燃机进气清洁度.doc

燃机进气清洁度对机组的影响
燃气轮机的性能和可靠性与进入机组的空气质量和清洁度有关。为了使各种温度、湿度和污染物状态下的空气品质加以改善使之更加是适合燃机使用，专门设计了燃机的进气系统。该系统由一个高效过滤器室、进口导管系统和通往压气机段组成。空气先通过装在防雨罩底部的水雾分离器，分离掉水分；然后进入过滤器，过滤器为纸滤，分为精滤滤芯和粗滤滤芯，各288只，过滤掉大部分灰尘，除了细小的尘才能通过；接着经过消音室，90度弯头、过渡导管到压气机进口。 一、燃机进气清洁度对燃机影响
1、压气机进口可转导叶卡涩及喘振
燃气轮机在低速运行时，流经压气机工作叶栅的空气容积流量减少到一定程度时，气流会产生正冲角，在叶片的背弧侧发生气体脱离现象，气流参数沿周向分布不均匀，导致压气机级后的空气流量和压力同时发生一定程度的波动。当气体脱离增大到一定程度时，压气机中的空气流量会强烈脉动，压比随之上下波动，同时伴有低频的狂风般的怒吼声，压气机产生剧烈振动，这种现象称为喘振。气体脱离或喘振一旦发生，压气机叶片上就会受到周期性交变气动力作用，叶片材料会因此产生疲劳，严重时会使叶片断裂。如果这种脉动循环的频率与叶片的自振频率接近或重合，将使叶片产生很大振动应力或共振，迅速造成叶片损坏，危害相当严重。
在燃气轮机启停等低速过程中，当流进压气机的空气流量发生变化时，通过关小或开大压气机入口可旋转导叶装置(IGV)开度，改变其安装角，使气流的绝对速度方向发生变化，保证进入动叶的气流相对速度方向恒定不变，不发生正冲角，进而防止气体脱离及喘振现象的发生。
IGV叶片叶根转轴的铜质垫片和叶顶的石墨衬套内进入水或灰尘后，可能产生垫片腐蚀、锈蚀或衬套破损，叶片会发生卡涩、转动失灵，不能按照程序要求进行关小或开大，容易发生气体脱离及喘振现象。某机组在停机过程中，IGV叶片瞬间卡涩不能关小，出现气体脱离轴承振动值达18mm/s，幸亏卡涩消失，否则后果不堪设想。
2、压气机叶片腐蚀、磨损、断裂
叶片腐蚀的原因：叶片材质不耐腐蚀，早期GE公司IGV导叶的材质为AISI-403，也就是以Cr12类马氏体不锈钢为主，含Cr量为12％，含C量为0.11％左右，由于C含量较高而含Cr量不高，因此AISI-403抗电化学腐蚀能力不高；再加上电厂处于南方沿海地区，空气比较潮湿，且含盐量高，空气腐蚀性高；电厂处于化工区内，空气中含有酸性物质，叶片容易产生化学腐蚀，发生点状腐蚀。
再是燃机经过多年运行，汽缸不可避免有所变形，而压气机动叶和静叶与汽缸壁之间的间隙较小，当汽缸变形时，叶顶与汽缸会发生摩擦，导致叶顶磨损。而变形较厉害时，摩擦力很大，导致叶片断裂。
另外当燃机进气含有杂质时，特别是湿气和腐蚀性颗粒进入进气通道，会在压气机进气室腐蚀内壁，有锈蚀产生，一些锈斑脱落进入压气机，会导致叶片打坏，打击出来的金属颗粒进一步打击其它叶片，发生连锁效应，导致叶片损坏。
3、压气机效率下降
当不清洁的空气进入压气机，长期会导致污物积累在叶片上，使叶片叶型改变，进气角和出气角产生改变，级效率下降，进而导致压气机效率下降，压气机排气压力相应增加，消耗功率多，使燃机整体效率下降。
4、转子热不平衡振动
燃气轮机透平转子由贯穿螺栓将透平前后轴、叶轮和定距环块结合在一起，定距环块的前后端面上有用作冷却空气的通道。转子内部冷却空气从压气机16级经转子内部引来，流经冷却槽道后经叶顶或叶轮侧面排入主气流对于透平转子，由于每一级叶轮的进气和出气侧面都有冷却空气流过，使这些表面与燃气完全隔开，各级轮盘的表面全部被冷却空气所包围，冷却效果良好。
如果进气含有尘粒，就有可能堵塞这些冷却通道，一旦转子内部冷却孔被堵塞，造成冷却不均，会使转轴产生径向不对称温差，这种温差随冷却孔堵塞程度增加而增大。当机组负荷增加时，压气机排气压力相应增加，转子冷却空气流量也增大，引起的径向不对称温差也增大。温差引起转子热弯曲，使转子产生不平衡离心力，进而产生接近正弦波振动，且振动会随机组负荷的增大而逐渐增大。
5、透平叶片蠕变变形及断裂
由于燃气轮机透平转子在高温、高压燃气环境中运行，透平叶片必定会产生一些热膨胀。透平动叶片叶根和叶冠在冷态时需保留一定的间隙，才能使透平动叶在高温状态下运行时膨胀后处于正常工作状态。燃气轮机的第一、二级动叶的叶身内部都有径向冷却空气孔，防止运行时高温环境下动叶烧蚀和蠕变变形。
燃气轮机转子长期高温运行后，一些氧化物、沉积物、积垢、积炭等会沉积在动叶的长柄叶根和Z形叶冠的间隙处，堵塞部分冷却空气孔。这些沉积物沉积在间隙中，会严重影响透平动叶在运行过程中的正常膨胀，使叶片产生应力。部分冷却孔堵塞降低了冷却效果，极易使透平叶片发生蠕变变形甚至断裂。如果透平静叶的冷却孔被堵塞后，会因热疲劳、高温蠕变产生掉块而打伤后面的动叶。
6、热涂层磨损和叶片磨损
燃气轮机热端部件涂层包括：火焰筒和过渡段内表面，静叶和动叶片表面的高温抗氧化涂层和热障涂层，以及静叶片内部冷却空气流道表面的抗腐蚀涂层等。在长期高温和含尘气流冲刷作用下，磨损和侵蚀使涂层厚度减薄，容易导致涂层氧化、烧结、裂纹以及涂层局部剥落、烧蚀等，这些都会影响热端部件的可靠性。
若进气中含有尘土，压气机叶片和透平叶片在细小砂粒的冲刷磨损下，局部或全部会变薄，机械强度降低，易发生断裂事故。
7、进气道结冰造成叶片打伤
在昼夜温差较大的地区，尤其在冬季，经常出现燃气轮机进气滤芯结霜及进气道结冰现象。空气流经滤芯时，流速增加，空气的温度要降低，空气中的一部分水蒸气可能凝结成水或冰。燃气轮机的进气消音器内壁一般为蜂窝状结构，有的部位，气流速度很低，甚至发生停滞。如果蜂窝内积聚大量尘土，会造成一部分凝结水淤积在蜂窝内形成冰核，冰核逐步增大形成冰块，当冰块增大到一定程度时，被高速气流冲开，随气流带入燃气轮机，造成打伤或打断压气机叶片的事故。另外，冬季滤芯结霜，进气道内有凝结水，停机时间较长时，凝结水会变成冰，机组再次启动时，部分冰块会随气流撞击压气机首级动叶。
某燃气轮机曾发生冰块撞击，致使压气机首级多个叶片进气侧顶部全部卷边弯曲。冰块与首级动叶撞击后即成粉末，再未伤及其他各级叶片。
二、进气系统性能保障措施
1．提高进气温度（北方冬天）。使空气流经滤芯后不致发生凝结水、结霜及结冰现象条件允许时，可以抽取定量的压气机排气或中间级抽气与进气混合，或采用电加热等方式，以提高进气温度。此项工作做起来难度较大，有的厂家采取了一定措施，但效果不很理想，有待于进一步研究探讨。
2．加强进气道维护管理。进气道内壁要加强检查，防止异物入内。当内壁油漆脱落，内壁腐蚀时，要及时安排防腐。
3．滤芯方面。经常对滤芯压差进行监视，压差升高到报警值附近时，及时更换滤芯。并且要检查精滤，防止破损，否则破损的纸片会进入压气机。
4．水洗。根据机组负荷下降幅度和运行时间，合理安排机组水洗，清洗掉压气机和透平的垢污，恢复机组的性能。
5. 清洗防雨罩。保证防雨罩清洁和完整，是燃机进气清洁度第一道保障。