燃气轮机自清式过滤系统的运行和维护

时间：2024-08-31

陈大兵

(新疆克拉玛依电厂，新疆克拉玛依 834008)

环境大气作为燃气轮机的工质，对燃气轮机的安全和经济运行有非常重要的影响。空气中的杂质颗粒如灰尘、无机盐、油气都会使压气机和透平叶片结垢、磨蚀、腐蚀，影响燃气轮机出力和效率;进气阻力高还直接影响燃气轮机出力和效率。因此，燃气轮机进气过滤系统的运行维护，是燃气轮机经济和安全运行的首要保障。

进气系统的影响主要体现在机组吸入空气的质量对机组的影响。实验表明20 μm的颗粒能引起叶片的明显磨蚀，空气中的油气、工业废气、滑油系统中的油气等会导致压气机叶片结垢。

压气机、透平叶片磨蚀、腐蚀、结垢所造成的危害表现在以下方面［1］:

1)压气机、透平叶片的磨蚀、腐蚀一方面会使叶片产生凹痕，增加表面粗糙度，产生疲劳裂纹，造成叶片断裂;另一方面会使叶片表面耐高温涂层脱落，在高温条件下加速叶片的高温蠕变，导致叶片强度降低或不到期断裂。

2)压气机、透平叶片粗糙度增大以及叶片结垢还将会造成压气机空气流量的降低，使得压气机效率下降，导致燃气轮机机组的出力减低。实验表明压气机空气流量降低5%将会使机组功率下降13%，热耗增加5.5%。

3)压气机叶片顶端的磨损，将导致叶片顶端与压气机壳体间隙增大，造成漏气，导致机组功率下降，可以说这种性能衰退是不可修复的，也是不可避免的。要想延缓这种故障的出现，必须确保进入燃气轮机的空气质量，使用优质的空气滤芯。

1 进气过滤系统介绍

某电厂4台燃气轮机使用的都是带有脉冲反吹系统的自清式过滤器，过滤元件为刚性滤筒，都是一级过滤系统。过滤元件材料有100%的聚酯纤维，也有木浆纤维和聚酯纤维混合的。其中#1燃气轮机(PG6531B)、#2燃气轮机(PG6551B)过滤器的布置采用立式悬吊安装，每台机组有416套过滤元件。立式悬吊安装的进气系统(见图1)清灰效果好，但是占地面积大。

图1 立式安装的进气系统图

#3燃气轮机(PG6581B)、#4燃气轮机(PG6111FA)过滤器的布置采用卧式安装，#3燃气轮机有144套过滤元件，#4燃气轮机有216套过滤元件。卧式安装的进气系统(见图2)结构紧凑，但是上部滤芯吹出的灰尘会使下部滤芯二次污染，脉冲清灰效果减弱。

图2 卧式安装的进气系统图

脉冲反吹系统以压气机排气为气源，经过空气处理单元的降温和干燥处理，通过微处理器控制，根据压差设定轮流反吹过滤器，吹掉积在过滤器表面的灰尘，减少过滤器阻力。此外由于压气机排气温度较高，在雨季还可以烘干滤芯，起到保护作用。自清式过滤器适用于沙漠、颗粒尘埃较多的地区，是一种比较理想的过滤装置。

2 自清式过滤器的过滤机理

2.1 空气过滤机理［2］

空气中的尘埃粒子，或随气流作惯性运动，或作无规则运动，或受某种场力的作用而移动。当运动中的粒子撞到障碍物时，粒子与障碍物表面间的引力使它粘在障碍物上。过滤材料应能既有效地拦截尘埃粒子，又不对气流形成过大的阻力。杂乱交织的纤维形成对粒子的无数道屏障，纤维间宽阔的空间允许气流顺利通过。图3是过滤器内粉尘与过滤介质的电子显微镜照片，空气中的粉尘就是靠范德华力粘在横七竖八排列的过滤介质纤维上。纤维间的空隙就是空气的流通空间。

图3 粉尘与过滤介质的电子显微镜照片

2.2 自清式过滤器的工作过程

自清式过滤器的过滤筒上方的反吹喷头为一个文氏管结构的元件，压缩空气的喷嘴位于文氏管的喉部，喷头的型线和它的安装位置经过专门设计实验，使压缩空气通过文氏管扩压后均匀的吹到滤筒的内壁，气流继续向外吹向过滤器表层。当滤材为强度高、密实的滤材时，大量粉尘在过滤器表面结痂，这种痂状物俗称“滤饼”。清吹的反向气流将这些结成块状或片状的粉尘在重力的作用下下落(结块的灰尘有部分会被吹散，重新随空气进入)，进气阻力就不会过快上升，过滤元件可以维持较长的使用寿命。

尤其是有些过滤器厂家在过滤元件外面有一层致密的表面层(见图4)，把灰尘挡在表面层的效果更好，自清式反吹的效果也就更好。

图4 自清式过滤器的工作过程示意图

3 进气过滤系统的运行

3.1 脉冲清洗系统的运行模式

采用进气过滤器的脉冲清洁系统，当大气中的空气进入压气机进气滤网时，颗粒集聚在过滤器介质外层，滤芯两侧的差压增加。当达到最大差压设定点时，差压开关激活脉冲清洁系统运行。现场选择开关可以选择3种运行模式:

(1)手动模式，即当脉冲控制器处于这个位置时，脉冲控制器会激活阀门，连续吹扫。

(2)关断模式，由于脉冲控制会禁用过滤器的自动清吹，可能会导致发出安全报警，甚至燃气轮机停机，在燃气轮机运行时不推荐使用该模式。

(3)自动模式，当燃气轮机运行时推荐的正常位置。在这一模式下，只要位于控制屏上的差压开关发出请求，过滤器可以自动清洁。在自动模式运行时，当进气过滤装置两侧的总差压达到预设定的高值时，即启动自动脉冲反吹。

3.2 自清式过滤系统的运行经验

由于燃气轮机运行时，从滤芯表面吹掉的灰尘会有一部分重新随空气进入滤芯，使自清吹的效果打折扣。因此，燃气轮机在停机状态下，将自清吹系统投到手动方式，清吹效果很好。因为在停机状态下，空气不流动，进气系统不会产生压差，自清吹在自动方式不起作用，必须打到手动方式清吹。

在比较特殊的大气环境下，例如大风、暴雨、重雾或雨(雪)凇时要注意运行巡检，及时清除粗滤网上的霜雪等。恶劣天气结束后要仔细目视检查滤芯的损坏或渗水情况，并及时予以更换。

对进气过滤系统的监控主要是根据进气过滤器的压差、压气机排气压力和燃气轮机的带负荷能力综合判断。进气过滤器的压差上升表示过滤元件脏了，到了一定程度就要更换。但是有时候进气过滤器质量差，挡不住灰尘，压差并不上升，压气机排气压力和燃气轮机的带负荷能力明显下降，这时候不但要对燃气轮机进行水洗，还要更换进气过滤器。

4 进气过滤系统的维护

在燃气轮机检修期间，将运行滤芯拆下，用压缩空气进行滤芯的人工吹扫，能明显的延长滤芯的运行寿命。需要注意的是，进行人工吹扫时要防止损坏滤芯，并保证滤芯内部不被污染，尤其要保证不能有大的颗粒在滤芯内部，以保证机组的运行安全。

燃气轮机润滑油箱的排油烟管线排放口(尤其是不带油雾分离器的机组)要远离燃气轮机进气口。如果油雾颗粒附着在空气滤芯表面，随着设备的运行，空气中大量的尘埃就被粘在滤芯表面，堵塞着进气孔，它造成机组的进气阻力是不可逆的，即使反吹扫也无济于事，影响比较大。某电厂的#2燃气轮机就曾出现过该种情况，将排烟口改造后状况明显改善。

过滤器滤芯的清吹气源有多种，可以利用电厂的压缩空气系统或是机组本身压气机的抽气。许多机组用的是从压气机抽出的压缩空气，清吹空气的压力一般为0.6 MPa左右，其空气量大约是燃气轮机进口空气量的千分之一，因此使用压气机的抽气对压气机没有太大影响，只是要在清吹系统上加装一个稳压罐。由于该空气已经在压气机进气口经高效过滤器过滤，洁净程度很高，只需要降温和干燥处理即可;而普通的压缩空气系统的洁净程度要差一些，因此建议使用压气机的抽气做清吹气源。某电厂#3燃气轮机的清吹气源，原厂家采用的是螺杆压缩机供气方案。螺杆压缩机供气单元(进口设备)存在检修维护费用高、油气分离效果不好、夏天时经常排气超温跳机等缺点。改造为使用压气机的抽气后，彻底消除了上述缺点，效果很好。

5 进气过滤系统注意事项

1)自清式过滤元件有一圈螺旋型的胶珠(见图5)，用于内侧和外侧筛孔与滤料之间的连接。需要将胶珠压入到滤芯的筛孔中，这样它可以与滤料进行有效地粘连。一些滤芯供应商没有很好地执行这一工艺要求，螺旋型的胶珠没有与滤料进行有效地粘接，一旦脱落进入进气道，将有被吸入燃气轮机的危险。采购时需要特别注意，安装和维护时也要防止损坏。

图5 自洁式过滤元件的螺旋型胶珠

2)一些滤芯元件供应商不提供最后一级滤芯用的垫圈，或提供垫圈但该垫圈材料无法保证气密性。最后一级滤芯和滤芯壳架之间如果没有垫圈，或垫圈不严密都将导致空气走旁路直接进入进气道。

3)自清式过滤器的滤筒与其相配合的喷嘴和文氏管是单个成套件，压缩空气的喷嘴位于文氏管的喉部，喷头的型线和它的安装位置经过专门设计实验，使压缩空气通过文氏管扩压后均匀地吹到滤筒的全部内壁，从而将积存在过滤器外部的灰尘吹掉。安装时要严格保证他们的相对位置，不同型号的部件组合也不能随便互换，选用过滤器要特别注意。