M701F3型燃氣輪機進氣系統優化分析及改造

王力

摘? ?要：該文針對M701F3型燃氣輪機進氣系統進行分析研究，從進氣系統壓力損失和進氣過濾器過濾精度對燃機運行的影響分別進行闡述。根據分析和研究結論制定改造方案解決實際生產過程中存在的具體問題，使用袋式過濾器替代原板式過濾器，將初效過濾器的面積提高了數十倍，極大的提高了初效過濾的容塵能力，實現了初效過濾對精過濾的長期有效保護，同時提高初效過濾器和精過濾器的過濾精度。進氣系統實現更加高效的過濾和使用壽命的延長，經實踐檢驗改造方案可提高燃機進氣系統可靠性同時實現經濟運行。

關鍵詞：M701F3型燃氣輪機;進氣系統;壓力損失;過濾器;改造

中圖分類號：TK478? ? 文獻標志碼：A

燃機進氣系統一般包括了多級過濾，進氣系統的壓損將造成壓氣機進口壓力低于大氣壓力，壓氣機耗功增加，透平的出力將更多的消耗在壓氣機，其次進氣壓力降低使空氣比體積增加，空氣流量減少。進氣系統壓力損失變大將使燃機的出力和效率將同時下降。

燃機進氣系統的功能主要是對進入燃機壓氣機的空氣進行預處理，確保相對潔凈的空氣進入壓氣機和燃機透平，未過濾掉的塵粒將沖刷壓氣機和透平葉片或造成結垢，最終將降低燃機效率和出力。

1 某廠M701F3型燃機進氣系統組成和運行情況

燃氣輪機采用二級過濾，進氣量651 kg/s，初效過濾器運行壓差不高于450 Pa，精過濾器運行壓差不高于850 Pa，精過濾器設計過濾等級F8，初效過濾器板式過濾器，過濾等級G4。

1.1 運行中精過濾器存在的問題

精過濾器使用壽命短，運行壓差高，使用壽命約3 000 h，遇到雨霧天氣，過濾器壓差急劇上升，天氣轉好后壓差也無法恢復初始狀態，長期在高壓差狀態下運行，嚴重影響機組安全經濟運行。精過濾器過濾精度較低，無法滿足低能耗高精度的要求，大量的灰塵顆粒進入燃機內部，易造成燃機葉片積垢，造成壓氣機效率下降。

1.2 運行中初效過濾器存在的問題

初效板式過濾器未對進氣系統精過濾器形成有效保護，過濾面積小容塵能力差，運行壓差高，經統計過濾器使用壽命約1 500 h。初效過濾器長期保持在高壓差狀態下運行，造成進氣壓力損失增加。

2 進氣系統相關分析

2.1 進氣系統壓力損失對燃機的影響

燃機壓力保持系數Φ= ΦC×Φr×Φt壓氣機進氣壓力保持系數ΦC=Pa-△p1*/Pa， 由以上公式可知，如燃燒室壓力保持系數Φr和排氣壓力保持系數Φt不變，進氣系統壓力損失△p1*變大將使燃機壓力保持系數Φ變小。

曲線說明：

除變量外的其他影響因數都是一般技術水平，與M701F3機型不完全一致。

抽氣系數μcl=0.04;燃燒效率ηf=0.98。

渦輪效率ηt=0.91;壓氣機壓比πi=20。

壓力保持系數? ?循環溫比 τ=5.5;壓氣機效率ηc=0.89。

機械效率ηm=0.99。

如圖1所示，簡單循環燃機壓力保持系數約0.92～0.96，根據大氣壓力修正曲線壓力保持系數在該區間變化0.05對應燃機效率變化0.01，根據壓力保持系數計算公式得出，兩級過濾器總壓差在1 200 Pa（高壓差）與400 Pa（低壓差）對比壓力保持系數相差約0.008，對應燃機效率變化約0.0016，燃機功率變化0.01。

2.2 進氣過濾器過濾精度對燃機的影響

過濾器過濾精度低，會造成空氣中較多塵粒進入燃機，部分塵粒雜質將造成壓氣機葉片結垢。在壓氣機眾多的實效模式中，結垢造成的壓氣機性能退化達到70%～85%。大顆粒的塵粒也將沖刷葉片造成磨損，壓氣機的葉片結垢或磨損均改變了葉片型線，使壓氣機的壓比、效率下降低，壓氣機性能曲線的變化也會造成燃機喘振裕度的降低。

對燃機效率和出力的影響：參考原件特性對燃氣輪機性能的影響，壓氣機效率每下降1%，機組效率下降2.3%，燃機比功下降2.3%。

3 M701F3燃機進氣系統改造

初效過濾器由板式改造為袋式，不改變進氣口布置增大過濾面積，降低系統壓損，因過濾效果得到改善，空氣中更多塵粒等雜質將被初效過濾器攔截，減輕精過濾器負擔，同時因初效過濾器面積提高了幾十倍，容塵能力得到極大提高。

精過濾器部分，通過增加過濾面積和改變濾材降低初始濾芯運行阻力，過濾等級提高至F9，對0.4 μm的粒子初始過濾效率不低于70%，平均效率提高5%，以M701F3型燃機為例，僅考慮平均效率的影響，每1 000 h進入壓氣機和透平的塵顆將減少約10 kg（空氣總懸浮物濃度80μg/m?）。

精過濾器在雨霧天氣壓差快速上漲原因是主要成份為木漿的濾芯在潮濕環境下，遇水膨脹，過濾器內部變形，且變形是不可逆的，無法通過反吹掃恢復性能，過濾器快速失效。該問題可通過選擇抗濕性能良好的濾材得到控制。

4 改造后效果

2016年某機組完成改造，初效過濾器初始壓力損失下降120 Pa，平均壓力損失下降約300 Pa，使用壽命可達到5000 h，較板式初效過濾器使用壽命（1 500 h）提高3倍以上。同時提高了燃機的效率和出力。

精過濾器提高過濾等級后，粗略計算每運行1 000 h進入燃機的塵顆將減少10 kg，壓氣機效率、燃機效率和出力的下降幅度將得到改善，減少了燃機水洗的頻率。

5 結語

燃氣輪機進氣系統過濾器的選用和布置對燃氣輪機熱效率和出力有較大的影響，因燃氣輪機的部分性能曲線屬制造商保密內容，文中部分計算不能完全精確，但對工程實踐仍具有參考意義。通過對初濾的改造以及合理選擇精過濾器能夠降低進氣系統壓損和降低空氣中塵粒對壓氣機和透平的影響，燃氣輪機在濕度大的區域運行應選擇抗濕性能良好的過濾器。

參考文獻

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