燃氣輪機進氣過濾裝置的運行與改進

摘要：文章燃氣輪機進氣系統中過濾裝置運行流程以及運行中存在的問題進行闡述分析，對現階段燃氣輪機廣泛使用的過濾裝置中存在的進氣壓力損失問題進行分析，并提出改進方案。

關鍵字：燃氣輪機;進氣;脈沖反吹

燃氣輪機是目前工業中應用廣泛的動力設備之一，燃氣輪機使用可燃氣體作為燃料，帶動輪機旋轉，實現熱能向機械能的轉化。受燃氣輪機原理和組成結構決定，燃氣輪機在工作中對空氣質量有很高的要求，在輪機空氣過濾系統不能對進入空氣實現有效過濾時，會導致機組輸出功率的降低，并引發一系列故障。

1進氣過濾系統的類型及運行方式

三級空氣過濾器和脈沖空氣清洗裝置，是目前在燃氣輪機空氣過濾系統中應用最為廣泛的兩種過濾裝置，在6b型燃氣輪機機組中三級空氣過濾裝置應用較多，而在9f燃氣輪機機組中，脈沖空氣清洗過濾系統應用較多。

濾芯或濾材是過濾系統核心組成部分，濾材性能直接決定過濾系統的最終過濾效果。濾材一般密度大，強度高，空氣在通過濾材時空氣中存在的粉塵以及大顆粒會被阻隔在外，無法通過濾材，并在濾材表面形成結痂。此時反向脈沖氣流可以讓結痂部分脫落，實現對濾材的自主清洗，這種帶有脈沖反吹系統的過濾裝置稱為“自潔式過濾器”此類過濾器中，過濾元件一般為剛性過濾筒，圓筒式過濾器采用韌性超高的纖維紙，具有優秀的耐破和防潮能力。

脈沖空氣自清洗過濾裝置從工藝結構原理角度可以細分為懸吊燈籠式底部進氣、立式二面迎風進氣兩種方式。其中懸吊燈籠式底部進氣脈沖過濾系統， 因此采用底部進氣結構設計，其灰塵過濾和清洗效果更佳，但其占地面積也更大，在部分燃氣輪機結構中為了節約過濾設備的占地面積，選擇雙層甚至多層結構。立式二面迎風進氣結構脈沖過濾器占地面積較小，但需要進行高位安裝同時需要加裝慣性分離器。但此類過濾設備需要使用臥式濾芯，濾芯出氣位置較高，出氣時帶動灰塵對下步濾芯造成污染，減弱了脈沖式過濾設備自我清洗的功能。同時，此類設備抗潮能力弱，在雨季時過濾性能減弱，濾芯消耗量也較高。

綜上所述，基于提高機組運行穩定性、提高燃氣機輪運行經濟性以及運行穩定性和安全性三方面的共同考慮，懸吊式底進氣式脈沖過濾設備優勢更為巨大。但在潮濕環境下過濾效果較差是脈沖過濾設備的通病，在濕度較高的南方環境下脈沖空氣自清洗過濾裝置實用價值較低，還需要進一步的完善和優化。

2.進氣過濾機脈沖反吹系統

由唐納森公司設計制造的立式二面迎風進氣裝置是9fa型燃氣輪機應用最多的過濾設備。該設備設計流量約為32m3/min?？梢猿惺艿淖畲筮M氣溫度為80℃;過濾設備有多層濾芯，一般由650-680對濾芯。在工作中，過濾設備中的脈沖清洗系統通過對空氣進行加壓，形成壓縮空氣脈沖形成反向氣流對濾芯進行沖擊，產生高頻振動，促進濾芯側面積灰掉落，從而延長濾芯更換周期。有助于保持過濾器效率，脈沖清洗系統使用的空氣由壓氣機提供，經過壓氣機處理的空氣純凈干燥，并經過空氣處理單元冷卻。

進氣處理單元簡稱APU，由隔離電磁閥，進氣濾反吹壓力調節閥、雙塔干燥器、空冷器、氣水分離器、凝聚過濾器、除塵過濾器等組成。在吹掃時，首先由空氣處理單元對空氣進行處理，初步烘干過濾后，將空氣輸入進氣濾吹掃母管中，進行分段吹掃，現場脈沖系統有多種控制模式，可以根據使用環境和使用需求自行選擇手動模式、罐斷模式、自動模式以及請求模式。其中自動請求模式可以根據實際情況進行不同的清洗操作。第一，時鐘控制清洗，可以在操作系統內設定對應的清洗周期，通過時鐘宏命令讓控制器發送相應指令，控制系統定期工作。第二，濕度識別清洗，基于設備中安裝的濕度傳感器設備，獲取濕度信息，當相對濕度超過系統預設濕度時，過濾器脈沖清洗裝置自動啟動，進行清洗工作，系統通過傳感器設備繼續對濕度進行監控，在相對濕度下降至預設濕度以下時，過濾系統清洗裝置停止工作。第三，壓差識別清洗，壓差大于747pa時，壓差開關會自動何必，過濾器脈沖清洗系統啟動，直至壓差下降至622pa范圍后，壓差開關會斷開，脈沖清洗裝置停止工作。

3脈沖清洗系統的改進

根據前文所述，空氣過濾器中當系統檢測到內外壓差大于747時，壓差開關會閉合，系統自動啟動反吹系統，但在實際的應用中，燃氣輪機運行時反吹效果不夠理想，與預期效果相差明顯。主要由以下幾個問題導致。

第一，進氣系統材料問題

燃氣輪機進氣口過濾裝置的進氣管道考慮制造成本以及防腐等問題，多數采用非金屬材料。雖然在一定程度上提高管道的防腐能力并降低了制造成本，但非金屬管道在強度和耐高溫角度上與金屬管道存在很大的差異，在氣源溫度超過350℃后，空氣冷凝器降溫性能不足以滿足近非金屬管道的降溫需求，導致管道受熱變形，管道上的元件容易受到損壞。

第二，濾芯二次污染，導致脈沖效果減弱

新更換濾芯器壓差會長期小于747pa，一般選擇手動模式進行控制，在反吹環節，反吹氣流會將上層濾芯上的灰塵帶起，對下部濾芯造成內部污染，直接導致脈沖效果減弱，在機組停止運行以后，壓氣機沒有出力，反吹系統不能工作。

第三，濾芯較臟時，自動清洗工作無效

濾芯在長期使用后，由于表面灰塵沉積嚴重，濾芯壓差會大于747pa。機組在請求控制模式下會自動啟動反吹系統，但長期使用的濾芯灰塵結痂較厚，尤其在南方濕度較高的環境下，緊靠脈沖清洗裝置提供的反沖氣流很難實現有效清理。

第四，油性污染難以清除，

在空氣質量較差，尤其是含油油基物質時，回對濾芯造成不可逆的影響，油基物質一旦侵染濾芯，沒有有效的去除方法。

第五，冷卻風扇保護系統過于靈敏，實際應用效果差

APU控制單元冷區其風扇一般具有過熱過載保護裝置，但現階段使用的保護裝置過濾靈敏，識別精度不足，在外界逆風略大時，就會自動啟動保護裝置，啟動后無法自動復位，需要人空復位，增加了操作難度。

為此對燃氣輪機進氣過濾裝置的改進應以上述五個問題作為基礎，制定改進方案。首先優化系統的反吹控制模式，增加停機后空氣濾清器人工反吹功能，反吹氣源取自本機的儀用空氣系統， 改進后， 利用儀用空氣進行反吹， 反吹掉的灰塵不會被重新吸到空氣濾清器上， 反吹效果更好。

一般情況下，為了提高反吹效果，建議燃氣輪機機組管理人員，每次停機時，都采用手動反吹的方式進行過濾器的清理工作，同時盡可能的對反吹空氣進行過濾和加熱，從降低二次污染，也有助于讓受潮的濾材盡快恢復干燥，從降低進氣阻力也提高了過濾效果。最后反吹環境會產生極大的噪音，從環保和公益角度，反吹工作應盡量在白天進行，同時要嚴格控制反吹的時間。

最后，還要特別注意防止因空氣濕度增加而使灰塵吸附力增加。 要根據天氣的濕度情況檢查原反吹系統是否啟動， 及時地將過濾器表面的灰塵反吹掉。

參考文獻

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作者簡介：趙志強，性別：男，民族：漢，籍貫：山東萊西，出生年月：1980年11月，文化程度：本科，現有職稱：工程師，就業單位：哈爾濱電氣股份有限公司，研究方向：燃氣輪機.