Trent,60燃气轮机压气机进气过滤系统的改进

【摘 要】为了解决Trent 60燃气轮机压气机进气系统的缺陷，以及恶劣天气对压气机进气系统的危害，通过对压气机进气系统的分析，从过滤器精度、过滤面积和过滤层数等方面对进气系统实施改造。改造结果表明，压气机进行系统的粗滤和精滤更换周期明显加长，燃机的内部工况条件获得了一定程度的改善，实现了恶劣天气条件下机组的在线保护，提高了机组抗恶劣天气的干扰能力，保证了发电机组的稳定性和安全性，同时也降低了机组的发电成本。

【关键词】Trent 60；燃气轮机；压气机进气；粗滤；精滤

0 引言

目前，天然气发电作为一种清洁能源，在燃气发电领域呈现出快速发展的局面。在北方地区，燃气热电厂不仅可以起到快速启停，电网调峰的作用，而且还可以向周边的地区供热，但是由于沙尘、雾霾、雨雪等恶劣天气的影响，严重影响了燃气电厂的运行，容易造成被迫下调负荷或停机，以及供热紧张或停暖等事件，为此，改进压气机进气过滤系统成为许多燃气轮机电厂面临的迫切问题。

1 压气机进气过滤系统的组成

西部某电厂安装的Trent 60燃气轮机是国内引进的首台由Rolls-Royce公司研发的航改工业燃机，该燃机是航空发动机RR211系列航空发动机Trent 800的派生机型。其主要结构有3部分：燃气轮机（透平或动力涡轮）、压气机（空气压缩机）和燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸入空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做功，推动动力叶片高速旋转，尾气排入大气中或再加利用[1]。

目前电站燃气轮机采用的进气过滤系统有常见的三级过滤装置或脉冲空气自清洗过滤装置两种方式[2] ，该系统在机组整个发电过程中起到向燃气轮机提供洁净空气的作用，既要保证燃烧室内天然气的稳定燃烧，同时向燃气轮机动叶、静叶及压气机反吹提供冷却风和吹扫用气[3] 。Trent 60 燃气轮机的压气机进气系统布置在发电机组的屋顶上，由德国康菲尔公司设计和制造，为2级多层设计，第1级由百叶窗和防鸟网组成，第2级由粗滤和精滤组成。如图1所示。

图1 压气机进气过滤系统的组成

百叶窗主要功能是防止雨雪进入进气系统，同时，在百叶窗的后布置有防鸟网，它可以防止大型昆虫和鸟类飞入进气系统，保护进气系统能够正常运行。过滤器仓分为粗滤和精滤两层，其中粗滤140块，精滤112块精，粗滤和精滤均为两层布置。在燃气轮机的整个运行过程中，工作人员无法进入过滤仓，也无法在线更换破损的粗滤和精滤。

2 进气过滤系统运行中存在的问题

随着运行时间的加长，燃气轮机压气机入口的滤网污染情况会逐步恶化，特别是春秋季节的沙尘天气，和冬季的雨雪天气，过滤网的前后压差会迅速增大，甚至破损，从而危及发电机组的负荷和安全。由于入口滤网的堵塞，使进入燃烧室的空气量减少，参与燃烧的燃料量随之降低，燃气轮机的排烟量也相应下降，甚至会导致整个联合循环机组的热效率降低，热耗增加，机组负荷降低，如果滤网堵塞严重，将会造成滤网破损，从而严重污染燃气轮机，甚至造成安全事故。由于康菲尔公司的设计没有考虑北方的特殊天气条件，没有选用脉冲空气自清洗过滤装置，选用的Hi-Flo G4 高效粗滤和CAM-GT F7精滤过滤面积不足，实际使用更换周期不足40天，这远低于原设计的一年更换更换周期。

此外，在压气机入口滤网压差增大的过程中，滤网后的进气段也会被污染，IGV及个级叶片上的污垢会逐步增多。压气机叶片结垢后，级间压缩比逐渐降低，压气机效率会缓慢下降，同时会造成叶片的化学和机械腐蚀影响压气机的叶片安全，经过对压气机的水洗样分析后发现，其主要成分为黑灰及黏土，通过擦拭和清洗是能够去除的。

压气机入口滤网的效果变差后，进入压气机入口的空气品质不断下降，空气中的固体颗粒物进入压气机及燃气轮机热通道部件中，导致燃烧室内火焰筒及过渡段壁面上的冷却风孔局部堵塞，冷却不足，燃烧室内表面涂层烧蚀，脱落，从而缩短了燃烧室的使用寿命。

3 压气机进气过滤系统的改进

由于压气机进气过滤系统的框架结构已经定型，除更换过滤系统外，无法增加自清洗过滤装置，根据Trent60燃机的进气要求（表1）。

表1 燃机燃烧室进气空气流量

通过与康菲尔公司沟通，造成过滤器更换频繁和燃气进气质量降低的主要原因是现有的过滤器过滤面积不足，精度过低及过滤层数不够等，根据分析的原因和燃机的进气要求，对压气机进行过滤系统主要从以下2个方面进行改进。

（1）改进压气机进气系统粗滤和精滤，将原设计的6袋片状结构更换为12袋折叠式结构，并增加粗滤的过滤面积。

原设计型号Hi-Cap 66为6袋化纤袋式粗效预过滤器，过滤精度为G4（欧洲标准化委员会标准 EN779），单片规格为596mm×596mm×360mm（长×宽×高），有效过滤面积2.6m2，设计初始压降50Pa，最大允许压降250Pa，这种粗滤为一次性滤布，不可水洗。 将这种粗滤改进为具有12袋玻璃纤维袋式过滤器，型号升级为：Hi-Flo M7/G25-GT-10 ，升级后的过滤器单片规格尺寸与Hi-Cap 66相同，过滤精度提高为F7（欧洲标准化委员会标准 EN779），过滤面积增加为9.2m2，过滤面积增加了3.5倍，过滤面积和精度的增加后，可以有效增加过滤器的使用寿命。

原设计型号为CAM-GT-F7的压气机精滤，滤芯材料采用专用抗水型玻璃纤维滤纸，过滤器精度为F7（欧洲标准化委员会的标准 EN779），单片过滤器规格为596mm×596mm×292mm（长×宽×高），有效过滤面积19m2，设计初始压降160Pa，最大允许压降600Pa，通过实验，精滤型号升级为CAM-GT-F9，过滤器精度提高为F9，单片过滤器规格与过滤面积都没有变化，初始和最大允许压差也没有变化，精滤精度的提高，有效加长了燃机的化学清洗周期，保护了燃机。

（2）在压气机进行系统的百叶窗外增加一过滤（下转第101页）（上接第93页）层，当雾霾、风雪及沙尘天气来临时，将整张面积为7000×9000的G4精度合成化学纤维滤布遮罩在燃压气机进行系统的百叶窗外，类似给进气装置带了一个口罩，当特殊天气过后，再掀开滤布，遮盖滤布和掀开滤布的工作可在燃机运行期间操作，并不会影响燃机运行。虽然口罩的应用，对燃机的负荷有一点影响，但是口罩提高了燃机在恶劣天气条件下运行的安全性和可靠性，而且可在线操作。

4 改进效果

经过对改造升级后的进气系统进行与改造前的系统运行和维护数据对比，发现粗滤的更换周期由原来的不足40天增加到60天以上，精滤的更换周期由不足40天增加到320天以上，可至少减少2次停机，每次停机按24小时计算，直接损失发电量2400MW按照年运行时间5500小时计算，按照每次停机24小时，直接损失发电量3000MW·h，按平均45M小时的发电量计算，发电损失可至少减少停机次数2个批次，节约粗滤280片，节约精滤5个批次560片，可挽回直接经济损失近300万元以上。

5 结论

通过对燃机压气机进气过滤系统的改造，即延长了过滤器的更换周期，又减少了机组的日常维护量，也实现了恶劣天气条件下机组的在线保护，改善了机组抗恶劣天机的干扰能力，提高了发电运行的稳定性和安全性，同时也降低了机组的发电成本，提高了机组的经济效益，可为今后同类型机组的改造提供参考经验。

【参考文献】

[1]谢献忠.进行处理质量对燃气轮机的影响 [J].汽轮机技术，49（3）.

[2]余立凡，方炜.9FA燃气轮机进气过滤系统的运行及改进[J].浙江电力，2007，（6）.

[3]杨顺虎，燃气.蒸汽联合循环发电设备及运行[M].北京：中国电力出版社，2003.

[责任编辑：刘帅]

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