燃气轮机进气过滤装置的运行与改进

摘要：文章燃气轮机进气系统中过滤装置运行流程以及运行中存在的问题进行阐述分析，对现阶段燃气轮机广泛使用的过滤装置中存在的进气压力损失问题进行分析，并提出改进方案。

关键字：燃气轮机;进气;脉冲反吹

燃气轮机是目前工业中应用广泛的动力设备之一，燃气轮机使用可燃气体作为燃料，带动轮机旋转，实现热能向机械能的转化。受燃气轮机原理和组成结构决定，燃气轮机在工作中对空气质量有很高的要求，在轮机空气过滤系统不能对进入空气实现有效过滤时，会导致机组输出功率的降低，并引发一系列故障。

1进气过滤系统的类型及运行方式

三级空气过滤器和脉冲空气清洗装置，是目前在燃气轮机空气过滤系统中应用最为广泛的两种过滤装置，在6b型燃气轮机机组中三级空气过滤装置应用较多，而在9f燃气轮机机组中，脉冲空气清洗过滤系统应用较多。

滤芯或滤材是过滤系统核心组成部分，滤材性能直接决定过滤系统的最终过滤效果。滤材一般密度大，强度高，空气在通过滤材时空气中存在的粉尘以及大颗粒会被阻隔在外，无法通过滤材，并在滤材表面形成结痂。此时反向脉冲气流可以让结痂部分脱落，实现对滤材的自主清洗，这种带有脉冲反吹系统的过滤装置称为“自洁式过滤器”此类过滤器中，过滤元件一般为刚性过滤筒，圆筒式过滤器采用韧性超高的纤维纸，具有优秀的耐破和防潮能力。

脉冲空气自清洗过滤装置从工艺结构原理角度可以细分为悬吊灯笼式底部进气、立式二面迎风进气两种方式。其中悬吊灯笼式底部进气脉冲过滤系统， 因此采用底部进气结构设计，其灰尘过滤和清洗效果更佳，但其占地面积也更大，在部分燃气轮机结构中为了节约过滤设备的占地面积，选择双层甚至多层结构。立式二面迎风进气结构脉冲过滤器占地面积较小，但需要进行高位安装同时需要加装惯性分离器。但此类过滤设备需要使用卧式滤芯，滤芯出气位置较高，出气时带动灰尘对下步滤芯造成污染，减弱了脉冲式过滤设备自我清洗的功能。同时，此类设备抗潮能力弱，在雨季时过滤性能减弱，滤芯消耗量也较高。

综上所述，基于提高机组运行稳定性、提高燃氣机轮运行经济性以及运行稳定性和安全性三方面的共同考虑，悬吊式底进气式脉冲过滤设备优势更为巨大。但在潮湿环境下过滤效果较差是脉冲过滤设备的通病，在湿度较高的南方环境下脉冲空气自清洗过滤装置实用价值较低，还需要进一步的完善和优化。

2.进气过滤机脉冲反吹系统

由唐纳森公司设计制造的立式二面迎风进气装置是9fa型燃气轮机应用最多的过滤设备。该设备设计流量约为32m3/min。可以承受的最大进气温度为80℃;过滤设备有多层滤芯，一般由650-680对滤芯。在工作中，过滤设备中的脉冲清洗系统通过对空气进行加压，形成压缩空气脉冲形成反向气流对滤芯进行冲击，产生高频振动，促进滤芯侧面积灰掉落，从而延长滤芯更换周期。有助于保持过滤器效率，脉冲清洗系统使用的空气由压气机提供，经过压气机处理的空气纯净干燥，并经过空气处理单元冷却。

进气处理单元简称APU，由隔离电磁阀，进气滤反吹压力调节阀、双塔干燥器、空冷器、气水分离器、凝聚过滤器、除尘过滤器等组成。在吹扫时，首先由空气处理单元对空气进行处理，初步烘干过滤后，将空气输入进气滤吹扫母管中，进行分段吹扫，现场脉冲系统有多种控制模式，可以根据使用环境和使用需求自行选择手动模式、罐断模式、自动模式以及请求模式。其中自动请求模式可以根据实际情况进行不同的清洗操作。第一，时钟控制清洗，可以在操作系统内设定对应的清洗周期，通过时钟宏命令让控制器发送相应指令，控制系统定期工作。第二，湿度识别清洗，基于设备中安装的湿度传感器设备，获取湿度信息，当相对湿度超过系统预设湿度时，过滤器脉冲清洗装置自动启动，进行清洗工作，系统通过传感器设备继续对湿度进行监控，在相对湿度下降至预设湿度以下时，过滤系统清洗装置停止工作。第三，压差识别清洗，压差大于747pa时，压差开关会自动何必，过滤器脉冲清洗系统启动，直至压差下降至622pa范围后，压差开关会断开，脉冲清洗装置停止工作。

3脉冲清洗系统的改进

根据前文所述，空气过滤器中当系统检测到内外压差大于747时，压差开关会闭合，系统自动启动反吹系统，但在实际的应用中，燃气轮机运行时反吹效果不够理想，与预期效果相差明显。主要由以下几个问题导致。

第一，进气系统材料问题

燃气轮机进气口过滤装置的进气管道考虑制造成本以及防腐等问题，多数采用非金属材料。虽然在一定程度上提高管道的防腐能力并降低了制造成本，但非金属管道在强度和耐高温角度上与金属管道存在很大的差异，在气源温度超过350℃后，空气冷凝器降温性能不足以满足近非金属管道的降温需求，导致管道受热变形，管道上的元件容易受到损坏。

第二，滤芯二次污染，导致脉冲效果减弱

新更换滤芯器压差会长期小于747pa，一般选择手动模式进行控制，在反吹环节，反吹气流会将上层滤芯上的灰尘带起，对下部滤芯造成内部污染，直接导致脉冲效果减弱，在机组停止运行以后，压气机没有出力，反吹系统不能工作。

第三，滤芯较脏时，自动清洗工作无效

滤芯在长期使用后，由于表面灰尘沉积严重，滤芯压差会大于747pa。机组在请求控制模式下会自动启动反吹系统，但长期使用的滤芯灰尘结痂较厚，尤其在南方湿度较高的环境下，紧靠脉冲清洗装置提供的反冲气流很难实现有效清理。

第四，油性污染难以清除，

在空气质量较差，尤其是含油油基物质时，回对滤芯造成不可逆的影响，油基物质一旦侵染滤芯，没有有效的去除方法。

第五，冷却风扇保护系统过于灵敏，实际应用效果差

APU控制单元冷区其风扇一般具有过热过载保护装置，但现阶段使用的保护装置过滤灵敏，识别精度不足，在外界逆风略大时，就会自动启动保护装置，启动后无法自动复位，需要人空复位，增加了操作难度。

为此对燃气轮机进气过滤装置的改进应以上述五个问题作为基础，制定改进方案。首先优化系统的反吹控制模式，增加停机后空气滤清器人工反吹功能，反吹气源取自本机的仪用空气系统， 改进后， 利用仪用空气进行反吹， 反吹掉的灰尘不会被重新吸到空气滤清器上， 反吹效果更好。

一般情况下，为了提高反吹效果，建议燃气轮机机组管理人员，每次停机时，都采用手动反吹的方式进行过滤器的清理工作，同时尽可能的对反吹空气进行过滤和加热，从降低二次污染，也有助于让受潮的滤材尽快恢复干燥，从降低进气阻力也提高了过滤效果。最后反吹环境会产生极大的噪音，从环保和公益角度，反吹工作应尽量在白天进行，同时要严格控制反吹的时间。

最后，还要特别注意防止因空气湿度增加而使灰尘吸附力增加。 要根据天气的湿度情况检查原反吹系统是否启动， 及时地将过滤器表面的灰尘反吹掉。

参考文献

[1]杨顺虎 . 燃气- 蒸气联合循环发电设备及运行[ M] .北京： 中国电力出版社， 2003.

[2]杨汉伟. M701F3燃气机组压气机进气高效过滤器应用研究[D].华南理工大学，2015.

[3]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.

作者简介：赵志强，性别：男，民族：汉，籍贯：山东莱西，出生年月：1980年11月，文化程度：本科，现有职称：工程师，就业单位：哈尔滨电气股份有限公司，研究方向：燃气轮机.