Trent60燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的改進(jìn)

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(fā)電作為一種清潔能源，在燃?xì)獍l(fā)電領(lǐng)域呈現(xiàn)出快速發(fā)展的局面。在北方地區(qū)，燃?xì)鉄犭姀S不僅可以起到快速啟停，電網(wǎng)調(diào)峰的作用，而且還可以向周邊的地區(qū)供熱，但是由于沙塵、霧霾、雨雪等惡劣天氣的影響，嚴(yán)重影響了燃?xì)怆姀S的運(yùn)行，容易造成被迫下調(diào)負(fù)荷或停機(jī)，以及供熱緊張或停暖等事件，為此，改進(jìn)壓氣機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)成為許多燃?xì)廨啓C(jī)電廠面臨的迫切問題。

1 壓氣機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的組成

西部某電廠安裝的Trent 60燃?xì)廨啓C(jī)是國內(nèi)引進(jìn)的首臺(tái)由Rolls-Royce公司研發(fā)的航改工業(yè)燃機(jī)，該燃機(jī)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)RR211系列航空發(fā)動(dòng)機(jī)Trent 800的派生機(jī)型。其主要結(jié)構(gòu)有3部分：燃?xì)廨啓C(jī)（透平或動(dòng)力渦輪）、壓氣機(jī)（空氣壓縮機(jī)）和燃燒室。其工作原理為：葉輪式壓縮機(jī)從外部吸入空氣，壓縮后送入燃燒室，同時(shí)燃料也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進(jìn)行燃燒。生成的高溫高壓煙氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功，推動(dòng)動(dòng)力葉片高速旋轉(zhuǎn)，尾氣排入大氣中或再加利用[1]。

目前電站燃?xì)廨啓C(jī)采用的進(jìn)氣過濾系統(tǒng)有常見的三級(jí)過濾裝置或脈沖空氣自清洗過濾裝置兩種方式[2]，該系統(tǒng)在機(jī)組整個(gè)發(fā)電過程中起到向燃?xì)廨啓C(jī)提供潔凈空氣的作用，既要保證燃燒室內(nèi)天然氣的穩(wěn)定燃燒，同時(shí)向燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)葉、靜葉及壓氣機(jī)反吹提供冷卻風(fēng)和吹掃用氣[3]。Trent 60燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)布置在發(fā)電機(jī)組的屋頂上，由德國康菲爾公司設(shè)計(jì)和制造，為2級(jí)多層設(shè)計(jì)，第1級(jí)由百葉窗和防鳥網(wǎng)組成，第2級(jí)由粗濾和精濾組成。如圖1所示。

圖1 壓氣機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的組成

百葉窗主要功能是防止雨雪進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)，同時(shí)，在百葉窗的后布置有防鳥網(wǎng)，它可以防止大型昆蟲和鳥類飛入進(jìn)氣系統(tǒng)，保護(hù)進(jìn)氣系統(tǒng)能夠正常運(yùn)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?xì)廨啓C(jī)的整個(gè)運(yùn)行過程中，工作人員無法進(jìn)入過濾倉，也無法在線更換破損的粗濾和精濾。

2 進(jìn)氣過濾系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題

隨著運(yùn)行時(shí)間的加長，燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)入口的濾網(wǎng)污染情況會(huì)逐步惡化，特別是春秋季節(jié)的沙塵天氣，和冬季的雨雪天氣，過濾網(wǎng)的前后壓差會(huì)迅速增大，甚至破損，從而危及發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷和安全。由于入口濾網(wǎng)的堵塞，使進(jìn)入燃燒室的空氣量減少，參與燃燒的燃料量隨之降低，燃?xì)廨啓C(jī)的排煙量也相應(yīng)下降，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的熱效率降低，熱耗增加，機(jī)組負(fù)荷降低，如果濾網(wǎng)堵塞嚴(yán)重，將會(huì)造成濾網(wǎng)破損，從而嚴(yán)重污染燃?xì)廨啓C(jī)，甚至造成安全事故。由于康菲爾公司的設(shè)計(jì)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(shí)際使用更換周期不足40天，這遠(yuǎn)低于原設(shè)計(jì)的一年更換更換周期。

此外，在壓氣機(jī)入口濾網(wǎng)壓差增大的過程中，濾網(wǎng)后的進(jìn)氣段也會(huì)被污染，IGV及個(gè)級(jí)葉片上的污垢會(huì)逐步增多。壓氣機(jī)葉片結(jié)垢后，級(jí)間壓縮比逐漸降低，壓氣機(jī)效率會(huì)緩慢下降，同時(shí)會(huì)造成葉片的化學(xué)和機(jī)械腐蝕影響壓氣機(jī)的葉片安全，經(jīng)過對(duì)壓氣機(jī)的水洗樣分析后發(fā)現(xiàn)，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(jī)入口濾網(wǎng)的效果變差后，進(jìn)入壓氣機(jī)入口的空氣品質(zhì)不斷下降，空氣中的固體顆粒物進(jìn)入壓氣機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)熱通道部件中，導(dǎo)致燃燒室內(nèi)火焰筒及過渡段壁面上的冷卻風(fēng)孔局部堵塞，冷卻不足，燃燒室內(nèi)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(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的改進(jìn)

由于壓氣機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)定型，除更換過濾系統(tǒng)外，無法增加自清洗過濾裝置，根據(jù)Trent60燃機(jī)的進(jìn)氣要求（表1）。

表1 燃機(jī)燃燒室進(jìn)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?xì)膺M(jìn)氣質(zhì)量降低的主要原因是現(xiàn)有的過濾器過濾面積不足，精度過低及過濾層數(shù)不夠等，根據(jù)分析的原因和燃機(jī)的進(jìn)氣要求，對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)行過濾系統(tǒng)主要從以下2個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。

（1）改進(jìn)壓氣機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)粗濾和精濾，將原設(shè)計(jì)的6袋片狀結(jié)構(gòu)更換為12袋折疊式結(jié)構(gòu)，并增加粗濾的過濾面積。

原設(shè)計(jì)型號(hào)Hi-Cap 66為6袋化纖袋式粗效預(yù)過濾器，過濾精度為G4（歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)EN779）,單片規(guī)格為596mm×596mm×360mm（長×寬×高)，有效過濾面積2.6m2，設(shè)計(jì)初始?jí)航?0Pa，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(jìn)為具有12袋玻璃纖維袋式過濾器，型號(hào)升級(jí)為：Hi-Flo M7/G25-GT-10，升級(jí)后的過濾器單片規(guī)格尺寸與Hi-Cap 66相同，過濾精度提高為F7(歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)型號(hào)為CAM-GT-F7的壓氣機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)EN779),單片過濾器規(guī)格為 596mm×596mm×292mm（長×寬×高)，有效過濾面積19m2，設(shè)計(jì)初始?jí)航?60Pa，最大允許壓降600Pa，通過實(shí)驗(yàn)，精濾型號(hào)升級(jí)為CAM-GT-F9，過濾器精度提高為F9，單片過濾器規(guī)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(jī)的化學(xué)清洗周期，保護(hù)了燃機(jī)。

（2）在壓氣機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的百葉窗外增加一過濾層,當(dāng)霧霾、風(fēng)雪及沙塵天氣來臨時(shí)，將整張面積為7000×9000的G4精度合成化學(xué)纖維濾布遮罩在燃?jí)簹鈾C(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的百葉窗外，類似給進(jìn)氣裝置帶了一個(gè)口罩，當(dāng)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(jī)運(yùn)行期間操作，并不會(huì)影響燃機(jī)運(yùn)行。雖然口罩的應(yīng)用，對(duì)燃機(jī)的負(fù)荷有一點(diǎn)影響，但是口罩提高了燃機(jī)在惡劣天氣條件下運(yùn)行的安全性和可靠性，而且可在線操作。

4 改進(jìn)效果

經(jīng)過對(duì)改造升級(jí)后的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行與改造前的系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)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(jī)，每次停機(jī)按24小時(shí)計(jì)算，直接損失發(fā)電量2400MW按照年運(yùn)行時(shí)間5500小時(shí)計(jì)算，按照每次停機(jī)24小時(shí)，直接損失發(fā)電量3000MW·h，按平均45M小時(shí)的發(fā)電量計(jì)算，發(fā)電損失可至少減少停機(jī)次數(shù)2個(gè)批次，節(jié)約粗濾280片，節(jié)約精濾5個(gè)批次560片，可挽回直接經(jīng)濟(jì)損失近300萬元以上。

5 結(jié)論

通過對(duì)燃機(jī)壓氣機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的改造，即延長了過濾器的更換周期，又減少了機(jī)組的日常維護(hù)量，也實(shí)現(xiàn)了惡劣天氣條件下機(jī)組的在線保護(hù)，改善了機(jī)組抗惡劣天機(jī)的干擾能力，提高了發(fā)電運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)也降低了機(jī)組的發(fā)電成本，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益，可為今后同類型機(jī)組的改造提供參考經(jīng)驗(yàn)。

［1］謝獻(xiàn)忠.進(jìn)行處理質(zhì)量對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的影響 [J].汽輪機(jī)技術(shù),49(3).

［2］余立凡，方煒.9FA燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的運(yùn)行及改進(jìn)[J].浙江電力,2007,(6).

［3］楊順虎，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：中國電力出版社，2003.