我国北方地区燃机进气系统运行现状分析及改造建议

【摘 要】进气系统是燃气轮机安全稳定运行的重要保障。近年来，我国北方地区由于大气环境污染情况恶化，燃机进气系统面临极大的考验。本文介绍了北方几个典型燃机电厂进气系统的运行现状，并对其普遍存在的精滤寿命较短，滤网压差较大等问题进行了分析。同时结合上述问题的分析和国外设计案例，本文提出了一套综合治理优化思路。

【关键词】燃气轮机;进气系统;滤网压差;系统改造

前言

燃机进气系统是燃气轮机必不可少的辅助系统之一。随着燃机燃气参数的不断提高、材料的不断升级，燃机设计、制造向大型化、精细化、高效化发展，燃机进气系统的设计制造标准和要求也越来越高。北方地区是我国空气污染较为严重的地区之一。由于气候条件、空气品质对燃机电厂进气滤芯寿命的影响很显著，北方地区燃机滤芯的使用寿命都远远低于设计寿命，一般每年都需更换，有的甚至半年时间就需更换部分滤芯。同时，由于北方地区燃机电厂大部分都负担着城市供热任务，在供热季节，燃机滤芯压差上升时电厂往往不能及时更换，只能在较高的滤网压差及较低负荷下保持机组的运行。以上问题的产生给电厂机组运行的安全性、经济性带来极大影响，同时也对进气系统改造提出了迫切要求。

1 常用进气系统

目前，燃机电厂进气过滤系统主要有静态式过滤系统和自洁式过滤系统两种形式。静态过滤系统目前在南方燃机电厂采用较多，主要用在GE的6F机组和西门子机组中。它主要由预过滤器、中效过滤器和高效过滤器等多种静态过滤器组合在一起，通过各级过滤器的共同作用达到洁净空气的效果。

北方燃机电厂使用较多的进气过滤系统形式主要是动态自洁式过滤器。该系统最早由美国Donaldson公司设计开发，图1所示为我国北方燃机电厂采用较多的进气过滤系统布置形式。空气经过进气系统前部的防雨罩进入进气系统，防雨罩后部布置有700对左右（以9F燃机为例）的脉冲反吹式自清洁滤芯。空气经过这些滤芯的过滤清洁后进入到压气机内压缩，而空气中的灰尘等颗粒物则留在了滤芯上。在滤芯上的颗粒物不断聚集的过程中，滤芯的前后压差不断上升。当滤芯压差达到一定程度，脉冲反吹系统开始工作。它将清洁的压缩空气（一般为6到8个大气压力）以一定的压力周期性地从滤芯洁净空气出口处喷射进滤芯内筒，将附着在滤筒表面的灰尘吹落，使滤芯恢复一定的过滤性能。

2 进气系统运行情况及存在问题

目前，北方燃机电厂由于其一般需要承担城市供热任务，冬季需要连续运行而不能停机检修或更换滤芯，因此一般采用图1所示的自洁式进气过滤系统。笔者通过对北方地区几家燃机电厂的走访调研，发现其普遍存在一些问题。

（1）进气滤芯布置方式弊端

如前文所述，北方地区燃机电厂普遍采用图1所示动态自洁式过滤系统。由于电厂承担着城市供热任务，因此其位置一般处于城市的中心地带或是居民区。这就大大限制了燃机电厂的场地大小，因此这些电厂的自洁式过滤系统都采用了滤芯卧式布置。自洁式滤芯卧式布置的优点就是节省系统布置的空间，但是这样布置会导致反吹效果的大大降低。滤芯卧式布置时上部褶皱内的灰尘等物质在反吹时无法被清除掉，同时上部排列滤芯反吹出的灰尘会堆积在下部滤芯表面，导致反吹后滤芯阻力无法恢复，大大缩短了滤芯的使用寿命。

（2）环境因素对燃机进气系统的影响

北方燃机电厂大部分靠近城市及居民区，因此其进气系统受到周边环境的影响较南方燃机电厂要大。

北方电厂由于位置的关系，因此普遍占地面积相对较小。这对厂区内部建筑设施的规划增加了难度，因此出现了某些不合理设计。例如，北京某电厂由于可利用场地的限制造成了燃机进气平台与机力冷却塔的距离过于接近。当电厂正常运行时，燃机进气平台会不同程度地受到机力冷却塔处水蒸汽气团的影响，造成突发性进气湿度剧烈增大，造成进气滤芯“湿堵”、滤网压差急剧上升，严重影响了燃机电厂的安全运行。

（3）系统设计影响

北方燃机电厂机组进气过滤系统设计基本都由国外公司进行，他们的设计依据一般为本国标准及公司内部规范。而这些标准和规范都是依照OEM厂商本土情况制定的，与中国实际情况大相径庭。以GE的9FA机组为例，外方设计的进气滤芯为700对，同时没有设置预过滤。经过多年的运行情况分析，700对滤芯的设计对于中国目前的空气质量来说并不能满足需求。一些采用该设计的燃机电厂进气滤芯甚至使用不到2000小时就需要进行更换。另外，这种设计也使得滤芯的压损一直保持在较高的水平，不利于燃机电厂运行的经济性。

北方燃机电厂脉冲反吹式过滤系统在设计之初并没有设置预过滤，空气经过防雨罩后就直接进入进气滤芯。这种设计在空气相对洁净的沿海地区并没有太大的问题，但是在我国北方地区，由于污染较为严重，不设置预过滤会导致进气滤的寿命大大减小。目前，北方燃机电厂滤芯基本都不能达到滤芯厂家宣称的使用寿命。

3 改造建议

通过上述问题的调查和研究可知，我国北方地区燃机电厂进气过滤系统滤芯寿命短、阻力压损大的问题主要是由于设计规范及标准没有本土化。为了解决上述存在的问题，可以由以下几个方面进行：

（1）增加进气滤芯数量。目前，燃机滤芯设计额定风量为1250m/h，但是这个额定风量是值得商榷的。适当减小滤芯额定风量，增加滤芯组数或者过滤模块，可以有效降低进气阻力，延长滤芯使用寿命。

（2）增加预过滤。在脉冲反吹滤芯前面增加一级预过滤可以减轻反吹滤芯的工作负荷，达到延长滤芯寿命的目的。同时，由于北方地区燃机机组在供热期内必须保证连续运行，在此情况下如果反吹滤芯发生滤网压差高的问题将非常麻烦。而增加预过滤后，它可以在达到使用寿命后在线更换，大大提高了供热燃机机组的运行安全性。

（3）合理布局厂区。燃机电厂冷却塔与燃机进气平台应当保证一定的距离，同时要考虑风向变化对燃机进气平台小环境的影响，尽量减小水蒸气云团对燃机进气过滤系统的影响。

结语

燃机进气系统是燃机电厂设备运行维护中的重要部分，也关系着燃机电厂运行的经济性和安全性。目前，进气过滤系统的设计话语权基本还是垄断在国外公司手中。国内用户应该从自身需求出发，要求设计方提供更加适合中国地区情况的进气系统设计，减小用户的使用维护成本，保障燃机电厂的运行经济和安全。

参考文献：

[1]张涛，刘志坦，付忠广，郝洪亮，朱鸿飞，严志远.燃气轮机进气系统湿堵分析及对策[J].中国电力，2018，51（12）：29-35.

[2]杨顺虎.燃气-蒸汽联合循环发电机组设计中几个节能问题探讨[J].中国电力，2002（04）：65-68.

[3]李俊，龙涛.燃气轮机高效空气过滤器在极端天气下的应用对策[J].燃气轮机技术，2015，28（02）：68-72.

（作者单位：國电环境保护研究院有限公司）