9F燃气轮机进气过滤系统的优化改造

杨环宇++李晶+++陈志鑫+++胡志勇+++雷震+++朱建华

摘 要：介绍了北京京桥热电有限责任公司9F型燃气轮机进气过滤系统的构造和组成，分析了进气过滤系统存在的问题，指出了恶劣天气，如雾霾、沙尘暴等对燃气轮机进气系统过滤器造成的严重影响，制定出了高效的改造方案，通过两台机组运行参数和改造效果的对比，改造后的机组性能得到了明显改善，增强机组的安全性和稳定性，经济效益显著。

关键词：燃气轮机；进气过滤系统；过滤改造；袋式粗滤

燃机进气系统的作用在于将空气中的尘土过滤掉，并对空气中的液滴进行初步分离，得到过滤后的洁净空气，最后将其供应到燃机压气机中，从而为燃机运行提供条件。由此可见，燃气轮机的进气过滤系统对于机组整体性能起着至关重要的作用，而外界环境及天气则直接影响着燃气轮机进气过滤系统运行。

1 燃气轮机进气过滤系统介绍

北京草桥燃气-蒸汽联合循环热电厂二期工程，应用2×350MW级燃气蒸汽联合循环二拖一多轴机组。全厂的配置包括：2台SGT5-4000F（4）型燃机、2台300MW燃气轮发电机、2台余热锅炉、1台供热蒸汽轮机和1台300MW汽轮发电机。燃气轮发电机组与蒸汽轮发电机组都属于分轴布置。燃机是由德国西门子公司所生产的，型号为：SGT5-4000F（4），燃机是由15级的轴流式压气机、24个低NOx燃烧器所组成的环形燃烧系统、燃机辅助系统以及4级透平所组成。根据西门子公司的要求，对9F级燃气轮机进行典型布置。将燃气轮机的进气系统放置在发电机房的屋顶位置时，可以起到对空气中尘土进行过滤，并分离空气液滴，为燃气轮机提供洁净空气的作用。这套进气系统最开始是由德国康菲尔公司所设计和制造的，后又通过京桥热电进行改造，从而形成了现在的进气过滤系统。进气过滤系统属于2级多层设计，第1级是防冻仓，从内到外依次为风雨百叶窗除湿器、防冰冻系统、防柳絮网和风雨防护罩。第2级是过滤器仓，主要包括精滤层和折叠式板式粗滤层，其中，精滤层是有2个直筒的组装式滤芯，一共768套，折叠式板式粗滤则是由玻璃纤维无纺布折叠好并用金属骨架固定在1个不锈钢框架内制作而成，共256块。精滤层中还带有脉冲反吹自清洁系统。精滤层和粗滤层都是分为4个层次进行布置。

2 燃气轮机进气过滤系统存在的问题

2014年2-4月以及10-12月，北京出现长时间雾霾天气，空气质量非常差，京桥热电#1、#2燃气轮机进气过滤系统压差增长较快，造成机组处于低负荷运行状态，热网供暖情况紧张，为了提高机组的发电和供热效率，当雾霾频发的时期，可以经常更换进气过滤系统中的防冻仓G4级粗滤及过滤仓板式G4粗滤，同时结合压差的形成原因，笔者认为燃机进气系统的设计存在以下问题：

（1）由于北京市空气含尘量偏高，而且近年来频繁出现雾霾、沙尘暴等恶劣天气，导致短时间内，空气中的灰尘、湿度大大增加，而经过2013年改造后的两层粗滤设计，即外层防冻仓G4级粗滤及内层过滤仓板式G4粗滤，虽然吸尘量有较大提升，但是仍然不能应对北京的雾霾频发天气，导致燃气轮机运行时进气过滤系统压差增长较快，影响燃气轮机供电负荷及热网供热。

（2）燃气轮机进气过滤系统粗滤在雾霾频发天气时更换频次较多，由于经常更换粗滤造成粗滤上灰尘掉落污染了燃机精滤，致使燃机精滤压差增长较快，燃机进气过滤系统总体压差维持在较高水平，严重影响了机组发电及热网供热，造成很大的经济损失，而且影响民生。

（3）由于进气过滤系统粗滤容尘量较低，在应对北京这种雾霾频发天气时很快达到饱和状态，因此在冬季雾霾天气时需要频繁更换燃机进气粗滤，维护费用较高，影响机组效率。

3 燃机进气过滤系统改造

本次检修只对京桥热电#2燃机进气过滤系统进行改造，#1燃机进气过滤系统保持原样，这样更能比较粗滤改造的实际效果。经过与燃机进气粗滤厂家的进行探讨，结合机组进气过滤系统已经定型的基础框架，在现有结构基础上只对#2燃机进气过滤系统过滤仓板式G4粗滤模块进行改造。

原过滤仓板式G4粗滤设计参数：板式G4粗滤模块由两种规格板框式粗滤组成，第一种将宽500mm长7500mm厚80mm的玻璃纤维无纺布折叠好，双面用镀锌网支撑固定在一个497*1593*50mm不锈钢框架内，第二种将宽500mm长5500mm厚80mm的玻璃纤维无纺布折叠好，双面用镀锌网支撑固定在一个497*1073*50mm不锈钢框架内。两种板框式粗滤各128块/台，初始压降86Pa。改造后的粗滤为袋式粗滤，袋式过滤器结构：单个过滤外形尺寸为497×531×500-10D，每个过滤器由10个袋组成，满足EN779-2012[5]标准M6，滤袋与滤袋之间的间隔均匀，滤袋的进风通道平滑通畅，避免了多余的滤料阻塞通道或者造成紊流现象，初始壓差62Pa，每套640块。

4 经济效益分析

根据西门子燃气轮机的运行特点，其中进气过滤系统的压差会对燃气轮机机组的整体负荷产生直接影响，根据西门子公司所提供的数据可知，当出现500Pa的压差时，就会导致机组出现2MW功率的损失。根据机组年发电4500h进行计算可知，在机组运行时，根据袋式粗滤平均压差相较于板框式粗滤的平均压差低100Pa进行计算，结果显示，其所增加的发电量大约有1800MW·h（单台机），上网电价按照0.80元/（kW·h）进行核算，则能够直接增加经济收益高达144万元。

5 结束语

通过对京桥热电#2燃气轮机进气过滤系统的改造，有效的降低了进气过滤其系统压差，使过滤仓袋式粗滤的更换周期延长，减少了粗滤更换频次，避免了对精滤的污染，保证了精滤的洁净，更是提高了机组应对雾霾、沙尘等恶劣天气的能力，通过这样有针对性的改进，使机组的整体运行水平有了明显的改善，机组的经济效益有了提升。对于其余电厂燃气轮机组过滤系统改造提供了参考，结合自身实际出发，找到合适的优化解决方案。

参考文献

[1]俞立凡，方炜.9F燃气轮机进气过滤系统的运行及改进[J].浙江电力，2007（6）：36-38.

[2]谢亚军.燃气轮机进气过滤系统的改造[J].华电技术，2013，35（7）：64-65.