汪重陽(yáng) 趙占偉 杜威 魏繼光

摘 要：【目的】為提高燃?xì)廨啓C(jī)的工作性能和可靠性，保證燃機(jī)進(jìn)口空氣的質(zhì)量和純度，因此，需要對(duì)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)加以研究。【方法】以西門子SGT-700燃?xì)廨啓C(jī)為例，對(duì)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)可能發(fā)生的一些故障進(jìn)行剖析，提出燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的操作和檢修方法。【結(jié)果】分析結(jié)果表明，采用脈沖反吹方法對(duì)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行吹掃，可以提高整體的過濾效率，確保高效過濾器的使用壽命，并有效防止進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)冰。【結(jié)論】燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)需要尋求與之相匹配的運(yùn)行與控制方法，以確保燃?xì)廨啓C(jī)在使用過程中的高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，并降低運(yùn)行成本，提高設(shè)備運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；進(jìn)氣系統(tǒng)；操作檢修方法

中圖分類號(hào)：TK11? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2024）05-0024-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.05.005

Analysis on Operation and Maintenance of SGT-700 Gas Turbine

Intake System

WANG Chongyang1 ZHAO Zhanwei1 DU Wei1 WEI Jiguang2

（1. China Resources Power Zhengzhou Airport Smart Energy Co.， Ltd.， Zhengzhou 451162，China;

2.Henan China Resources Power Shouyangshan Co.， Ltd.， Luoyang 471000，China）

Abstract： [Purposes] In order to improve the performance and reliability of gas turbines， it is necessary to ensure the quality and purity of the inlet air of the gas turbine. Therefore， it is necessary to study the intake system of the gas turbine. [Methods] Taking Siemens SGT-700 gas turbine as an example， a brief introduction is given to the intake system of the gas turbine， and some possible faults are analyzed. The operation and maintenance methods of the intake system of the gas turbine are proposed. [Findings] The example analysis results show that using the pulse back blowing method to purge the intake system of the gas turbine can improve the overall filtration efficiency， ensure the service life of the high efficiency filter， and effectively prevent the icing of the intake system. [Conclusions] The gas turbine intake system needs to seek matching operation and control methods to ensure the efficient， safe， and stable operation of the gas turbine during use， reduce operating costs， and effectively improve equipment operating efficiency.

Keywords： gas turbine; air intake system; operation and maintenance methods

0 引言

鄭州市某區(qū)域型燃?xì)夥植际侥茉措娬景惭b兩套配置SGT-700燃機(jī)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，在機(jī)組性能保證工況下，100%負(fù)荷時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的出力 P=31.452 MW，每小時(shí)耗氣量F=9 299 m3/h。由于項(xiàng)目廠址緊鄰京港澳高速公路、華夏大道等快速路，且京廣鐵路從廠區(qū)西側(cè)通過，導(dǎo)致廠區(qū)附近的空氣中充滿了各種懸浮物，如果這些雜質(zhì)不能很好地過濾，那么隨著燃機(jī)的不斷運(yùn)行，氣體中含有的雜質(zhì)將黏附在壓氣機(jī)葉片表面，生成大量的污垢層［1-3］。

在壓氣機(jī)中，沉積物的積垢，會(huì)對(duì)壓氣機(jī)的氣動(dòng)特性造成影響，從而影響壓氣機(jī)的壓比、效率和流量，進(jìn)一步對(duì)機(jī)組的輸出功率、效率、升負(fù)荷率產(chǎn)生影響［4-6］。為減少壓氣機(jī)葉片積垢，提高聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率，需要在燃機(jī)的壓氣機(jī)進(jìn)口上安裝進(jìn)氣濾網(wǎng)。隨著燃機(jī)運(yùn)行時(shí)間的增加，燃機(jī)進(jìn)氣口過濾單元會(huì)出現(xiàn)更大的壓力差，一旦運(yùn)行到極限必須及時(shí)更換進(jìn)氣過濾器。

基于此，本研究以西門子工業(yè)型SGT-700燃?xì)廨啓C(jī)為例，詳細(xì)分析了該燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)，并在現(xiàn)有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行和維護(hù)進(jìn)行探討，以便為同類型分布式能源電站的節(jié)能減排工作提供新的思路。

1 SGT-700燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 進(jìn)氣系統(tǒng)的配置

SGT-700工業(yè)型燃機(jī)在進(jìn)氣系統(tǒng)中配備了空氣過濾系統(tǒng)，旨在對(duì)空氣進(jìn)入壓氣機(jī)進(jìn)氣口前進(jìn)行凈化。根據(jù)該項(xiàng)目所在地歷年空氣質(zhì)量指數(shù)，結(jié)合西門子SGT-700燃機(jī)壓氣機(jī)透平對(duì)進(jìn)氣潔凈度的要求，本項(xiàng)目燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)配置兩級(jí)過濾。第一級(jí)采用F7級(jí)脈沖反吹自清潔式中效濾芯，第二級(jí)采用E10級(jí)靜態(tài)高效濾芯。F7中效濾芯主要負(fù)責(zé)濾除空氣中較大粒徑的懸浮物（0.4 ?m），E10高效率濾芯主要負(fù)責(zé)濾除（0.12～0.25 ?m）的懸浮物。中效濾芯搭配高效濾芯不僅可以提高整體的過濾效率并且能夠確保高效過濾器的使用壽命。反吹系統(tǒng)的使用可以進(jìn)一步延長(zhǎng)中效濾芯和高效濾芯的使用壽命，從而降低進(jìn)氣系統(tǒng)的使用維護(hù)成本。

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)兩級(jí)濾芯都配備有壓差傳感器來(lái)測(cè)量濾芯前后壓差，進(jìn)而得到濾芯處的積垢堵塞情況。如圖 1 所示，在進(jìn)氣系統(tǒng)壓差傳感器PID圖中，1號(hào)和 2 號(hào)壓差傳感器分別用來(lái)測(cè)得大氣壓力與第 1 級(jí)和第 2級(jí)濾芯后的壓差，3 號(hào)壓差傳感器測(cè)得第 1 級(jí)濾芯后（第 2 級(jí)濾芯前）至第 2 級(jí)濾芯后的壓差。壓差信號(hào)源傳至控制系統(tǒng)后，在壓差信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)相應(yīng)的人機(jī)交互界面（HMI）會(huì)給出報(bào)警提示，并啟動(dòng)脈沖反吹系統(tǒng)對(duì)第 1 級(jí)濾芯進(jìn)行吹掃。

進(jìn)氣脈沖反吹系統(tǒng)如圖2所示。氣源來(lái)自壓縮空氣，壓縮空氣經(jīng)過總管的控制閥后被分配到各個(gè)歧管，經(jīng)歧管的控制閥后最終分配到各個(gè)濾芯后的噴嘴。在脈沖反吹自清潔進(jìn)行時(shí)，高壓氣流從濾芯后方向前噴出，將濾芯表面的積灰吹除，同時(shí)除灰風(fēng)門打開，將吹除的灰垢排出進(jìn)氣系統(tǒng)?？刂崎y的開閉受控制系統(tǒng)控制，與濾芯前后壓差傳感器聯(lián)鎖。

1.2 進(jìn)氣系統(tǒng)降噪

機(jī)組的降噪設(shè)計(jì)是一個(gè)整體的系統(tǒng)工程，同時(shí)也是機(jī)組 EHS 設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。燃?xì)廨啓C(jī)核心部分由箱體罩殼包覆，其運(yùn)行中產(chǎn)生的噪聲通過箱體罩殼與外界隔離。為了防止機(jī)組噪聲通過壓氣機(jī)進(jìn)氣口向外傳出，并降低進(jìn)氣風(fēng)道內(nèi)的氣流噪聲，可在進(jìn)氣過濾系統(tǒng)和燃?xì)廨啓C(jī)箱體罩殼之間的連接風(fēng)道上還設(shè)置有消聲器，如圖 3 所示。

進(jìn)氣消聲器作為進(jìn)氣風(fēng)道的一部分，內(nèi)部安裝有降噪隔板，降噪隔板內(nèi)部為吸音棉，外部采用金屬板包覆。同時(shí)消聲器殼體內(nèi)表面還有隔噪層，防止噪聲傳至外部，具體如圖 4 所示。

進(jìn)氣系統(tǒng)的截面積選擇也是噪音控制中的重要一項(xiàng)。SGT-700 進(jìn)氣系統(tǒng)的截面積選擇使得流經(jīng)的氣流流速較低，進(jìn)而在流過過濾器時(shí)能獲得更好的過濾效果，同時(shí)也降低了氣流噪聲。進(jìn)氣系統(tǒng)的降噪處理配合機(jī)組罩殼的隔音作用，以及對(duì)各個(gè)輔機(jī)系統(tǒng)噪音的嚴(yán)格要求，使得機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)滿足 ≤85 dBA 的噪音控制要求。

1.3 進(jìn)氣系統(tǒng)防冰

進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)冰會(huì)造成進(jìn)氣阻塞，影響燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行，因此進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都會(huì)對(duì)防結(jié)冰進(jìn)行著重考慮。水汽凝結(jié)成冰有三個(gè)必要條件：一是氣溫足夠低，低于濕空氣中水汽分壓對(duì)應(yīng)的冰點(diǎn)；二是空氣濕度足夠大，分壓足夠高；三是存在水汽凝結(jié)的附著物［7］。只有以上三個(gè)必要條件同時(shí)滿足時(shí)，空氣中的水汽才有在進(jìn)氣濾芯表面凝結(jié)成冰的可能性。進(jìn)氣系統(tǒng)防止結(jié)冰通常采用以下兩種方案。

一是采用熱源對(duì)進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)的空氣進(jìn)行加熱（IBH），使空氣高于水汽冰點(diǎn)。這一方案主要用在采用全靜態(tài)濾芯的進(jìn)氣系統(tǒng)，加熱熱源根據(jù)不同的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)采用壓氣機(jī)抽氣或外部熱源的方法。采用壓氣機(jī)抽氣方案是從壓氣機(jī)抽出一定量具有一定壓力和溫度的空氣通入進(jìn)氣過濾器前部與進(jìn)入的新鮮空氣混合以提升溫度。這一方案增加了抽出用于加熱空氣的流阻損失，增大了燃?xì)廨啓C(jī)的內(nèi)部功耗，造成了一定程度的性能影響。如果燃?xì)廨啓C(jī)無(wú)抽氣功能，采用外部熱源作為防冰加熱的方法，機(jī)組的損失將會(huì)更大。此時(shí)，加熱熱源一般來(lái)自余熱鍋爐末段的熱水模塊，對(duì)聯(lián)合循環(huán)性能和蒸汽產(chǎn)量存在一定影響，同時(shí)進(jìn)氣溫度的升高也會(huì)造成燃?xì)廨啓C(jī)出力的下降。另外系統(tǒng)中需要增加熱水循環(huán)管路、增壓泵和布置于進(jìn)氣系統(tǒng)中的熱水盤管，增加了機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)成本。

二是采用脈沖反吹自清潔式進(jìn)氣系統(tǒng)。脈沖反吹自清潔式進(jìn)氣系統(tǒng)可在不增加額外部件和成本的同時(shí)消除進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)。在空氣濕度足夠大，溫度足夠低時(shí)，如果水汽在濾芯表面出現(xiàn)凝結(jié)，隨著水滴的增大，濾芯的壓損逐漸提高，在達(dá)到設(shè)定值時(shí)，脈沖反吹系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)對(duì)濾芯表面的水滴進(jìn)行吹除，起到防止濾芯表面結(jié)冰的功能。相較前一種方案，這一方案在不影響運(yùn)行效率、不降低機(jī)組出力的同時(shí)達(dá)到了防止結(jié)冰的目的，同時(shí)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣溫度沒有影響，不需要聯(lián)合循環(huán)提供額外熱源，對(duì)機(jī)組性能的影響達(dá)到最小，西門子SGT-700燃?xì)廨啓C(jī)即采用該方案。

2 燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)運(yùn)行故障分析

2.1 進(jìn)氣口及壓氣機(jī)葉片污染

在燃機(jī)進(jìn)口濾網(wǎng)壓差持續(xù)增大的同時(shí)，將造成濾網(wǎng)后的全部進(jìn)氣通道污染，進(jìn)而使壓氣機(jī)進(jìn)氣口、進(jìn)口導(dǎo)葉（IGV）和壓氣機(jī)各葉片上的污垢逐漸增多。同時(shí)，這些污垢還將不同程度地加劇對(duì)燃機(jī)透平葉片的機(jī)械和化學(xué)腐蝕，從而影響工作安全。

2.2 進(jìn)氣過濾系統(tǒng)故障

在壓氣機(jī)中，由于壓氣機(jī)進(jìn)氣通道和葉片的污染，從而造成壓氣機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)特性的改變，使整個(gè)壓氣機(jī)的通流面積減小，進(jìn)而導(dǎo)致壓氣機(jī)各級(jí)之間壓縮效率下降，造成機(jī)組能耗的增加［8］。針對(duì)SGT-700工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)而言，若壓氣機(jī)進(jìn)口壓力過大，會(huì)造成壓氣機(jī)“喘振”，嚴(yán)重威脅燃?xì)廨喗M的正常運(yùn)行。同時(shí)，大氣中存在的多種有機(jī)、無(wú)機(jī)微粒等，由于高溫作用會(huì)在燃機(jī)過流區(qū)發(fā)生結(jié)垢、侵蝕，造成透平葉片的冷卻孔洞阻塞，降低了冷卻效率，極易導(dǎo)致金屬超溫。

3 燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)維護(hù)措施

3.1 針對(duì)性選擇進(jìn)氣濾芯及品牌

我國(guó)燃?xì)夥植际侥茉措娬痉植紡V泛，其所處的地域環(huán)境也各不相同。對(duì)于不同電站，在不同的氣象條件下，應(yīng)進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的空氣過濾系統(tǒng)與進(jìn)氣過濾器，同時(shí)針對(duì)過濾材料進(jìn)行相應(yīng)的選擇。

其中，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)規(guī)模龐大，在燃機(jī)運(yùn)行中，進(jìn)氣過濾問題很多，但過濾器的選擇直接關(guān)系到機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。相較于南方調(diào)峰機(jī)組來(lái)說(shuō)，北方的采暖供熱機(jī)組，為保證機(jī)組的長(zhǎng)期安全、高效（在供熱期間不能停機(jī)），過濾器選擇更為復(fù)雜。因此，滿足過濾等級(jí)越高、容塵容量越大、過濾初段壓差低、上升曲線較平緩的精細(xì)過濾器，應(yīng)優(yōu)先選用。

粗效過濾器可以在線更換，但是在更換時(shí)，如果將過濾器拆裝，會(huì)造成精細(xì)過濾器的二次污染，因此在選擇粗過濾器的時(shí)候，在確保過濾精度的情況下，應(yīng)選擇具備更大的容塵容量和更長(zhǎng)使用壽命的粗效過濾器。

3.2 改善進(jìn)氣過濾器周圍環(huán)境

在進(jìn)氣過濾器中，空氣中含有的大量雜質(zhì)，會(huì)對(duì)燃機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響，因此要保證周圍的環(huán)境質(zhì)量。針對(duì)鄭州當(dāng)?shù)亓酢钚?、風(fēng)沙比較多，存在夏天多雨、冬日多雪和日常霧霾天氣，以及環(huán)境濕度相對(duì)較高等天氣因素，需要及時(shí)清理進(jìn)氣濾室周圍環(huán)境，才能有效延長(zhǎng)進(jìn)氣過濾器的使用壽命。

如有必要，可在進(jìn)氣道四周設(shè)置可移動(dòng)的腳手架，在春、夏季節(jié)增設(shè)密眼網(wǎng)，以阻擋較大顆粒的雜質(zhì)，冬季應(yīng)及時(shí)清除積存的冰塊。西門子 SGT-700工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)綜合考慮了進(jìn)氣過濾效果、降噪和防結(jié)冰要求，采用脈沖反吹自清潔式進(jìn)氣方案，該方案成熟可靠，已廣泛應(yīng)用于位于全世界各地各種地理環(huán)境的SGT-700機(jī)組上，得到了實(shí)際運(yùn)行的長(zhǎng)期驗(yàn)證。

3.3 加強(qiáng)日常運(yùn)行監(jiān)視

對(duì)于燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的操作，應(yīng)加大巡視力度，當(dāng)過濾器的差壓超過一定范圍時(shí)，必須停機(jī)更換過濾器，因過濾器是有一定的周期性，同時(shí)必須對(duì)壓差進(jìn)行詳盡的記錄。通過定期檢查進(jìn)氣過濾器的壓差，對(duì)比、觀察和計(jì)算其變化來(lái)判斷過濾器是否超壓，以便事先購(gòu)買濾清器元件。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究通過對(duì)SGT-700工業(yè)型燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)配置及運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行分析，為日常系統(tǒng)維護(hù)及故障處理提供了一定思路。今后，燃?xì)夥植际侥茉措娬具€需要尋求與之相匹配的運(yùn)行與控制方法，以降低運(yùn)行成本，提高設(shè)備運(yùn)行效率，增加經(jīng)濟(jì)效益。

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