劉艷艷， 王璽， 王杰

(杭州汽輪機(jī)股份有限公司， 浙江 杭州， 310000)

0 引言

天然氣是一種綠色環(huán)保、 安全可靠的清潔能源, 使用天然氣發(fā)電是防止環(huán)境污染持續(xù)惡化的有效措施。 隨著全世界電能消費(fèi)的日益增大, 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組由于其熱效率高、 污染排放小、建設(shè)周期短、 調(diào)峰性能好、 占地少、 可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1], 在電力系統(tǒng)中扮演的角色越來越重要。 其中, 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)控制著燃機(jī)進(jìn)氣初溫, 其不同的配置對燃機(jī)性能以及經(jīng)濟(jì)性存在一定影響。針對不同區(qū)域, 尋求最佳進(jìn)氣配置來提高燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)性。

1 進(jìn)氣系統(tǒng)介紹及組成部件

燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的功能可慨括為, 為了滿足燃?xì)廨啓C(jī)全壽命正常工作所需要的高品質(zhì)燃?xì)膺M(jìn)氣,具有流場品質(zhì)、 空氣潔凈度、 消聲、 除鹽除濕、除冰降溫等功能的空氣動力學(xué)系統(tǒng)。 進(jìn)氣系統(tǒng)是由防雨罩、 除水除霧器、 2 級或3 級過濾器、 凈氣室、 進(jìn)氣管道、 消聲器、 膨脹節(jié)等組成。 各組成部件基本功能如下：

位于過濾房進(jìn)風(fēng)口的防雨罩能有效防止雨雪進(jìn)入過濾房。 防雨罩后面垂直布置聚丙烯材質(zhì)（或鋁合金材質(zhì)） 的慣性除水除霧裝置, 能有效阻擋15 μm 以上的水滴及固體顆粒物, 對后面的濾芯起到良好的保護(hù)作用[2]。 除濕效果明顯, 不需要清洗、 更換, 能夠滿足電廠全周期運(yùn)行需要。

靜態(tài)過濾器分為框架式過濾器和袋式過濾器。過濾等級按照配置要求可分為M6, F7, F8, E10,E12 等, 適用于無冰, 低灰塵, 潮濕環(huán)境。 自清潔過濾器, 即圓筒型及圓錐型組合過濾器, 能過濾掉空氣中更細(xì)的雜質(zhì)（直徑大于5 μm）, 與脈沖反吹系統(tǒng)配合使用。 過濾器前后設(shè)置有差壓變送器, 當(dāng)自清過濾器的表面灰塵累積達(dá)到一定程度后, 壓差變送器報(bào)警, 壓縮空氣從濾筒內(nèi)部向外反吹, 將聚集在濾筒外表面的灰塵吹落至集灰斗, 完成自潔過程。

進(jìn)氣管道里配置的消音器由多個板式消聲片組成, 每個消聲片內(nèi)填充吸音材料, 表面由不銹鋼多孔板制成, 消音片與消音器之間用支座固定。噪音經(jīng)消音器時能有效衰減, 達(dá)到電廠的相關(guān)要求。

2 進(jìn)氣系統(tǒng)可選項(xiàng)配置介紹

SGT800 燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)分為單面進(jìn)氣和雙面進(jìn)氣, 基本布置如圖1 所示。

圖1 燃?xì)廨啓C(jī)的單面進(jìn)氣系統(tǒng)簡圖

根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求, 其中冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)可以按照用戶需求選取, 屬于設(shè)計(jì)可選項(xiàng)范圍。具體功能如下：

加熱系統(tǒng)是防止壓氣機(jī)進(jìn)口結(jié)冰。 在溫度較低、 濕度較大時, 附著在燃機(jī)壓氣機(jī)進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉（IGV）上的濕空氣造成IGV 結(jié)冰凍住, 會使IGV無法正常動作而造成燃機(jī)跳閘。 而且IGV 結(jié)冰后會改變?nèi)~形、 進(jìn)氣沖角, 導(dǎo)致壓氣機(jī)發(fā)生喘振,造成進(jìn)入的空氣流量發(fā)生變化。 IGV 上結(jié)的冰一旦脫落進(jìn)入壓氣機(jī)也會造成壓氣機(jī)葉片損壞[3]。 因此, 通過設(shè)計(jì)進(jìn)口加熱能保證燃機(jī)各個工況的正常運(yùn)行。

加熱系統(tǒng)的使用條件是環(huán)境溫度在-1～5 ℃,壓氣機(jī)入口溫度和露點(diǎn)溫度之差小于5.6 ℃, 且環(huán)境濕度在85%以上。 SGT800 采用外界熱源加熱。設(shè)計(jì)要求如表1 所示。

表1 燃機(jī)進(jìn)氣設(shè)計(jì)要求

由于燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電功率和效率與空氣進(jìn)氣溫度密切相關(guān), 隨著大氣溫度升高, 空氣密度降低, 導(dǎo)致流經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣道的空氣質(zhì)量流量減少, 引起燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電功率下降。 據(jù)研究, 環(huán)境溫度升高1 ℃最大可導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)額定發(fā)電能力下降1%[4]。 進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)特別適用于全年相對濕度較低的地區(qū), 例如新疆等。 進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)主要有2 種形式： 一種是蒸發(fā)冷卻系統(tǒng), 一種是冷卻盤管。

進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)中蒸發(fā)冷卻是指直接蒸發(fā)冷卻, 是利用水在空氣中蒸發(fā)時吸收潛熱來降低空氣溫度。 它由濕簾、 布水器、 除水板、 水箱及一些附屬設(shè)備組成, 如圖2 所示。 通常布置在末級過濾器后面。 必須使用除鹽水, 以防結(jié)垢以及噴嘴堵塞。 該冷卻裝置的初始成本及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低, 使用較普遍。

圖2 進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)

冷卻盤管是進(jìn)氣與制冷劑不直接接觸的1 種冷卻方式, 由管式換熱器組成。 在比較常見的氨壓縮制冷系統(tǒng)中, 氨制冷劑直接循環(huán)通過置于進(jìn)氣通道內(nèi)的冷卻盤管, 也可以采用其他制冷劑（如溴化鋰等）[5]。 國內(nèi)深圳某公司的PG6541B 燃?xì)廨啓C(jī)安裝了1 臺進(jìn)氣冷卻裝置（LiBr 吸收式制冷系統(tǒng)）, 實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣溫度降14 ℃（大氣溫度31 ℃, 濕度75%）, 燃?xì)廨啓C(jī)出力增加3.94 MW, 提高了13.5%[6]。 該冷卻盤管冷卻方式采用電動機(jī)驅(qū)動制冷劑壓縮制冷, 費(fèi)用較高, 而且占地面積和維修量也大, 所以該冷卻方式使用較少。

3 進(jìn)氣系統(tǒng)配置經(jīng)濟(jì)性分析

為保證燃機(jī)的性能, 燃機(jī)進(jìn)氣必須滿足一定的壓降和過濾精度, 對SGT800 進(jìn)氣系統(tǒng)的空氣過濾主要有3 種形式, 設(shè)計(jì)要求如表2 所示。

表2 燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾等級及壓降要求

在普通工業(yè)地區(qū)和大部分地區(qū), 各種過濾形式都能滿足運(yùn)作要求。 實(shí)際上靜態(tài)過濾不適用于結(jié)冰或高粉塵地區(qū), 其自帶除水功能而更適用于潮濕、 沿海區(qū)域。 脈沖反吹過濾適用于高粉塵地區(qū), 不適用于沿海地區(qū), 因?yàn)檠睾５貐^(qū)濕度大,灰塵會粘在濾芯上吹不掉, 反吹效果不好。 缺點(diǎn)是整套過濾器個數(shù)多、 占地面積大。

從用戶維護(hù)角度來分析, 部分用戶覺得靜態(tài)過濾器雖然便宜, 但因?yàn)殪o態(tài)過濾器更換周期較短, 會導(dǎo)致維護(hù)費(fèi)用較高, 但實(shí)際上并不是這樣。假設(shè)SGT800 燃機(jī)已經(jīng)運(yùn)行24 000 h, 則2 級靜態(tài)濾芯的更換費(fèi)用為56.7 萬元, 3 級靜態(tài)濾芯的更換費(fèi)用為72.9 萬元, 而2 級反吹加靜態(tài)濾芯的更換費(fèi)用則達(dá)到了123.84 萬元。 更換周期主要受現(xiàn)場季風(fēng)氣候的影響, 表3 所示理論數(shù)值僅供參考。目前經(jīng)過多個項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行, 也逐漸摒棄了脈沖反吹過濾優(yōu)于靜態(tài)過濾的觀念, 建議結(jié)合空氣進(jìn)氣系統(tǒng)的特點(diǎn)和環(huán)境污染特性, 選擇和安裝適宜的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)。

表3 進(jìn)氣過濾等級理論更換周期

4 結(jié)束語

燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的基本配置包括防雨, 過濾,消音等, 其他進(jìn)氣加熱以及冷卻系統(tǒng)都是可選項(xiàng),應(yīng)該根據(jù)空氣進(jìn)氣溫度、 濕度進(jìn)行選擇。

SGT800 燃機(jī)進(jìn)氣過濾有3 種形式, 在設(shè)計(jì)過程中, 2 級靜態(tài)過濾包括前端的初始最大允許壓降不得超過420 Pa, 3 級靜態(tài)過濾不得超過625 Pa,2 級脈沖反吹加靜態(tài)過濾的不得超過490 Pa。 靜態(tài)過濾適用于低粉塵、 潮濕、 沿海區(qū)域。 脈沖反吹過濾適用于高粉塵地區(qū), 不適用于沿海區(qū)域。從用戶維護(hù)的經(jīng)濟(jì)角度來分析, 雖然靜態(tài)過濾器更換比較頻繁, 但因?yàn)閮r格便宜, 維護(hù)費(fèi)用比較低, 占地面積小, 仍然受到部分用戶的青睞。