生機型。其主要結構有3部分：燃氣輪機（透平或動力渦輪）、壓氣機（空氣壓縮機）和燃燒室。其工作原理為：葉輪式壓縮機從外部吸入空氣，壓縮后送入燃燒室，同時燃料也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進行燃燒。生成的高溫高壓煙氣進入燃氣輪機膨脹做功，推動動力葉片高速旋轉，尾氣排入大氣中或再加利用[1]。

目前電站燃氣輪機采用的進氣過濾系統有常見的三級過濾裝置或脈沖空氣自清洗過濾裝置兩種方式[2]，該系統在機組整個發電過程中起到向燃氣輪機提供潔凈空氣的作用，既要保證燃燒室內天然氣的穩定燃燒，同時向燃氣輪機動葉、靜葉及壓氣機反吹提供冷卻風和吹掃用氣[3]。Trent 60燃氣輪機的壓氣機進氣系統布置在發電機組的屋頂上，由德國康菲爾公司設計和制造，為2級多層設計，第1級由百葉窗和防鳥網組成，第2級由粗濾和精濾組成。如圖1所示。

圖1 壓氣機進氣過濾系統的組成

百葉窗主要功能是防止雨雪進入進氣系統，同時，在百葉窗的后布置有防鳥網，它可以防止大型昆蟲和鳥類飛入進氣系統，保護進氣系統能夠正常運行。過濾器倉分為粗濾和精濾兩層，其中粗濾140塊，精濾112塊精，粗濾和精濾均為兩層布置。在燃氣輪機的整個運行過程中，工作人員無法進入過濾倉，也無法在線更換破損的粗濾和精濾。

2 進氣過濾系統運行中存在的問題

隨著運行時間的加長，燃氣輪機壓氣機入口的濾網污染情況會逐步惡化，特別是春秋季節的沙塵天氣，和冬季的雨雪天氣，過濾網的前后壓差會迅速增大，甚至破損，從而危及發電機組的負荷和安全。由于入口濾網的堵塞，使進入燃燒室的空氣量減少，參與燃燒的燃料量隨之降低，燃氣輪機的排煙量也相應下降，甚至會導致整個聯合循環機組的熱效率降低，熱耗增加，機組負荷降低，如果濾網堵塞嚴重，將會造成濾網破損，從而嚴重污染燃氣輪機，甚至造成安全事故。由于康菲爾公司的設計沒有考慮北方的特殊天氣條件，沒有選用脈沖空氣自清洗過濾裝置，選用的Hi-Flo G4高效粗濾和CAM-GT F7精濾過濾面積不足，實際使用更換周期不足40天，這遠低于原設計的一年更換更換周期。

此外，在壓氣機入口濾網壓差增大的過程中，濾網后的進氣段也會被污染，IGV及個級葉片上的污垢會逐步增多。壓氣機葉片結垢后，級間壓縮比逐漸降低，壓氣機效率會緩慢下降，同時會造成葉片的化學和機械腐蝕影響壓氣機的葉片安全，經過對壓氣機的水洗樣分析后發現，其主要成分為黑灰及黏土，通過擦拭和清洗是能夠去除的。

壓氣機入口濾網的效果變差后，進入壓氣機入口的空氣品質不斷下降，空氣中的固體顆粒物進入壓氣機及燃氣輪機熱通道部件中，導致燃燒室內火焰筒及過渡段壁面上的冷卻風孔局部堵塞，冷卻不足，燃燒室內表面涂層燒蝕，脫落，從而縮短了燃燒室的使用壽命。

3 壓氣機進氣過濾系統的改進

由于壓氣機進氣過濾系統的框架結構已經定型，除更換過濾系統外，無法增加自清洗過濾裝置，根據Trent60燃機的進氣要求（表1）。

表1 燃機燃燒室進氣空氣流量

通過與康菲爾公司溝通，造成過濾器更換頻繁和燃氣進氣質量降低的主要原因是現有的過濾器過濾面積不足，精度過低及過濾層數不夠等，根據分析的原因和燃機的進氣要求，對壓氣機進行過濾系統主要從以下2個方面進行改進。

（1）改進壓氣機進氣系統粗濾和精濾，將原設計的6袋片狀結構更換為12袋折疊式結構，并增加粗濾的過濾面積。

原設計型號Hi-Cap 66為6袋化纖袋式粗效預過濾器，過濾精度為G4（歐洲標準化委員會標準EN779）,單片規格為596mm×596mm×360mm（長×寬×高)，有效過濾面積2.6m2，設計初始壓降50Pa，最大允許壓降250Pa，這種粗濾為一次性濾布，不可水洗。 將這種粗濾改進為具有12袋玻璃纖維袋式過濾器，型號升級為：Hi-Flo M7/G25-GT-10，升級后的過濾器單片規格尺寸與Hi-Cap 66相同，過濾精度提高為F7(歐洲標準化委員會標準EN779),過濾面積增加為9.2m2，過濾面積增加了3.5倍，過濾面積和精度的增加后，可以有效增加過濾器的使用壽命。

原設計型號為CAM-GT-F7的壓氣機精濾，濾芯材料采用專用抗水型玻璃纖維濾紙，過濾器精度為F7(歐洲標準化委員會的標準EN779),單片過濾器規格為 596mm×596mm×292mm（長×寬×高)，有效過濾面積19m2，設計初始壓降160Pa，最大允許壓降600Pa，通過實驗，精濾型號升級為CAM-GT-F9，過濾器精度提高為F9，單片過濾器規格與過濾面積都沒有變化，初始和最大允許壓差也沒有變化，精濾精度的提高，有效加長了燃機的化學清洗周期，保護了燃機。

（2）在壓氣機進行系統的百葉窗外增加一過濾層,當霧霾、風雪及沙塵天氣來臨時，將整張面積為7000×9000的G4精度合成化學纖維濾布遮罩在燃壓氣機進行系統的百葉窗外，類似給進氣裝置帶了一個口罩，當特殊天氣過后，再掀開濾布，遮蓋濾布和掀開濾布的工作可在燃機運行期間操作，并不會影響燃機運行。雖然口罩的應用，對燃機的負荷有一點影響，但是口罩提高了燃機在惡劣天氣條件下運行的安全性和可靠性，而且可在線操作。

4 改進效果

經過對改造升級后的進氣系統進行與改造前的系統運行和維護數據對比，發現粗濾的更換周期由原來的不足40天增加到60天以上，精濾的更換周期由不足40天增加到320天以上，可至少減少2次停機，每次停機按24小時計算，直接損失發電量2400MW按照年運行時間5500小時計算，按照每次停機24小時，直接損失發電量3000MW·h，按平均45M小時的發電量計算，發電損失可至少減少停機次數2個批次，節約粗濾280片，節約精濾5個批次560片，可挽回直接經濟損失近300萬元以上。

5 結論

通過對燃機壓氣機進氣過濾系統的改造，即延長了過濾器的更換周期，又減少了機組的日常維護量，也實現了惡劣天氣條件下機組的在線保護，改善了機組抗惡劣天機的干擾能力，提高了發電運行的穩定性和安全性，同時也降低了機組的發電成本，提高了機組的經濟效益，可為今后同類型機組的改造提供參考經驗。

［1］謝獻忠.進行處理質量對燃氣輪機的影響 [J].汽輪機技術,49(3).

［2］余立凡，方煒.9FA燃氣輪機進氣過濾系統的運行及改進[J].浙江電力,2007,(6).

［3］楊順虎，燃氣.蒸汽聯合循環發電設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2003.