燃機進氣系統(tǒng)的運行和維護

沈明亮 種苗奇

摘 要：燃氣輪機的工質(zhì)為空氣與燃氣，提高燃機運行性能以及可靠性的前提條件是進口空氣的質(zhì)量與純凈度，當因冬季結(jié)霜或者污垢堵塞了燃機的進口空氣濾網(wǎng)時，便會在很大程度上增加了進氣的壓力損失。降低了燃機的進氣壓力后，當確保燃機循環(huán)處于最高的壓力狀況不變時，便會隨之增加壓氣機的比功，在這個狀態(tài)下出力將會更多地消耗于帶動壓氣機，最終便會在一定程度上降低燃機功率與效率。除此之外，進口壓力的降低也會顯著地增加空氣比容，減少空氣質(zhì)量流量，最終降低機組的輸出功率。鑒于此，本文以9E燃氣輪機為例，簡要闡述燃機的進氣系統(tǒng)組成部分，并對燃機進氣系統(tǒng)的運行故障進行分析，在此基礎(chǔ)上探討燃機進氣系統(tǒng)的維護措施。

關(guān)鍵詞：燃機；進氣系統(tǒng)；運行狀況；維護措施

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0078-02

某熱電廠配置了兩臺9E燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)熱電聯(lián)產(chǎn)機組，在基本的負荷模式下，燃機進氣系統(tǒng)的進口空氣流量在1500km3/h左右。同時在廠內(nèi)的空氣中彌漫著大量的灰塵、雜質(zhì)以及細顆粒等多種懸浮物質(zhì)，若無法有效地除去污物隨著燃機不斷增加的運行時長，會導致壓氣機葉片的表面形成大量的污垢層。壓氣機的葉片在積垢后便會在一定程度上改變?nèi)~片氣動性能，從而顯著地降低壓氣機效率、壓比以及流量，最終便會降低燃機機組運行的效率、出力以及升負荷速率等性能。因此，通常情況下，燃機的壓氣機進口處均裝有進氣過濾裝置。當燃機運行時間的進一步延長，便會租價的增加燃機的進氣濾網(wǎng)壓差，一旦運行到達限值便需要將進氣濾網(wǎng)進行及時更換。因此，本文以9E燃氣輪機為例，對燃機進氣系統(tǒng)進行分析，并在現(xiàn)有的系統(tǒng)配置基礎(chǔ)上探討燃機進氣系統(tǒng)運行及維護要點，旨在進一步促進電廠的節(jié)能減排。

1 燃機進氣系統(tǒng)

1.1 組成部分

9E燃機進氣系統(tǒng)的組成部分主要包括一個封閉的進氣室與進氣通道，在進氣通道中包括消音設(shè)備，且進氣道的下游連接于壓氣機的進氣道。燃機進氣系統(tǒng)的主要功能在于將空氣吸收、過濾、消音以及引導至進氣機匣，進氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。從結(jié)構(gòu)圖中我們可以看出，在燃機進氣系統(tǒng)組成部分中包括過濾元件安裝架與隔板、過濾脈沖清吹管路、膨脹節(jié)、進氣防雨霧篩網(wǎng)、消音器、組合式進氣濾芯、進氣導流罩、進氣加熱裝置以及壓氣機入口連結(jié)彎管。

在燃機進氣系統(tǒng)中，主要的過濾元件為剛性過濾筒，過濾筒結(jié)構(gòu)如圖2所示。該過濾筒主要采用的是錐形與圓柱形過濾器組合而成的濾筒結(jié)構(gòu)，通過固定端部固定點及支架座，同時結(jié)合面設(shè)計彈性密封墊圈對風路短路予以消除。除此之外，電廠在選擇濾網(wǎng)的過程中應(yīng)該結(jié)合周邊實際環(huán)境的大氣質(zhì)量及機組的運行狀況，當在濾網(wǎng)實際運行的過程中，因聚集了大量的顆粒物質(zhì)導致進出口超壓時，則需要及時地將濾網(wǎng)進行更換，旨在防止燃機機組性能的降低。

1.2 脈沖清洗系統(tǒng)

為了能夠進一步延長燃機進氣過濾元件的使用壽命，并且盡可能地降低進氣過濾與壓氣機進氣道之間的壓差值，同時顯著地提高燃機運行效率與出力，9E燃機系統(tǒng)中設(shè)置了濾網(wǎng)脈沖清洗系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用能夠反吹積聚在濾網(wǎng)進氣側(cè)的雜質(zhì)及灰塵，從而能夠有效地避免在濾網(wǎng)的表面雜質(zhì)灰塵聚成餅狀而導致其難以清除。在燃機停機后通過反清洗功能能夠有效地將濾網(wǎng)表面的積灰予以吹掉，從而提高通透性，最終在一定程度上降低進氣壓力損失，提高燃機機組的運行效率。

一般來說，9E燃氣輪機反吹方式包括在線與離線反吹兩種，兩種方式的主要差別在于具有不同的反吹空氣氣源。其中在線反吹空氣氣源主要來自于9E燃機在運行過程中壓氣機AD-3管道排氣，離線反吹的空氣氣源則主要來自于APU模塊中的壓縮空氣系統(tǒng)。

2 燃機進氣系統(tǒng)運行故障

2.1 壓氣機入口濾網(wǎng)污染

燃機入口濾網(wǎng)隨著運行時間的增加其污染的情況也會逐漸加重，尤其在梅雨季節(jié)與農(nóng)忙季節(jié)，入口濾網(wǎng)會逐漸增大其壓差，最終對燃機機組的發(fā)電功率及安全造成影響。入口濾網(wǎng)堵塞會在一定程度上減少進入壓氣機的空氣量，同時便會相應(yīng)地降低參與燃燒做功的燃料量、排煙量以及余熱鍋爐的熱負荷等，最終便會降低整個燃氣原蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組熱效率，從而增加熱耗，減少燃機機組的發(fā)電功率。

2.2 進氣喇叭口及葉片污染

燃機入口濾網(wǎng)壓差不斷增加的過程中也會導致濾網(wǎng)后整個進氣流道也存在污染，從而逐漸地增加壓氣機進氣喇叭口、IGV及壓氣機各級葉片上污垢。壓氣機葉片結(jié)垢后便會逐漸地降低各級間壓縮比，從而緩慢地降低燃機的運行效率。污染物也會在一定程度上加大對葉片的化學及機械腐蝕，對燃機葉片運行的安全性造成影響。

2.3 熱通道部件高溫

燃機運行時間的增長會逐漸降低入口濾芯過濾雜質(zhì)與水分效果，從而降低進入燃機入口的空氣品質(zhì)，造成壓氣機與燃氣輪機熱通道部件的局部堵塞，導致冷卻風量不足，過渡段表面涂層燒蝕，火焰筒燒變形甚至燒穿及報廢等。甚至還會導致熱通道中部分冷卻風孔堵塞，導致高溫部件表面冷卻風量不足，長時間高溫運行后動葉與靜葉高溫材料表面涂層燒壞，導致葉片燒蝕現(xiàn)象，對燃機機組的安全運行造成嚴重影響。如此便會使得對于一部分熱部件應(yīng)該被迫提前更換，同時還需要轉(zhuǎn)入檢修工作，影響到電廠的檢修周期，最終影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2.4 燃機效率下降

燃機的熱通道部件具有一定使用壽命，且隨著運行時限的增加會導致設(shè)備出現(xiàn)疲勞老化，與此同時還會不斷地降低燃氣輪機輸出功率，造成壓氣機的重度污染，不斷地降低燃機機組的運行效率。

3 維護措施

3.1 針對性選擇進氣濾芯及品牌

我國燃機電廠具有地域條件各異及分布廣等特點，如我國東部的沿海地區(qū)，一年四季溫度變化不大，而濕度差異超大，空氣中相對沒有較多的顆粒物；而北方地區(qū)，四季分明，冬季降雪，夏季濕度較大，空氣環(huán)境中具有成分較多且復雜的顆粒物；西部地區(qū)具有較大的晝夜溫差，風沙多且氣候干燥；南方一年四季的濕度較大，空氣較為清潔，在空氣環(huán)境中具有較少的灰塵等顆粒物。鑒于此，這就要求對燃機進氣系統(tǒng)選擇過濾系統(tǒng)及進氣過濾器的過程中應(yīng)該須具有針對性，結(jié)合當?shù)氐牟煌貐^(qū)及氣候條件配置合理的濾材。

由于燃機的進氣系統(tǒng)具有較大的裝置，在從國外引進的過程中不僅具有價格高、供貨周期長等缺點，同時還具有使用壽命較短的缺陷?，F(xiàn)階段，我國國內(nèi)大部分企業(yè)均具備了制作進氣系統(tǒng)的條件，燃機空氣過濾器制造技術(shù)也已經(jīng)相當成熟，同時具有較高的性價比。

3.2 運行加強日常監(jiān)視工作

對于燃機進氣系統(tǒng)的運行需要加強日常監(jiān)視工作，例如我國南方天氣較為潮濕，具有較大的空氣灰塵粘度，因而在采用濾芯反吹過程中幾乎起不到任何效果。如果在運行過程中濾網(wǎng)差壓超過一定限度，便只能將濾芯進行更換，由于濾芯具有一定供貨周期，因而對于濾網(wǎng)壓差便需要進行詳細且全面的記錄。具體方式是定期查驗進氣濾芯壓差，通過觀察比較壓差的變化情況來預知濾網(wǎng)是否存在超壓狀況，最終提前進行濾網(wǎng)備件的采購工作。

3.3 調(diào)整濾芯布置方式

相關(guān)人員在燃機停機后應(yīng)該對進氣小室內(nèi)的各層濾芯進行一系列的透光檢查，若在檢查的過曾中發(fā)現(xiàn)漏光點則需要及時地對其進行更換，防止在壓氣機中通過風路短路進入異物通，從而對機組的運行安全造成影響。除此之外，由于壓氣機濾芯包括五層，因而每層濾芯具有不同程度的污染，其中靠近濾芯的下層與中下層受到污染的可能性最大，而上層與中層則容易清潔。為了能夠確保燃機脊柱的運行的安全性與機構(gòu)急性，可以交替使用上下層濾芯。

3.4 定期更換壓氣機濾芯

當濾芯在進入投產(chǎn)運行2500h后便會因其壓差過大而對機組運行負荷造成影響，從而被迫地需要提前更換。通常情況下，當燃機停機后相關(guān)人員需要檢查壓氣機入口小室的各層濾芯，當發(fā)現(xiàn)其中的破損點時便需要及時地將其進行更換，防止在后面的空氣流道中進入異物，最終對燃機機組的運行安全造成影響。隨著不斷增加的運行時間，當入口濾網(wǎng)的壓差大于1.5kPa時，則可以在停機后更換下層與中下層濾芯，在當壓差再次大于1.5kPa時，相關(guān)人員則應(yīng)該將上層與中層濾芯予以更換。一般來說，當濾芯的使用期限在3500h時，綜合考慮到燃機設(shè)備運行的安全性與經(jīng)濟性則可以對其進行更換。

3.5 脈沖方式靈活搭配

當燃機機組停運后便會導致進氣系統(tǒng)的環(huán)境空氣流動停止，而在反吹作用力及重力的共同作用下，便會使積存在濾網(wǎng)表面灰塵下落至收集器，從而便會顯著地緩解二次濾網(wǎng)吸附情況，具有較為明顯的反吹效果。鑒于此，則可以在每次啟停機時實行離線脈沖反吹方式，從而盡可能地提高濾網(wǎng)表面的清潔程度。

4 結(jié)語

綜上所述，進一步加強對燃機進氣濾網(wǎng)清潔，能夠顯著地改善廠內(nèi)的空氣質(zhì)量，同時也能在一定程度上減少粉塵與顆粒雜質(zhì)等對燃機葉片造成的腐蝕作用。這就要求燃機電廠應(yīng)該結(jié)合自身特點，制定一個符合機組進氣系統(tǒng)運行維護的管理方案，以進一步降低企業(yè)的運維成本，提高機組運行效率，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]馬方磊.S109FA燃氣輪機壓氣機進氣系統(tǒng)的清潔與維護[J].發(fā)電設(shè)備，2011，25（1）：49-52.

[2]趙源博，王宇飛.淺談燃氣輪機壓氣機進氣系統(tǒng)的清潔與維護問題[J].科技致富向?qū)В?011，（6）：220.

[3]陳大兵.燃氣輪機自清式過濾系統(tǒng)的運行和維護[J].燃氣輪機技術(shù)，2014，（2）：58-61.

[4]秦靜，張?zhí)┾?，裴毅強，?Atkinson循環(huán)發(fā)動機進氣系統(tǒng)匹配優(yōu)化模擬與試驗[J].天津大學學報，2016，49（11）：1187-1194.

[5]周芬芬，李昕.淺談西門子9F型燃機進氣系統(tǒng)的優(yōu)化[J].科學與財富，2016，（10）：126-126，127.

[6]徐鑫，劉常青，孫勇，等.某型燃氣輪機進氣系統(tǒng)內(nèi)流場的數(shù)值分析[J].航空發(fā)動機，2014，40（2）：51-55，75.

[7]肖健.燃機進氣系統(tǒng)的運行與維護[J].中國設(shè)備工程，2017，（17）：77-78.

[8]李通，王琴，張永福，等.高爐煤氣燃機發(fā)電機組空氣進氣系統(tǒng)對機組出力的影響[J].冶金動力，2012，（4）：40-43，46.