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。