张 宁

中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院

0 概述

随着燃气轮机机组容量进一步增大，环保标准的日趋严格，燃汽-蒸汽联合循环技术由于其效率高、污染低的特点，逐渐引起国内外学者的关注[1-4]。由于外界大气中有着大量各种粒径的粉尘，若未经过较好的过滤，被压气机吸入，将会导致压气机出现叶片腐蚀、积垢、外物损伤等问题，进而影响燃气轮机的安全经济运行。

1 分类及检测标准

1.1 按效率分类

通风用空气过滤器的检测标准，目前可分为欧洲体系、美国体系和中国体系三大体系[5]。欧洲体系以 EN779[6]为代表，美国体系以 ASHARE52.2[7]为代表，中国体系则以GB/T14295[8]为代表，基本采用了ASHARE52.2 标准。它们的检测办法一般会用计重法以及分径计数法。

1.1.1 欧洲EN779标准

欧洲EN779 标准，一是采用计重法，二是对0.4 μm 液态 DEHS 气溶胶粒子进行试验，根据其平均过滤效率进行分级。该标准中详细介绍了测试过滤器性能的试验方法和试验装置，试验过程风量的范围为0.24～1.5 m3/s（850～5 400 m3/h）。该标准可以测定过滤器的效率以及对其分级，但是不能定量的反映测试过滤器的使用性能。具体分类情况见表1。

1.1.2 美国ASHARE52.2标准

美 国 ASHARE52.2 标 准 将 粒 子 分 成 0.3～1 μm，1～3 μm 以及3～10 μm 三部分，分别检测这三部分的最低过滤效率，按照测得的最低值来进行分级，见表2。

1.1.3 中国GB/T14295标准

我国的GB/T14295标准，对空气过滤器进行了详细的介绍，包括其术语、分类等。并且具体说明了性能试验方法，对试验装置、试验条件、试验方法均进行了详细的讲解，最后规定了计重效率和容尘量试验。具体分类情况见表3。

表1 EN779 标准分级方法

表2 ASHARE52.2 标准分级方法

表3 GB/T14295 标准分级方法

1.2 按型式分类

空气过滤器按型式可分为：平板式、折褶式、袋式、卷绕式、筒式、静电式。见图1。

图1 空气过滤器型式

1.3 按滤料更换方式分类

1）可清洗空气过滤器，见图2。

图2 可清洗空气过滤器

2）可更换空气过滤器，见图3。

图3 可更换空气过滤器

3）一次性使用的空气过滤器，见图4。

图4 一次性使用空气过滤器

1.4 按规格分类

过滤器按照规格进行分类：小于1 000 m3/h 的规格代号为0，1 000 m3/h 规格代号为1.0，每升高100 m3/h 代号提高 0.1，升高小于 100 m3/h 的规格代号保持不变。

1.5 部分燃机过滤器

华东区域部分燃机电厂一、二级过滤器的材料、形式、等级和寿命见表4和表5。

表4 一级过滤器（粗滤）

表5 二级过滤器（精滤）

2 空滤器运行维护方法

2.1 压气机进气滤存在的问题

2.1.1 压气机入口滤网污染

燃气轮机进气系统滤网的脏污状况一般与机组的运行时间有关，运行时间越久，其污染也会越严重，特别是在夏季雨量较多和春秋农忙季节，燃机进口滤网压差会比平时增加较快，不仅对机组出力造成影响，甚至会影响燃机的安全。进气滤网污染严重导致堵塞，会降低进入压气机的氧气量，最终降低机组热效率，增大热耗率，减少燃机机组的发电功率。

2.1.2 进气喇叭口及叶片污染

燃机进气滤网压差逐渐增大，在一定程度上也会使通过滤网后面的所有空气流道造成污染，因此也会使燃机入口滤网压差在不断增加的过程中也会导致进气喇叭口和各级叶片结垢越来越严重。当压气机叶片发生结垢，不仅使各级间的压缩比减少，而且也会导致燃气轮机的运行效率逐渐减小。同时还会造成叶片腐蚀，影响其安全性，增加维护费用。

2.1.3 滤网维护困难

进气系统的粗滤一般安装在过滤仓层，并且粗滤网属于一次性使用，无法进行清洗，如果在机组运行时发现进气滤网压差过大的状况，运行维护人员因为差压的存在而不能到达过滤仓层更换粗滤，若差压达到临界值则需停机进行解决。但是对于北方有供热的机组，燃机机组被迫停机，一方面会带来较大的经济损失，另一方面也会存在民生问题。粗滤网一般400-600h 需要进行更换，进口滤网不仅价格较高而且供货时间久，将增加运行维护费用。

2.2 维护措施

1）进气滤网反吹扫

为了保证燃机进口空气的清洁，一般情况下会在燃机进气处安装粗滤和精滤网，如果滤网由于空气不洁净或者冬天结冰等原因会导致燃机进气压损偏高，进而降低进气压力，使燃机的发电功率和效率减小。相关研究表明，对PG9351FA型燃机而言，当进气压损每减少1 kPa，发电功率约减少1.42%，热耗率约提高0.45%，排气温度约提高1.1 ℃。因此，保证进气系统的洁净对燃机具有重要的意义。

维持运行燃机的进气压力，一般利用一套脉冲空气自动反吹扫装置，在线清理燃机进气滤网上的污垢，以保证滤网的洁净。燃机进气过程：空气首先由进气防护罩到达过滤单元部分，经过滤网进行过滤后依次先后通过消音器、进气加热组件导流弯管以及过热段，最终达到压气机。若滤网压差超过临界值时，即启动差压高开关，使脉冲空气自动反吹扫系统工作，按照设定流程对滤网进行清洁。当压差下降到临界值时，压差低开关动作，反吹扫过程停止。

事实表明，若燃机滤网进行反吹清洗之后，其进气压降会迅速恢复至正常状态，燃机发电功率以及效率也可以达到正常状态。因此，若想保证燃机的运行性能，脉冲反吹系统尤为重要。

2）定期更换滤网

当进气滤网的粗滤和精滤使用一段时间后，由于堵塞严重而导致压差过高，对燃机负荷产生影响，因此有时必须对滤网进行提前更换。一般情况下，当机组停机时，电厂工作人员均需对各个滤网进行检查，以便在下次燃机启动前，及时处理好滤网破损的问题，保证机组的安全运行。正常情况下，滤网更换一定时间后，可以全面分析机组的安全性和稳定性，以确定是否需更换滤网。

3）选择合适滤芯和品牌

我国燃机发电厂地理位置分布广泛，所处条件不同，比如在东部沿海地区，环境温度变化幅度不大，大气相对湿度大，空气含沉量整体较低；西部地区环境温度变化较大，日间和夜晚变化明显，相对湿度小，风沙情况较多；北方地区，冬季寒冷存在降雪和结冰现象，夏季空气相对湿度较大，颗粒物种类多；而南方地区，降水较大，空气湿度较大，空气含沉量较少，相对洁净。因此，各个燃机发电厂应根据所处地理位置，气候环境不同，以及所配的进气过滤系统，综合考虑，有针对性地合理选择滤芯。

针对进口的滤芯品牌，不仅价格昂贵，而且供货时间相对较久，运行使用寿命短。目前我国有多家企业也具备制作工艺，国产化也趋于成熟，同时性价比也很高。

4）加强日常监视工作

燃机电厂的进气装置一般应对运行情况增加监视，比如在南方地区由于空气比较湿润，大气湿度很大，灰尘容易粘结成块，所以利用反吹的方式产生的效果较小。若燃机的滤网压差高出临界值，需更换滤芯，但是一般情况下由于滤芯的供货时间较长，因此运行人员应在实际工作中加强监视，定期进行检查，以便提前做好滤芯的采购计划。

5）调整滤芯布置方式

为了保证机组的安全运行，应在停机后给各层滤芯做透光检查，如果存在漏光点应进行更换，以防有污染物污染压气机。压气机的滤芯有多层，根据分布位置不同，滤芯所产生的污染也不同，一般中下层的滤芯污染较重，中上层的滤芯相对来说较干净，因此，综合经济安全考虑，可将上下层滤芯交替使用。

6）检测空气过滤器性能参数

过滤系统重要的部件为滤筒，空滤器的检测标准有欧洲标准EN779，美国标准ASHRAES2.2以及中国标准GB/14295。但是，燃机电厂并没有规定特定的检测标准，所以无法准确全面的了解空滤器的性能指标。

2.3 常规的进气过滤系统

1）常规三级过滤装置

常规三级过滤装置一般是立式V形两面进气方式（见图5），其抗潮湿性能较差，当湿度较高时，易结成糊状，进而导致进气压损升高明显，造成滤芯破损。

2）脉冲空气自清洗过滤装置

该过滤装置有悬吊灯笼式底部进气和立式两面进气方式，见图6 和图7。前一种方式清灰效果好，但占地面积大。立式两面进气方式安装位置较高，且容易造成下部滤芯二次污染[9]。

图5 三级过滤装置图

图6 悬挂灯笼式进气系统图

图7 立式两面进气系统图

3 智能优化运维技术研究

燃气轮机随着运行时间的延长，通流部分会结垢，不仅影响机组的安全运行，也会降低机组的出力和效率，缩短某些部件的使用寿命。目前，燃气轮机空气过滤器的监测有两种方式，一种是依据过滤器前后压差来判断，当压差达到设定值时，更换过滤器；另一种是定期清洗，在固定时间反吹过滤器。使用均匀时间或临界压力差来确定是否更换过滤器或进行反吹显然是不合理的。 因此，鉴于燃气轮机进气系统的过滤系统容易堵塞和损坏问题，掌握滤网压差变化规律，可以更好地指导机组安全、经济的运行。针对由于风速、风向、温度、湿度、降雨、降雪、沙尘、生物聚集等运行工况恶劣而造成的燃机进气过滤器失效的问题，采用BP 神经网络的方法，以某联合循环发电厂燃气轮机滤网的实际工作状况出发，从更换决策模型和反吹优化策略两个方面展开研究，对燃气轮机滤网压差进行分析。

神经网络预测的模型见图8。

图8 神经网络预测模型

4 结论

燃气轮机滤网压差作为燃气轮机机组运行的重要参数，影响机组的输出功率和效率，根据燃机电厂实际工作状况，采用燃机进气过滤系统智能优化运维技术，依据神经网络进行研究，准确客观评估进气系统滤网等运行状态，可为企业带来更多的收益。