燃气轮机部件寿命和性能的影响因素

郭明威 大庆油田电力集团燃机电厂

燃气轮机部件寿命和性能的影响因素

郭明威 大庆油田电力集团燃机电厂

天然气对于透平来说是最佳燃料。但如果天然气里有凝结的液体碳氢化合物（轻烃），并进入燃气轮机的燃料系统，将造成高温烟气通道部件寿命的减少。对于易积灰的燃料，其处理和调节系统比较复杂，因为其工艺步骤要求去除或控制其特有的微量金属杂质，尤其是对钠和钒要特别注意。维修次数和运行费用受透平吸入的空气质量的影响。一般来说，压气机工作环境的恶化是燃气轮机功率和效率降低的主要原因。可以通过压气机清洗来保持压气机的效率，其他措施还包括维护进口过滤系统以及周期性检查和及时修理压气机叶片。

燃气轮机；高温通道；运行因素；环境

1 燃料类型的影响

在燃气轮机工业应用中，天然气以其最低的辐射能、极少的杂质含量而一直作为传统的燃料，但由于天然气在供应及价格上的缺点使它的应用受到限制。天然气对于透平来说是最佳燃料。但如果天然气里有凝结的液体碳氢化合物（轻烃），并进入燃气轮机的燃料系统，将造成高温烟气通道部件寿命的减少。如果碳氢化合物被带进的数量非常小还可以承受，但是在极端的情况下，带进的液体碳氢化合物会使高温烟气通道的硬件暴露在极端的过高温度条件下，并明显地减少高温烟气通道部件的寿命和修理间隔期。

燃料油在使用前必须经过处理，即使是纯轻油也需要处理，以去除经油罐沉淀系统未消除的脏污和装运过程中带入的杂质。使用未经检查和处理的脏燃油可能导致燃气轮机的巨大损伤。过滤器是最常用的装置，如果燃油遭海水污染，需使用离心或静电除盐器以去除钠。

对于易积灰的燃料，其处理和调节系统比较复杂，因为其工艺步骤要求去除或控制其特有的微量金属杂质，尤其是对钠和钒要特别注意。

2 启动频率的影响

燃气轮机启动速度快的特点，使其非常适合作为调峰机组。每一次启动、停机都使其高温部件经历一次大的热循环。虽然控制系统控制着火点、升温、甩负荷等运行曲线能使燃气轮机的热效应达到最小，但一台需要频繁启动和停机的燃气轮机的零件寿命明显要比连续工作的同样机组零件寿命短。

3 负荷影响

在尖峰负荷下运行，由于较高运行温度要求更频繁的维修和置换高温烟气通道的部件。对尖峰负荷运行的负效应，可以用部分负荷运行来平衡。减少负荷不一定意味着永远是降低燃烧温度，在余热应用时，燃烧温度并不降低，除非负荷降低到额定功率的80%以下。

高温通道部件的寿命在不同模式运行时受到不同的影响。从满负荷跳闸甩负荷对部件寿命的影响相当于8次正常启、停循环操作。这是因为在叶片和喷嘴处产生热应力，较高的应力意味着很少的几次循环就会产生裂纹。

4 环境影响

维修次数和运行费用受透平吸入的空气质量的影响。除了空气中的杂质对高温烟气通道部件有损害外，灰尘、盐和油等杂质也能对压气机叶片引起腐蚀和结垢。超细污垢颗粒进入压气机以及吸入油汽、烟、海盐和工业排气都导致结垢。压气机叶片的腐蚀使叶片表面产生凹痕，它不仅增加了表面粗糙度，也成为产生疲劳裂纹的潜在部位。这些表面粗糙度和叶片外形变化会降低空气流量和压气机效率，同样导致降低燃气轮机的功率和总热效率。

一般来说，压气机工作环境的恶化是燃气轮机功率和效率降低的主要原因。由于压气机叶片结垢而引起的可恢复的损失占性能损失的75%至85%。压气机的结垢使空气流量减少5%时，会降低出力13%并增加热耗5.5%。可以通过压气机清洗来保持压气机的效率，其他措施还包括维护进口过滤系统以及周期性检查和及时修理压气机叶片。

（栏目主持关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.047