燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾裝置的運(yùn)行及改進(jìn)探討

摘要：燃?xì)廨啓C(jī)是以空氣與燃?xì)庾鳛橹饕べ|(zhì)的，所以它的進(jìn)口空氣質(zhì)量與純凈度是提升燃?xì)廨啓C(jī)性能的關(guān)鍵性條件。由于設(shè)備空氣濾網(wǎng)會(huì)因污染、霜凍等原因而產(chǎn)生堵塞，造成進(jìn)氣壓力損失現(xiàn)象，使燃?xì)廨啓C(jī)功率處于高損耗狀態(tài)，所以必須對(duì)其進(jìn)氣過濾裝置的運(yùn)行進(jìn)行改進(jìn)。文章對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾網(wǎng)的運(yùn)行及改進(jìn)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；進(jìn)氣過濾裝置；運(yùn)行方式；濾網(wǎng)更換；更換周期計(jì)算模型 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK47 文章編號(hào)：1009-2374（2016）21-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.017

由于空氣中含有大量的有機(jī)物及無(wú)機(jī)物顆粒雜質(zhì)，所以以空氣作為主要工質(zhì)的燃?xì)廨啓C(jī)就必須對(duì)進(jìn)口空氣進(jìn)行雜質(zhì)過濾處理，否則長(zhǎng)久以往就會(huì)形成腐蝕性積垢侵蝕機(jī)組葉片或者堵塞進(jìn)出口空氣交換能力，使得機(jī)組的壽命周期受到影響。

1 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的運(yùn)行方式

就目前技術(shù)來看，行業(yè)領(lǐng)域中比較常見的電站燃?xì)廨啓C(jī)所采用的進(jìn)氣過濾系統(tǒng)一般有兩種：脈沖空氣自清洗過濾裝置與三級(jí)過濾裝置。本文主要談?wù)勅?jí)過濾裝置。

三級(jí)過濾裝置的主要組成部分包括預(yù)過濾器、精過濾器與慣性分離器，其中慣性分離器主要通過慣性撞擊流經(jīng)過濾裝置中的空氣，將空氣中的灰塵顆粒分離并去除掉。除能分離空氣灰塵顆粒之外，它還能分離水滴等液體。

預(yù)過濾器的位置處于慣性分離器和精過濾器之間，它能夠拆除玻璃纖維襯墊結(jié)構(gòu)，由玻璃纖維條帶在經(jīng)過熱定型后與系統(tǒng)裝置粘合在一起的，其本身就有一定厚度與彈性的襯墊。它的主要工作就是防止水浸透，把進(jìn)入裝置中的小水滴匯集成大水滴，通過襯墊將水滴以蒸發(fā)形式處理掉。

精過濾器也叫高效介質(zhì)過濾器，它由高效木漿纖維濾紙和超細(xì)玻璃纖維兩種物質(zhì)組成，它們的作用都是為了增加系統(tǒng)裝置的防潮性。

在技術(shù)方面，三級(jí)過濾裝置會(huì)采用V形二面迎風(fēng)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行空氣介質(zhì)交換，但是它的主要問題是抗?jié)裥圆蛔悖坏┭b置受潮其內(nèi)部的灰塵顆粒就會(huì)集結(jié)并形成糊狀堵塞過濾網(wǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致裝置氣壓損快速提升。如此經(jīng)過一段時(shí)間后裝置的濾芯就會(huì)破損，使得整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)壽命嚴(yán)重縮短。

由于三級(jí)過濾裝置所采用的是框式過濾器，所以它的進(jìn)口空氣流速一般都保持在2～3m/s，如果流速不符合標(biāo)準(zhǔn)則可能造成進(jìn)口阻力損失的增加，進(jìn)而導(dǎo)致過濾器本身的進(jìn)氣壓力受到損失。經(jīng)過實(shí)踐表明，全新的進(jìn)口過濾裝置其進(jìn)氣阻力為103Pa，而受到嚴(yán)重污染后它的進(jìn)氣阻力能夠達(dá)到1500Pa甚至以上，此時(shí)就必須對(duì)裝置的過濾網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化或更換?；谝酝?jīng)驗(yàn)來看，進(jìn)氣過濾裝置中的精過濾器與預(yù)過濾器的更換倍比應(yīng)該控制在3∶1的關(guān)系，每當(dāng)預(yù)過濾器第三次更換時(shí)，就應(yīng)該考慮更換一次精過濾器。

2 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾裝置的進(jìn)氣濾網(wǎng)優(yōu)化改進(jìn)

如上文所述，燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，其進(jìn)氣過濾裝置內(nèi)的預(yù)過濾器及精過濾器工作狀態(tài)就越差，尤其是兩種過濾器的濾網(wǎng)壓差會(huì)越來越大，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組整體的輸出功率都會(huì)造成一定的阻礙，所以需要對(duì)其進(jìn)氣濾網(wǎng)進(jìn)行更換優(yōu)化，確保電廠持續(xù)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益性。一般來說，目前的進(jìn)氣過濾裝置濾網(wǎng)要等到壓差達(dá)到設(shè)定值之后才考慮更換，但是對(duì)于電廠企業(yè)而言，其設(shè)定值還要根據(jù)自身廠址所處的大氣環(huán)境位置、燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行方式來確定。所以從技術(shù)角度來看，進(jìn)氣過濾網(wǎng)可改進(jìn)優(yōu)化的地方有很多。本文所給出的是基于全生命周期內(nèi)單位發(fā)電量更換成本最小原則的進(jìn)氣過濾網(wǎng)優(yōu)化

方案。

2.1 進(jìn)氣過濾網(wǎng)的全生命周期成本分析

要明確燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組中進(jìn)氣過濾網(wǎng)的生命周期成本組成，它主要包括了裝置的初始建設(shè)成本、運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的附加成本以及停機(jī)更換成本。

在初始建設(shè)成本中，進(jìn)氣過濾網(wǎng)是由多個(gè)對(duì)濾芯組成的，企業(yè)可以根據(jù)濾芯價(jià)格來計(jì)算全套濾網(wǎng)裝置的整體價(jià)格?？紤]到由于對(duì)過濾網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化期間機(jī)組要停止運(yùn)行，為電廠帶來一定經(jīng)濟(jì)損失，所以要根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的實(shí)際發(fā)電負(fù)荷、汽耗率和停機(jī)更換時(shí)間來計(jì)算停機(jī)更換成本。

而在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的附加成本中就主要來源于空氣過濾器。這一裝置雖然能夠減少空氣中污染物進(jìn)入進(jìn)氣過濾裝置的可能性，降低了系統(tǒng)的結(jié)垢速率，但它同時(shí)也增加了進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的阻力，使得裝置中的壓氣機(jī)在出口壓力不變的情況下，壓氣機(jī)的壓力比迅速增加，壓氣機(jī)的能耗不斷攀升，最終導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)的工作功率大幅度下降。所以空氣過濾器的安裝從某種程度上降低了燃?xì)廨啓C(jī)的基本功率卻提升了它的熱耗率，也提升了機(jī)組運(yùn)行的基本成本。

2.2 進(jìn)氣過濾裝置濾網(wǎng)優(yōu)化的周期計(jì)算模型

按照上文的研究，燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的進(jìn)氣過濾裝置過濾網(wǎng)生命周期應(yīng)該為T，在T范圍內(nèi)的成本優(yōu)化模型應(yīng)該為：

由此推出進(jìn)氣過濾網(wǎng)的濾網(wǎng)更換成本優(yōu)化模型應(yīng)該為：

式中：T表示濾網(wǎng)的更換周期（h）；Pr表示機(jī)組的運(yùn)行發(fā)電效率（kW）；Ctotal表示進(jìn)氣過濾網(wǎng)的生命周期更換成本優(yōu)化（萬(wàn)元）；△P表示周期內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組降低的功率（kW）。

3 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾裝置改進(jìn)案例簡(jiǎn)析

基于上述燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的進(jìn)氣過濾裝置濾網(wǎng)生命周期成本優(yōu)化改進(jìn)模型設(shè)計(jì)，本文從經(jīng)濟(jì)成本及技術(shù)兩方面探討某西部電廠的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾裝置優(yōu)化改進(jìn)策略。

3.1 電廠燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾裝置基本情況概述

某西部電廠所采用的Trent60燃?xì)廨啓C(jī)，該燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組主要包含3個(gè)組成部分：燃?xì)廨啓C(jī)、壓氣機(jī)以及燃燒室。它的進(jìn)氣過濾裝置就是按照三級(jí)過濾裝置來實(shí)現(xiàn)的。在該電廠，進(jìn)氣過濾裝置為典型的2級(jí)多層設(shè)計(jì)：第一級(jí)設(shè)計(jì)包括了防鳥網(wǎng)和百葉窗；二級(jí)設(shè)計(jì)包括了粗過濾器與精過濾器兩種模式。

由于西部氣候比較惡劣，尤其是在春秋季常常出現(xiàn)沙塵天氣，再配合冬季不規(guī)律的雨雪天氣，該電廠進(jìn)氣過濾裝置的過濾網(wǎng)壓差隨機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的持續(xù)而越來越大，造成了機(jī)組內(nèi)部濾芯的損壞。另外，該電廠的入口濾網(wǎng)也存在堵塞現(xiàn)象，它所造成的后果就是進(jìn)入燃燒室內(nèi)的空氣量在逐漸降低，這也就意味著能夠參與燃燒的燃料量也隨之降低。另外，機(jī)組壓氣機(jī)裝置的入口濾網(wǎng)壓差也在不斷增加過程中，特別是濾網(wǎng)之后的進(jìn)氣段也受到了嚴(yán)重污染，使得過濾進(jìn)口位置的過濾葉片污垢大量堆積，造成了燃燒輪機(jī)進(jìn)氣過濾裝置級(jí)間壓縮比的大幅度降低，而壓氣機(jī)的效率也在不斷下降?；谝陨现T多問題可以明確必須要對(duì)該廠進(jìn)氣過濾裝置進(jìn)行改進(jìn)，確?；謴?fù)改善它的生產(chǎn)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的改進(jìn)措施

按照該電廠的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣需求，明確機(jī)組燃燒室的基本進(jìn)氣空氣流量指標(biāo)，見表1：

由表1可以發(fā)現(xiàn)，燃燒室隨溫度增加其進(jìn)氣流量在不斷降低，進(jìn)氣質(zhì)量也明顯下降，其主要原因還應(yīng)該歸咎于進(jìn)氣過濾裝置的過濾網(wǎng)堵塞，可過濾面積嚴(yán)重不足，也導(dǎo)致了進(jìn)氣過濾精度的大幅降低。按照以上問題，本文對(duì)該電廠進(jìn)氣過濾裝置過濾網(wǎng)做出以下兩方面改進(jìn)：

首先，要對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)中的粗過濾器與細(xì)過濾器進(jìn)行改良，將原本裝置設(shè)計(jì)中的6袋片狀結(jié)構(gòu)改良為12袋折疊式結(jié)構(gòu)，同時(shí)也要大幅度提升粗過濾器的過濾面積。按照原始設(shè)備的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來看，粗過濾器為6袋化纖袋式粗預(yù)過濾器，它的有效過濾面積達(dá)到3m2，而設(shè)計(jì)初始?jí)航禐?0Pa。為了改良進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的空氣雜質(zhì)過濾能力，所以才把它改為12袋折疊式結(jié)構(gòu)，同時(shí)將過濾精度提高到F7（歐洲標(biāo)準(zhǔn)），形成12袋玻璃纖維袋式過濾器。經(jīng)過如此改良后，它的過濾面積達(dá)到了9m2，壓降也比原來提升3倍，從整體上也增加了進(jìn)氣過濾裝置中過濾網(wǎng)及濾芯的使用壽命。

其次，應(yīng)該考慮在裝置中壓氣機(jī)的系統(tǒng)百葉窗位置增加一道過濾網(wǎng)層，因?yàn)楫?dāng)?shù)貝毫拥娘L(fēng)沙雨雪環(huán)境，所以新加入的過濾網(wǎng)層是根據(jù)精度合成化學(xué)纖維濾布所制作而成的，它附著于百葉窗之外，為進(jìn)氣裝置形成了一道防御體系，提高了燃?xì)廨啓C(jī)在惡劣天氣環(huán)境下運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，但它同時(shí)也會(huì)對(duì)燃機(jī)輪組整體的負(fù)荷帶來一定影響。

在經(jīng)過以上兩點(diǎn)優(yōu)化改進(jìn)后，相比于改造前，系統(tǒng)的粗過濾器更換周期增加到60天左右（原來為40天），而精過濾器的更換周期也增加到200天以上（原來為40天），同時(shí)在運(yùn)行過程中降低兩次停機(jī)可能。如果將每次停機(jī)時(shí)間計(jì)算為24小時(shí)，那么兩次停機(jī)所損失的發(fā)電量超過3000W·h。因此以平均50M的發(fā)電量來進(jìn)行計(jì)算，兩次停電可以直接節(jié)約粗過濾器280片，精過濾器560片，挽回直接損失超過350萬(wàn)元。這說明該電廠對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾裝置中過濾網(wǎng)的改良是非常到位的，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都得到了收效。

3.3 其他技術(shù)改進(jìn)建議

考慮到三級(jí)過濾裝置在技術(shù)改進(jìn)方面與立式兩面迎風(fēng)進(jìn)氣自清洗過濾器在設(shè)計(jì)框架上基本一致，所以對(duì)三級(jí)過濾裝置的改造同樣不難，根據(jù)西部該電廠的技術(shù)改造經(jīng)驗(yàn)分析，將原始過濾裝置改造為自消式過濾裝置具有一定可行性。一般來說，應(yīng)該首先擴(kuò)大過濾器的面積，保證進(jìn)氣壓力損失使它處于一個(gè)可接受的損失范圍內(nèi)。由于過濾網(wǎng)的總面積得以擴(kuò)大，所以進(jìn)氣過濾裝置也提升了過濾器的容塵量，確保了更優(yōu)的過濾效果。如此一來，機(jī)組在運(yùn)行8000小時(shí)后就能收回投資成本，濾芯的使用壽命也會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于全生命周期成本分析及西部某電廠的進(jìn)氣過濾裝置改造案例探討了目前燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)措施，可見它的技術(shù)性改良是顯而易見的，不但保證了燃?xì)廨啓C(jī)的性能順暢、改善了壓氣機(jī)進(jìn)口的空氣質(zhì)量，也對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)本身的經(jīng)濟(jì)性提升帶來了巨大

影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞立凡，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，2007，26（6）.

[2] 程元.燃?xì)廨啓C(jī)通流部件維護(hù)周期優(yōu)化決策模型研究[D].浙江大學(xué)，2014.

作者簡(jiǎn)介：趙允鵬（1987-），男，安徽阜南人，山東電力建設(shè)第三工程公司助理工程師，研究方向：電力工程。

（責(zé)任編輯：蔣建華）