9F级燃气轮机以空气及燃料作为做功工质，因此进口空气质量和纯净度是影响燃气轮机性能和可靠性的关键因素。当进口空气滤网因污脏等原因发生堵塞时，机组进气压力损失将明显增加。机组进气压力降低后，如果燃气轮机循环最高压力保持不变，只有增加压气机的比功，才能避免燃气轮机的功率下降、效率降低。

近年来，北京地区持续出现长时间的雾霾、雨雪、沙尘等恶劣气象条件，特别是冬季供暖高峰期间，经常发生因恶劣天气导致的燃气供热机组进气系统过滤器压差增大，机组被迫下调负荷、甚至跳机的情况，造成地区供热紧张及不安全事件。为此，许多燃气电厂都面临亟须对压气机进气过滤系统进行技术改造的问题^[1]。

北京京西燃气热电有限公司（以下简称为京西热电）安装的燃气轮机型号为SGT5-4000F（+），其主要结构分3个部分，即燃气轮机（燃气透平）、压气机（空气压缩机）和燃烧室。燃气轮机工作时，叶轮式压缩机从外部吸入空气，并经压缩后送入燃烧室；燃料也同时被喷入燃烧室，与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧；燃烧生成的高温、高压烟气进入燃气轮机膨胀做功，推动动力叶片高速旋转； 尾气排至余热锅炉中，继续回收热能。

目前，电站燃气轮机采用的进气过滤系统大都由德国康菲尔公司设计制造。过滤系统设计为2级多层结构，第1级为防冻仓，由外至内依次由防柳絮网、风雨防护罩、防鸟网、防冰冻系统、风雨百叶窗除湿器构成。第2级为过滤器仓，含粗滤网层和精过滤器层，其中粗滤网层共755块；精过滤器层为2 个直筒组装式滤芯，滤芯原设计为768套，精过滤器装置带脉冲反吹自清洁系统。压气机粗滤网和精过滤器均分4层布置，进气过滤系统组成示意图如图 1所示。进气粗滤网单片设计尺寸560 mm×500 mm×50 mm（长×宽×高），粗滤网设计初始压降80 Pa，可对空气中5 μm及以上粒径的灰尘进行过滤； 凝聚式过滤器在ISO条件下使用寿命为4000 h，进气系统其他主要设计参数分别见表 1、表 2。

图1(Figure 1)

图1 压气机进气系统示意图

表1(Table 1)

表 1 进气系统主要技术参数

表 1 进气系统主要技术参数

表2(Table 2)

表 2 进气系统压降设计值 Pa

表 2 进气系统压降设计值

随着运行时间的延长，燃气轮机压气机入口滤网的污染程度逐渐加重。特别是由于北京地区春季风沙多，秋冬季雾霾、雨雪严重，压气机入口滤网前、后的压差会迅速增大，甚至造成破损，经常对发电机组的安全稳定运行造成威胁。

入口滤网堵塞后，会使进入燃烧室的空气量迅速减少，参与燃烧的燃料量随之大幅下降，因燃气轮机的排烟量相应下降，会导致整个联合循环机组的发电负荷及热效率降低，热耗增加；如果滤网堵塞严重，很容易造成滤网破损，严重污染燃气轮机，甚至发生安全事故^[2]。图 2为2014年冬季某月雾霾天气情况下，京西热电压气机入口压差曲线。

图2(Figure 2)

图2 雾霾天气情况下压气机入口压差曲线

从图 2可以明显看出，受雾霾天气的影响，压气机进气滤网压差明显增高，对燃机负荷造成了不利影响。

此外，由于进气过滤系统粗滤网布置在过滤仓层，粗滤网为一次性滤芯，不可水洗，运行期间由于进气差压的存在，维护人员无法进入过滤仓进行更换，如果运行期间粗滤网压差过大则必须停机处理。而北方的供热机组被迫停机不但会造成很大的经济损失，而且还会影响民生问题，造成很坏的社会影响；同时粗滤网的更换周期短，进口粗滤网的价格贵且供货周期长，机组的运行维护费用也会增加。

由于机组进气过滤系统的基础框架已经定型，所以只能在现有结构基础上进行进气过滤系统改造。针对现场存在的问题和实际测量结果，决定从以下几个方面对进气过滤系统进行改造。

对压气机进气系统粗滤网进行改进，在原设计结构上增加粗滤网的过滤面积。改造时将精过滤器滤芯由原设计的768套增加到864套，进气过滤面积比改进前增加了12.5%。增加粗滤网的过滤面积后，可以延长粗滤网的更换周期，降低机组的运行维护费用。

在压气机进气系统的百叶窗外增加1层过滤精度较高的过滤网，当雾霾、风雪及沙尘天气来临时，将整张滤网遮罩在压气机进气滤网的百叶窗外；当特殊天气过后，再将滤网掀开。遮盖、掀开滤网的操作可在燃机运行期间进行，不会对燃机运行造成影响。虽然增设滤网会对燃机负荷造成一定影响，但滤网提高了燃机在恶劣气象条件下的运行安全性和可靠性，而且可在线操作^[3]。

对进气粗滤网结构进行改进，便于在线更换压降过大的滤网。由于过滤器仓在运行期间也可以进入，所以在过滤仓内部增加1层粗滤网，可以实现在线拆装更换，保证机组在冬季供暖季连续稳定运行。

同样，由于机组进气过滤系统的基础框架已经定型，综合考虑现场实际测量结果等因素，将新增的粗滤网布置在精过滤器之前。利用原有粗滤网的框架，在其内部安装1个固定粗滤网的网格框，然后根据网格框的尺寸定制粗滤网，这样既实现了粗滤网的在线拆装，又能更好地保护精过滤器^[4]。同时，由于新增的粗滤网材质、厚度和通流面积均与原粗滤网一致，故初始压降为80 Pa，仅占进气过滤系统压差报警值（1.2 kPa）的6.7%，对进气效果的影响非常小。粗滤网更换前、后效果对比见图 3。

图3(Figure 3)

图3 粗滤网更换前后效果对比

如图 3所示，与改造前的结构相比，更换后的粗滤网模块拆装非常方便，而且通过将粗滤网的材料更换为唐纳森片状玻璃纤维后，进一步增强了粗滤网的过滤效果，能够更好地保证机组的运行状态，且节约机组的维护时间。

粗滤网改造完成后系统的运行状态表明，改造后的进气过滤系统滤网压差明显下降，过滤效率显著提高，使用周期更长，系统维护量小且简单易行。当滤网前、后压差上升，更换检修粗滤网时，不用停机即可随时在线更换，用时少、经济性高。更换粗滤网对压气机进口滤网压差的影响如图 4所示。从图 4可见，粗滤网更换后，压气机进口滤网压差由0.61 kPa下降至0.26 kPa左右，且从发现异常到更换完毕仅耗时约4 h，更换后压差下降效果明显，保障了机组的稳定运行。

图4(Figure 4)

图4 更换粗滤网对压气机进口滤网压差的影响

查阅改造前、后的系统运行维护记录数据可知，改造后粗滤网的更换周期由原来的20 d延长至 30 d。

改造前，机组停机更换粗滤网大约需要8 h，单台机损失的发电量约为2160 MWh，若上网电价按 0.70 元/kWh计算，则每次更换的直接经济损失达 151.2万元。

改造后，每年滤芯的更换次数约减少4次，每次更换时机组负荷降至额定负荷的75%，耗时4 h，发电量折算后的损失约为56.7万元；实施压气机进气过滤系统改造的费用约为17万元，每次更换滤芯的费用约为9.5万元（包括人工费用及滤芯费用），则通过进气系统改造，单台燃气轮机组的年收益约为 340万元，改造效益十分可观。

通过对燃机压气机进气过滤系统进行改造，既延长了过滤器的更换周期，减少了机组的维护工作量，同时实现了粗滤网的在线拆装更换，改善了机组抗恶劣天气干扰的能力，提高了发电机组运行的稳定性和安全性，降低了机组的发电成本，改造效果显著。