燃气轮机进气过滤系统常见问题分析及应对

燃气轮机进气过滤系统常见问题分析及应对

杨琪

华能洋浦热电有限公司 海南 洋浦经济开发区 578000

摘要：燃气轮机是以空气和天然气为燃烧介质的定容设备,当燃气轮机在海上、沙漠或者沿海等场景应用时,空气温度、湿度、洁净度与燃气轮机的安全稳定运行密切相关。随着燃气轮机制造工艺精密化程度和热部件工作温度的提高，先进的燃气轮机对空气质量的要求也愈加严格。作为外界空气进人燃气轮机的唯一防线，进气过滤系统已从简单的固体颗粒过滤发展到成为固液颗粒去除和温湿度调节等功能一体化的重要辅助系统。本文对燃气轮机进气过滤系统常见问题分析及应对进行探讨。

关键词：燃气轮机；过滤系统；常见问题

1进气过滤系统问题分析

1.1过滤器湿堵问题

湿堵是指由于空气湿度增大导致系统过滤器运行阻力急剧增大的现象，常发生于海上或者沿海地区的燃气轮机。造成湿堵的原因有：过滤器的滤材抗湿性能较差，比如选用植物纤维滤材或其合成滤材，当纤维受潮变形后，积压纤维过滤孔隙，导致压力急剧上升；附着在过滤器表面的灰尘颗粒遇潮发生板结堵塞进气通道。当前主流覆膜过滤器的滤材，捕集的灰尘粒子位于纤维网表面而不是滤材深处，虽然有利于反吹性能，但遇湿时容易形成板结，导致过滤器失效。

1.2使用寿命偏短

燃气轮机的过滤器使用寿命与过滤器种类、设计数量、天气因素、运行维护策略以及当地污染物成分有关。一般进气过滤器厂家承诺的进气精滤寿命为2a,但实际运行中很难达到。主要原因:燃气电厂使用的过滤器数量偏少、单位负荷较重、运行阻力较大;其次是过滤器的型式和型号选择应当以燃气轮机机组所在地的气候和空气污染物数据分析作为依据，但目前国内燃气电厂均采用厂商统一设计参数的过滤器,没有进行特别优化和改进。

1.3进气阻力异常

一般而言，在进气过滤系统整个生命周期内，阻力随运行时间增长呈现正常的上升曲线。但是，目前许多燃气电厂存在进气过滤系统阻力偏高和长期不变的异常情况。燃气轮机的压气机功耗占到透平出力的三分之二,进气过滤系统压损的增加会使压气机功耗显著增大，因此进气过滤系统压降对燃气轮机的出力和热耗影响很大。采用Thermoflex软件探索进气压差对燃气轮机出力和效率的影响，模拟计算结果及性能修正曲线见图1。通过分析可知，进气系统压差每增加100Pa,燃气轮机热耗率相对增加0.06%,燃气轮机功率相对降低0.16%。

图1 进气压差对燃气轮机出力和效率的影响图

进气过滤系统运行阻力偏大是多方面原因共同造成的，无法通过某一个改造措施迅速解决。因此，在燃气电厂设计初期就需要对进气过滤系统进行详细研究和全面现场测试，选择适合现场条件的进气过滤系统设计方案。

2应对策略

2.1抗湿性测试

1. 同等试验条件下，对燃气轮机进气过滤器进行抗湿性测试，其阻力随时间的变化见图2。120皿n内，#1至#6过滤器阻力基本保持不变，#5过滤器阻力略有上升，其余过滤器阻力变化不大;120~180皿n内，#4、#5过滤器阻力变化较明显，阻力呈现急剧或阶跃式增长，#6过滤器阻力以较小幅度缓慢升高,其余过滤器阻力基本保持不变。经横向对比分析可知，#1、#2和#3过滤器具有较好的抗湿性能。

图2 燃气轮机进气过滤器抗湿性能比较图

2. 进行抗湿性能测试，能够反应不同过滤器在高湿度运行环境下的优劣，避免使用过程中发生湿堵现象。高湿度地区的燃气电厂，需要选用抗湿性能较好的过滤器。

2.2消静电测试

一般通风用空气过滤器的标准经历了50多年发展，大致分为欧洲体系、美国体系、国际体系和中国体系等四大体系。欧洲体系以EN779为代表，为越来越多的人所接受。对某品牌筒式动态过滤器进行消静电处理后，按照EN779—2012进行过滤器性能试验，结果见图3。

图3 筒式动态过滤器的消静电试验结果图

从图3可以看出，消静电前，过滤器对气溶胶0.4pm颗粒的过滤效率为89%,按照EN779—2012过滤器定级达到F9；消静电后，对气溶胶0.4pm颗粒的过滤效率为29%,按照EN779—2012过滤器等级低于F7,且对大颗粒的过滤效率也降低,严重影响了机组安全性和经济性能。通过消静电测试可以全面了解过滤器的过滤性能，检验是否符合设计时既定的选用要求，保证其满足所在环境条件及燃气轮机进气质量的要求，确保过滤器的使用性能及寿命。

2.3采购抽检及失效分析

国内过滤器产品众多,为了保证采购的产品满足合同要求,切实保障燃气轮机运行的安全性和经济性，应加强采购抽检。通过采购抽检，用户可以充分了解过滤器真实性能，避免以次充好和高价买低能产品，从而选择优质过滤器，而且抽检会迫使供货商提高生产质量，促进公平竞争，规范行业健康发展。对在运行的过滤器开展阻力、效率以及抗湿性能的定期测试，分析其当前性能，可以判定过滤器是否失效。通过抽检和失效分析，可有效避免过滤器使用时发生性能差异，出现进气阻力异常等问题。

结束语

高质量进气过滤系统可有效避免燃气轮机发生叶片冲蚀、叶片结垢、堵塞冷却通道和金属腐蚀的问题，对燃气轮机的安全高效运行有重要作用。过滤器是进气过滤系统的基本单元，滤材对过滤器的运行性能有决定性作用。如果设计之初，未考虑燃气轮机所处环境条件的差异性进行进气过滤系统的优化设计或者滤材选择不恰当，容易导致运行后进气过滤系统出现阻力长期偏高、湿堵或者寿命偏短的问题。以往是根据EN779—2002对拟采购的过滤器进行标准试验，测试内容中未包含消静电后的效率，导致在实际运行过程中，随着过滤器静电的消失，其性能下降，低于设定标准。建议根据EN779—2012,在CNAS认证的第三方实验平台上对拟新采购的过滤器进行标准试验，除了测试其初阻力、终阻力、初始效率、平均计重效率、平均计数效率、容尘量、抗湿性和未消静电效率等，增加对其消静电后效率的测试，以选择合适运行条件的过滤器。同时加强采购抽检保障供货质量的稳定性，并按时对在运行的过滤器进行失效分析，保证过滤系统的高效性能。推荐使用在EN779—2012下达到F9级别及以上同时抗湿性较好的过滤器。

参考文献

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[2]樊慧，段兆芳，单卫国.我国天然气发电发展现状及前景展望J].中国能源，2015,37(2)