9F燃气轮机进气过滤系统升级改造

2018-06-08李立闵华山

综合智慧能源 2018年4期

李立，闵华山

(无锡西区燃气热电有限公司，江苏无锡 214151)

1 燃气轮机进气过滤系统概况

燃气轮机运行时，进气系统的一系列过滤器会清除空气中的灰尘、花粉和悬浮颗粒，向燃气轮机提供符合要求的洁净空气，避免燃气轮机压气机叶片过早磨损。

无锡西区燃气热电有限公司配套燃气轮机为西门子SGT5-4000F(4+)型，其进气系统布置在燃气轮机发电机房屋顶，进气过滤系统由二级进气过滤房组成，按基本功能分为折板除雾模块和脉冲过滤模块[1]。折板除雾模块(含防雨罩、防鸟网、折板除雾器等)由8个竖向模块组成，在各个模块中配备防雨罩、防鸟网、除冰分配管道和除湿百叶窗。脉冲过滤模块(含凝聚式框式初滤、脉冲过滤器)竖直并立8个反吹过滤器模块，每个模块装88块板框式粗过滤器(过滤等级为G4)和104套脉冲精过滤器(过滤等级为F9)。

2016年11月，该公司燃气轮机完成168 h满负荷试运行，12月8日，燃气轮机进气系统滤网压差在短时间内快速增长至报警值。停机后检查发现：进气系统粗滤的内部吸附有大量的灰尘并在表面板结，粗滤差压已达到失效值；精滤表面严重发黑，精滤压差上升较快。

2 原因分析

综合分析压差形成的原因，认为现场设计存在如下问题。

(1)江南地区多阴雨天气，空气湿度较大，加之近年来雾霾天气增多，空气含尘量较高，原始设计G4等级的板框式粗滤容尘量有限，导致燃气轮机运行时进气粗滤失效较快，缩短了精滤使用寿命[2]。

(2)进气粗滤、精滤均布置在脉冲过滤模块中，运行期间若更换粗滤，未经过滤的脏空气会对精滤造成一定程度的损害；同时，由于进气压差的存在，不宜进行粗滤的更换，运行期间粗滤压差过大时需停机进行处理，但作为供热机组，被迫停机会造成很大的经济损失。

(3)应急锅炉、机力通风冷却塔分别布置在燃气轮机房的东北角与正东边，且与燃气轮机房距离较近，偏东风时应急锅炉、机力通风冷却塔大量的排汽进入燃气轮机进气系统的吸风口，大湿度的空气对燃气轮机进气滤网是极大的考验。

(4)燃气轮机润滑油排油烟管道、燃气轮机发电机密封油排烟管道伸出厂房的排放口设计在燃气轮机进气系统进气弯头靠西处，油烟易积存在燃气轮机发电机房顶。由于燃气轮机进气吸风口存在微负压，油烟被吸入进气系统污染滤网，油性物质黏附在精滤纸质滤筒上，极易造成堵塞，且难以用压缩空气反吹清理。

3 改造方案

对燃气轮机进气过滤系统进行升级改造，以减小过滤系统差压，延长更换周期，避免燃气轮机进气系统压差过快上升，保证机组安全、稳定、经济运行。

(1)将过滤房前端的折板除雾模块整体往前移动800 mm，留出新增加的粗滤安装空间，如图1所示。根据现场实际测量情况，将新增的粗滤模块布置在折板除雾模块的百叶窗后、脉冲过滤模块的粗滤前，在其内部安装一层固定新粗滤的网格框，然后根据网格框的尺寸定制新粗滤。新粗滤不但可以实现在线拆卸更换，同时，由于折板除雾模块原粗滤层的存在，在线更换时可以吸收新粗滤拆卸时落下的灰尘，起到保护精滤的作用。新增的粗滤层可选用过滤等级为G3的粗效过滤棉，初始压降为61 Pa，仅占进气系统压差保护值1.3 kPa的4.7%；同时，因为该层粗滤布置在除冰管道的后侧，遇雾霾、湿度大的恶劣天气时，强制开启除冰管道，可以起到干燥该层粗滤的作用，有效防止粗滤表面板结，延长粗滤的使用寿命[3]。由于新增粗滤模块布置在脉冲过滤模块之前，运行期间允许自由进出，可以实现粗滤在线拆卸更换，以保证机组的连续经济运行。

图1 新增粗滤改造示意

由于进气过滤系统的框架结构已经定型，新增粗滤模块必然要对现有框架结构进行较大改动，需要较长的停机改造周期，由于目前单台机组连续对外供热运行，暂不考虑进行新增粗滤层的改造。

(2)提高原粗滤过滤精度。对折板除雾模块的原粗滤进行改造升级，将原设计的板框式结构更改为布袋式结构，增加粗滤的容尘量[4]。原折板除雾模块粗滤与新增粗滤模块粗滤设计参数对比见表1。

表1 原粗滤与新粗滤设计参数对比

袋式过滤器内部呈锥形结构，相较于板框式结构粗滤，极大地增大了过滤面积，提高了容尘量，降低了过滤器的阻力，延缓了燃气轮机进气系统压差的上升；同时，使用过程中滤袋不会相互挤压，保证通过过滤器的风速均匀。M5的过滤等级能拦截大颗粒粉尘，有效保护末级精过滤，以延长其使用寿命，确保机组安全可靠运行。

(3)原精滤为合成纤维材料，现升级为采用Polytech HE混合滤料的康斐尔新精滤，对粒径≥0.5 μm颗粒的初始过滤效率达到99.995%以上，表2为新精滤与原精滤的技术参数对比。

表2 原精滤与新精滤设计参数对比

由于“大圆筒+小圆筒”形式的过滤面积比“圆锥+圆筒”形式的过滤面积更大，将624组精滤由“圆锥+圆筒”形式更换为“大圆筒+小圆筒”形式(总共832组精滤，剩余208组受制于现场反吹气母管框架干涉)。改造升级后增大了实际进气的有效过滤面积，圆周进气使得进气更加均匀，阻力更低，反吹时除尘效果更好。Polytech HE混合滤料材质的滤芯容尘量更大、抗湿性好，具有更长的使用寿命，延长了更换周期，降低了机组的运行成本。

(4)将燃气轮机润滑油排油烟管道、燃气轮机发电机密封油排烟管道伸出厂房的排放口延长至远离燃气轮机进气系统吸风口的另一侧，具体布置走向如图2所示。

图2 排油烟管道改造示意

将燃气轮机润滑油、发电机密封油的排烟口改动后，远离了燃气轮机进气系统的吸风口，避免油烟被大量吸入进气道污染滤芯，延缓了进气系统各级滤芯差压的上升，从而延长了滤芯的使用寿命。

4 经济效益评估

2016年12月10日(EOH为1 667)，第1次更换为G4级板框式粗滤； 2017年3月，压差上升至建议更换值，3月10日(EOH为3 643)，粗滤升级更换为M5级袋式粗滤；使用至7月24日(EOH为5 879)，最大压差为0.09 kPa，效果良好。

2016年12月21日(EOH为1 885)，将原精滤更换为康斐尔精滤，使用至7月24日(EOH为5 879)，精滤最大压差为0.171 kPa，压差上升较慢，效果良好。

进气过滤系统升级改造之后，压气机水洗频率明显降低，停机时检查可转导叶(IGV)叶片清洁程度，比之前有所好转。将改造升级后的进气系统与改造前的运行维护数据进行对比，发现粗滤的更换周期由原来的EOH不足2 000增加到4 000以上，精滤的更换EOH由2 000增加到10 000，每年至少可少停机3次。每次停机24 h，直接损失发电量为28 800 MW·h，按平均供电气耗0.18 m3/(kW·h)、天然气价格2.3元/m3、上网电价0.55元/(kW·h)计算，可挽回直接经济损失391万元以上[5]。