9F燃氣輪機進氣過濾系統的優化改造

楊環宇++李晶+++陳志鑫+++胡志勇+++雷震+++朱建華

摘 要：介紹了北京京橋熱電有限責任公司9F型燃氣輪機進氣過濾系統的構造和組成，分析了進氣過濾系統存在的問題，指出了惡劣天氣，如霧霾、沙塵暴等對燃氣輪機進氣系統過濾器造成的嚴重影響，制定出了高效的改造方案，通過兩臺機組運行參數和改造效果的對比，改造后的機組性能得到了明顯改善，增強機組的安全性和穩定性，經濟效益顯著。

關鍵詞：燃氣輪機；進氣過濾系統；過濾改造；袋式粗濾

燃機進氣系統的作用在于將空氣中的塵土過濾掉，并對空氣中的液滴進行初步分離，得到過濾后的潔凈空氣，最后將其供應到燃機壓氣機中，從而為燃機運行提供條件。由此可見，燃氣輪機的進氣過濾系統對于機組整體性能起著至關重要的作用，而外界環境及天氣則直接影響著燃氣輪機進氣過濾系統運行。

1 燃氣輪機進氣過濾系統介紹

北京草橋燃氣-蒸汽聯合循環熱電廠二期工程，應用2×350MW級燃氣蒸汽聯合循環二拖一多軸機組。全廠的配置包括：2臺SGT5-4000F（4）型燃機、2臺300MW燃氣輪發電機、2臺余熱鍋爐、1臺供熱蒸汽輪機和1臺300MW汽輪發電機。燃氣輪發電機組與蒸汽輪發電機組都屬于分軸布置。燃機是由德國西門子公司所生產的，型號為：SGT5-4000F（4），燃機是由15級的軸流式壓氣機、24個低NOx燃燒器所組成的環形燃燒系統、燃機輔助系統以及4級透平所組成。根據西門子公司的要求，對9F級燃氣輪機進行典型布置。將燃氣輪機的進氣系統放置在發電機房的屋頂位置時，可以起到對空氣中塵土進行過濾，并分離空氣液滴，為燃氣輪機提供潔凈空氣的作用。這套進氣系統最開始是由德國康菲爾公司所設計和制造的，后又通過京橋熱電進行改造，從而形成了現在的進氣過濾系統。進氣過濾系統屬于2級多層設計，第1級是防凍倉，從內到外依次為風雨百葉窗除濕器、防冰凍系統、防柳絮網和風雨防護罩。第2級是過濾器倉，主要包括精濾層和折疊式板式粗濾層，其中，精濾層是有2個直筒的組裝式濾芯，一共768套，折疊式板式粗濾則是由玻璃纖維無紡布折疊好并用金屬骨架固定在1個不銹鋼框架內制作而成，共256塊。精濾層中還帶有脈沖反吹自清潔系統。精濾層和粗濾層都是分為4個層次進行布置。

2 燃氣輪機進氣過濾系統存在的問題

2014年2-4月以及10-12月，北京出現長時間霧霾天氣，空氣質量非常差，京橋熱電#1、#2燃氣輪機進氣過濾系統壓差增長較快，造成機組處于低負荷運行狀態，熱網供暖情況緊張，為了提高機組的發電和供熱效率，當霧霾頻發的時期，可以經常更換進氣過濾系統中的防凍倉G4級粗濾及過濾倉板式G4粗濾，同時結合壓差的形成原因，筆者認為燃機進氣系統的設計存在以下問題：

（1）由于北京市空氣含塵量偏高，而且近年來頻繁出現霧霾、沙塵暴等惡劣天氣，導致短時間內，空氣中的灰塵、濕度大大增加，而經過2013年改造后的兩層粗濾設計，即外層防凍倉G4級粗濾及內層過濾倉板式G4粗濾，雖然吸塵量有較大提升，但是仍然不能應對北京的霧霾頻發天氣，導致燃氣輪機運行時進氣過濾系統壓差增長較快，影響燃氣輪機供電負荷及熱網供熱。

（2）燃氣輪機進氣過濾系統粗濾在霧霾頻發天氣時更換頻次較多，由于經常更換粗濾造成粗濾上灰塵掉落污染了燃機精濾，致使燃機精濾壓差增長較快，燃機進氣過濾系統總體壓差維持在較高水平，嚴重影響了機組發電及熱網供熱，造成很大的經濟損失，而且影響民生。

（3）由于進氣過濾系統粗濾容塵量較低，在應對北京這種霧霾頻發天氣時很快達到飽和狀態，因此在冬季霧霾天氣時需要頻繁更換燃機進氣粗濾，維護費用較高，影響機組效率。

3 燃機進氣過濾系統改造

本次檢修只對京橋熱電#2燃機進氣過濾系統進行改造，#1燃機進氣過濾系統保持原樣，這樣更能比較粗濾改造的實際效果。經過與燃機進氣粗濾廠家的進行探討，結合機組進氣過濾系統已經定型的基礎框架，在現有結構基礎上只對#2燃機進氣過濾系統過濾倉板式G4粗濾模塊進行改造。

原過濾倉板式G4粗濾設計參數：板式G4粗濾模塊由兩種規格板框式粗濾組成，第一種將寬500mm長7500mm厚80mm的玻璃纖維無紡布折疊好，雙面用鍍鋅網支撐固定在一個497*1593*50mm不銹鋼框架內，第二種將寬500mm長5500mm厚80mm的玻璃纖維無紡布折疊好，雙面用鍍鋅網支撐固定在一個497*1073*50mm不銹鋼框架內。兩種板框式粗濾各128塊/臺，初始壓降86Pa。改造后的粗濾為袋式粗濾，袋式過濾器結構：單個過濾外形尺寸為497×531×500-10D，每個過濾器由10個袋組成，滿足EN779-2012[5]標準M6，濾袋與濾袋之間的間隔均勻，濾袋的進風通道平滑通暢，避免了多余的濾料阻塞通道或者造成紊流現象，初始壓差62Pa，每套640塊。

4 經濟效益分析

根據西門子燃氣輪機的運行特點，其中進氣過濾系統的壓差會對燃氣輪機機組的整體負荷產生直接影響，根據西門子公司所提供的數據可知，當出現500Pa的壓差時，就會導致機組出現2MW功率的損失。根據機組年發電4500h進行計算可知，在機組運行時，根據袋式粗濾平均壓差相較于板框式粗濾的平均壓差低100Pa進行計算，結果顯示，其所增加的發電量大約有1800MW·h（單臺機），上網電價按照0.80元/（kW·h）進行核算，則能夠直接增加經濟收益高達144萬元。

5 結束語

通過對京橋熱電#2燃氣輪機進氣過濾系統的改造，有效的降低了進氣過濾其系統壓差，使過濾倉袋式粗濾的更換周期延長，減少了粗濾更換頻次，避免了對精濾的污染，保證了精濾的潔凈，更是提高了機組應對霧霾、沙塵等惡劣天氣的能力，通過這樣有針對性的改進，使機組的整體運行水平有了明顯的改善，機組的經濟效益有了提升。對于其余電廠燃氣輪機組過濾系統改造提供了參考，結合自身實際出發，找到合適的優化解決方案。

參考文獻

[1]俞立凡，方煒.9F燃氣輪機進氣過濾系統的運行及改進[J].浙江電力，2007（6）：36-38.

[2]謝亞軍.燃氣輪機進氣過濾系統的改造[J].華電技術，2013，35（7）：64-65.