裴珏，李国栋, 单小勇
华电重工股份有限公司 华电重工股份有限公司,北京100070
摘要：本文介绍了燃气轮机进气过滤系统,重点描述了SGT5-8000H,SGT6-5OOOF燃气轮机进气过滤系统的组成、安装及运行特点，探讨燃气轮机进气压力损失对机组性能的影响，对常规三级过滤装置，SGT5-8000H,SGT6-5OOOF燃气轮机进气过滤系统存在的问题进行了分析，提出改进建议。
关键词：燃气轮机；进气过滤系统；脉冲反吹；净化；除灰
Gas turbine air inlet system
Huadian Heavy Industries Company Limited，Beijing100070
ABSTRACT：This article introduces gas turbine air inlet system. It focuses on the composition, installation and operation characteristics of the SGT5-8000H, SGT6-5OOOF gas turbine air inlet system. The impact of gas turbine air intake pressure loss on unit performance, the conventional three-stage filter device, SGT5-8000H, SGT6-5OOOF gas turbine air intake system problems are analyzed, and suggestions for improvement are put forward.
Keyword: gas turbine; air intake system; pulse blowback; purification; ash removal
0 引言
空气质量和纯净度是确保燃气轮机性能和可靠性的前提。空气中或多或少包含各种无机物和有机物颗粒杂质，若不进行过滤，会在燃气轮机通流部分中产生侵蚀、积垢和腐蚀。因此，需要在燃气轮机进气口设置空气过滤系统，滤除杂质。过滤装置能力差，不能有效阻值颗粒杂质，将影响燃气轮机安全可靠工作，并加速其老化。而过滤阻力过大，又会造成较大的进气压损，使透平出力更多地消耗于带动压气机，导致燃气轮机功率和效率降低。合理地选用进气过滤系统对燃气轮机的安全、高效运行至关重要。吴文健等对燃气轮机进气过滤系统在雾霾天气下的优化策略进行了系统研究[1]，HINER S D．提出了燃气轮机进气过滤系统优化技术的选择策略[2]，顾崇廉等对燃气轮机进气系统过滤器失效进行了分析[3]，谢亚军提出了燃气轮机进气及过滤系统改造方案[4]。本文从燃气轮机进气过滤系统基本功能出发，结合西门子燃机进气过滤系统的运用经验[5-6]，力图对常规三级过滤装置，SGT5-8000H,SGT6-5OOOF燃气轮机进气过滤系统存在的问题进行分析，提出改进建议。
1、常规的进气过滤系统
目前国内电站燃气轮机采用的进气过滤系统为常规三级过滤装置。
1.1 常规三级过滤装置
常规三级过滤装置包括惯性分离器、粗过滤器和精过滤器。
惯性分离器设在过滤系统最前部，其工作原理是空气在流经分离器时转弯或旋转，靠惯性甩击把其中的灰尘颗粒分离出来予以去除。不仅能分离空气中的灰尘，同时也能分离水滴。
粗过滤器位于惯性分离器和精过滤器之间，是可拆卸的浸透防水玻璃纤维衬垫，可把小水滴汇集为大水滴流走，或悬浮地保持在衬垫内，直到被蒸发。
精过滤器位于粗过滤器的下游，可分为两类：一种是浸渍了浓度≤20％树脂的高效木桨纤维滤纸；另一种为超细的玻璃纤维。
常规三级过滤装置一般采用立式V形两面迎风进气方式，主要缺点是抗湿性差，受潮后灰尘集结成糊状，使进气压损迅速上升；而且滤芯容易破损，寿命较短。
1.2 脉冲空气自清洗过滤装置
滤材强度高、密实时，大量粉尘会在滤材表面结块，俗称“滤饼”。使用反向脉冲气流可使“滤饼”脱落，系统压损随之回落。带有脉冲反吹系统的过滤装置也称“自洁式过滤器”。常以压气机排气为气源，根据时间或压差设定，轮流反吹过滤器。由于压气机排气温度较高，在雨季还可以烘干滤芯。
脉冲空气自清洗过滤装置分悬吊灯笼式底部进气和立式两面进气两种方式。悬吊灯笼式底部进气脉冲清灰效果好，但占地面积大。立式两面进气系统一般安装位置较高，不足之处是滤芯卧式安装，上部滤芯吹出灰尘会使下部滤芯二次污染，脉冲效果减弱。
我国南方多雨，从提高机组运行经济性和安全性角度考虑，悬吊式进气相对立式滤芯两面进气更合理，但由于空气湿度大，脉冲空气自清洗过滤装置的效果还需进一步探索。
1.3 常规三级过滤装置改进建议
常规三级过滤装置的主要缺点是抗湿性差，受潮后灰尘集结成糊状，进气压损迅速上升，滤芯使用寿命短，维护工作量大，费用高。由于常规三级过滤器和立式两面进气自清洗过滤器框架基本相同，改造并不困难。对北方地区，因供暖期原因，建议采用自清式过滤装置，能够重复利用，保证机组连续运行。对南方地区，因空气质量较好，可考虑扩大燃气轮机进气过滤器面积，降低进气压损，增加燃气轮机出力、效率；另外，由于过滤器的总面积扩大，提高了过滤器的容尘量，使过滤速度降低，过滤器的过滤效果更佳，使用寿命延长。
2、SGT5-8000H机组的进气过滤系统
西门子SGT5-8000H燃气轮机进气系统采用单面、多层进气，外部装有防护罩。进气过滤系统主要包括过滤室（防鸟网、防絮网、粗过滤器、精过滤器）和进气道（消音器、弯头、进气挡板、过渡段、压气机蜗壳和水洗系统等）。H级燃气轮机压气机是在原西屋W501F型燃气轮机压气机基础上的改进，具有大压缩比、大空气流量、高效率等特点，也进一步提高了对进气系统的要求。
2.1 过滤室
进气系统过滤室主要由防护网，防鸟网，聚结过滤器，粗过滤器，精过滤器组成，基本结构见图1。
过滤室由过滤器模块组成，包括过滤器框架，粗过滤器和精过滤器。滤芯的主要目的是消除进气流中的水分和湿气，滤芯从气流中去除多种水溶性污染物将它们凝聚成较大的液滴，这些液滴在重力作用下离开滤芯，排入排污系统以保护燃气轮机免受腐蚀性和破坏性污染物的侵害。框架和过滤器框架之间的柔性垫圈可确保密封性。
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Figure 1 Basic structure of filter (1, coalescing filter element 2, pre filter 3, fine filter)
2.2 进气道
进气道主要由消音器，弯头，挡板，过渡段，压气机蜗壳，水洗系统等组成。
安装在进气系统内的消音器和消音器外壳的设计可确保达到特定的噪音限制。外壳本身为双层，内部具有隔音功能。进气弯头用螺栓固定在消音器壳体上，由带有隔音材料的双层板壳组成。补偿器是为了保证弯头和垂直段发生轻微的晃动时，能有效消除连接应力。进气挡板是为停机过程中保护燃机本体而设置。水洗系统位于压气机进气导叶入口处，以清除叶片表面堆积污垢，保证机组高效稳定运行。
2.3 SGT5-8000H机组进气过滤系统存在的问题及改进建议
进气系统是燃气轮机安全、稳定运行的重要一环。针对SGT5-8000H机组进气系统存在的问题，我们提出以下改进建议：
（1） 随着大气环境的恶化，滤芯的使用小时数会不断的下降。建议采用更高规格的滤芯，通过观察进气系统滤网压差变化曲线以及负荷变化曲线，选用适应当地大气环境的最优滤芯方案，以便机组高效运行。
（2）因为没有除灰系统，灰尘随着雾霾会加速滤芯老化，缩短其使用寿命，导致后期维护费用增高，建议增加必要的除灰设施。
3、SGT6-5000F机组的进气过滤及脉冲反吹系统
西门子SGT6-5000F燃气轮机进气系统见图2。该系统包括膨胀节，水平管，水冷系统，消音管与挡板，内衬水平风道，进气弯头，内衬过渡管道，内衬单刃瓣阻尼管，内衬垂直管道和膨胀节。一个膨胀节位于过滤器内部和水平风道之间，另一个位于内衬垂直管道的出口侧。消音管是在两个水平管道之间，设有降噪“挡板”。
该系统进口设一层粗滤，进入进气室有一道精滤，精滤后设脉冲反吹系统，可清洗进口过滤器滤芯，使空气暂时反向流过滤芯，驱除积聚在滤芯进气侧的积灰，保持过滤器效率，延长滤芯的使用寿命。脉冲清洗系统使用的纯净干燥空气来自进气系统本身，并经空气处理单元冷却、净化和干燥。
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3.1、脉冲反吹系统的运行
当大气中的空气进入进气滤网时，颗粒集聚在过滤器介质外层，滤芯两侧的差压增加，当达到最大差压设定值时，差压开关激活脉冲清洁系统，对进气过滤器进行反向脉冲吹扫，清除集聚在过滤器介质外侧的沙尘和污物。吹扫分段分区进行，可在线进行吹扫。
3.2、SGT6-5000F机组进气系统问题及改进
(1) 在机组运行过程中我们发现，由于进气第一层滤网采用的材质较易损坏，在风沙较大的地区，很容易使滤网发生严重破损，大量的铁丝网和棉纱附着在第二层精滤上，损坏精滤，严重时被迫紧急停机。当机组运行环境较恶劣时，应选用过滤效果更好的滤芯，这样可增加滤网的使用寿命，也能提高机组的稳定性，安全性，改造后的滤网如图3所示。
(2)在进气反吹系统运行时，供给压缩空气的两台空气压缩机，一台运行，一台备用，当运行出现问题时，必须就地切换。而按原设计，DCS系统只给报警信号。建议改进，做到联锁动作，当一台出现问题，自动切换到另外一台。
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4、SGT5-8000H和SGT6-5000F进气过滤系统总结
SGT5-8000H和SGT6-5000F燃气轮机都是以西屋W501燃气轮机为原型机进行改进的，为适应不同区域的要求，在进气系统上进行了一些改动。
SGT6-5000F燃气轮机进气系统设计复杂，为适应中东地区恶劣的自然环境，进气系统增加了反吹系统，除灰系统和冷却进气系统，保证燃气轮机在恶劣天气下稳定运行。虽然这些改动提高了前期设备投资，增加了安装，调试，运行的工作量，但延长了进气滤芯的使用寿命，并减少了后期维护的费用，长期效益可观。
SGT5-8000H燃气轮机进气系统为了适应国内的要求，进行了设计简化。安装，调试、运行的工作量相对较少，但面对恶劣的外部条件，例如雾霾，柳絮时，进气滤芯性能将严重降低，威胁机组安全稳定运行。为机组长期稳定运行，建议在进气系统因地制宜地增加滤网，反吹系统，除灰系统以及冷却进气系统。
参考文献：
[1]吴文健，应光耀，毛志伟等. 燃气轮机进气过滤系统研究综述及在当前我国雾霾天气下的优化策略[J].燃气轮机技术.2018，(4): 1-8.
[2]HINER S D．Strategy for selecting optimised technologies for gas turbine air inlet filtration systems［C］ ASME 2011 Turbo Expo: Turbine Technical Conference and Exposition．Vancouver，British Columbia，Canada: ASME Press，2011．
[3]顾崇廉，房之栋，唐任宗等. 太阳宫电厂燃机进气系统过滤器失效分析研究［J］．电力科技与环保，2017，33 ( 1 ) :61-62．
[4]谢亚军. 燃气轮机进气过滤系统的改造[J]. 华电技术.2013，(7): 64-65.
[5]Saudi Zawar Gas Turbine Manual. 2012
[6]Huadian Guangzhou Zengcheng Gas Turbine Project Air Intake System Manual. 2019
作者简介：
裴珏（1988- ）,男，宁夏银川人，工程师，从事燃气轮机联合循环技术工作（E-mail：peij@hhi.com.cn）。