燃氣輪機部件壽命和性能的影響因素

郭明威 大慶油田電力集團燃機電廠

燃氣輪機部件壽命和性能的影響因素

郭明威 大慶油田電力集團燃機電廠

天然氣對于透平來說是最佳燃料。但如果天然氣里有凝結(jié)的液體碳氫化合物（輕烴），并進入燃氣輪機的燃料系統(tǒng)，將造成高溫?zé)煔馔ǖ啦考勖臏p少。對于易積灰的燃料，其處理和調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較復(fù)雜，因為其工藝步驟要求去除或控制其特有的微量金屬雜質(zhì)，尤其是對鈉和釩要特別注意。維修次數(shù)和運行費用受透平吸入的空氣質(zhì)量的影響。一般來說，壓氣機工作環(huán)境的惡化是燃氣輪機功率和效率降低的主要原因?？梢酝ㄟ^壓氣機清洗來保持壓氣機的效率，其他措施還包括維護進口過濾系統(tǒng)以及周期性檢查和及時修理壓氣機葉片。

燃氣輪機；高溫通道；運行因素；環(huán)境

1 燃料類型的影響

在燃氣輪機工業(yè)應(yīng)用中，天然氣以其最低的輻射能、極少的雜質(zhì)含量而一直作為傳統(tǒng)的燃料，但由于天然氣在供應(yīng)及價格上的缺點使它的應(yīng)用受到限制。天然氣對于透平來說是最佳燃料。但如果天然氣里有凝結(jié)的液體碳氫化合物（輕烴），并進入燃氣輪機的燃料系統(tǒng)，將造成高溫?zé)煔馔ǖ啦考勖臏p少。如果碳氫化合物被帶進的數(shù)量非常小還可以承受，但是在極端的情況下，帶進的液體碳氫化合物會使高溫?zé)煔馔ǖ赖挠布┞对跇O端的過高溫度條件下，并明顯地減少高溫?zé)煔馔ǖ啦考膲勖托蘩黹g隔期。

燃料油在使用前必須經(jīng)過處理，即使是純輕油也需要處理，以去除經(jīng)油罐沉淀系統(tǒng)未消除的臟污和裝運過程中帶入的雜質(zhì)。使用未經(jīng)檢查和處理的臟燃油可能導(dǎo)致燃氣輪機的巨大損傷。過濾器是最常用的裝置，如果燃油遭海水污染，需使用離心或靜電除鹽器以去除鈉。

對于易積灰的燃料，其處理和調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較復(fù)雜，因為其工藝步驟要求去除或控制其特有的微量金屬雜質(zhì)，尤其是對鈉和釩要特別注意。

2 啟動頻率的影響

燃氣輪機啟動速度快的特點，使其非常適合作為調(diào)峰機組。每一次啟動、停機都使其高溫部件經(jīng)歷一次大的熱循環(huán)。雖然控制系統(tǒng)控制著火點、升溫、甩負荷等運行曲線能使燃氣輪機的熱效應(yīng)達到最小，但一臺需要頻繁啟動和停機的燃氣輪機的零件壽命明顯要比連續(xù)工作的同樣機組零件壽命短。

3 負荷影響

在尖峰負荷下運行，由于較高運行溫度要求更頻繁的維修和置換高溫?zé)煔馔ǖ赖牟考?。對尖峰負荷運行的負效應(yīng)，可以用部分負荷運行來平衡。減少負荷不一定意味著永遠是降低燃燒溫度，在余熱應(yīng)用時，燃燒溫度并不降低，除非負荷降低到額定功率的80%以下。

高溫通道部件的壽命在不同模式運行時受到不同的影響。從滿負荷跳閘甩負荷對部件壽命的影響相當(dāng)于8次正常啟、停循環(huán)操作。這是因為在葉片和噴嘴處產(chǎn)生熱應(yīng)力，較高的應(yīng)力意味著很少的幾次循環(huán)就會產(chǎn)生裂紋。

4 環(huán)境影響

維修次數(shù)和運行費用受透平吸入的空氣質(zhì)量的影響。除了空氣中的雜質(zhì)對高溫?zé)煔馔ǖ啦考袚p害外，灰塵、鹽和油等雜質(zhì)也能對壓氣機葉片引起腐蝕和結(jié)垢。超細污垢顆粒進入壓氣機以及吸入油汽、煙、海鹽和工業(yè)排氣都導(dǎo)致結(jié)垢。壓氣機葉片的腐蝕使葉片表面產(chǎn)生凹痕，它不僅增加了表面粗糙度，也成為產(chǎn)生疲勞裂紋的潛在部位。這些表面粗糙度和葉片外形變化會降低空氣流量和壓氣機效率，同樣導(dǎo)致降低燃氣輪機的功率和總熱效率。

一般來說，壓氣機工作環(huán)境的惡化是燃氣輪機功率和效率降低的主要原因。由于壓氣機葉片結(jié)垢而引起的可恢復(fù)的損失占性能損失的75%至85%。壓氣機的結(jié)垢使空氣流量減少5%時，會降低出力13%并增加熱耗5.5%。可以通過壓氣機清洗來保持壓氣機的效率，其他措施還包括維護進口過濾系統(tǒng)以及周期性檢查和及時修理壓氣機葉片。

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.047