一种燃气轮机进气空气过滤系统

摘要

本发明涉及一种燃气轮机进气空气过滤系统，包括：液滴发生单元，被配置成产生不同粒径分布范围的液滴；混合单元，与所述液滴发生单元连接，被配置成将所述液滴发生单元产生的液滴与引入的空气混合均匀并生成含液气流；液滴分离与过滤单元，与所述混合单元连接，被配置成对含液气流进行气液分离和过滤净化以生成洁净的干燥气流，并将干燥气流引入燃气轮机。本发明能够减少进入空气过滤系统之前气体中的液相颗粒物，降低空气过滤系统的滤芯失效风险，延长滤芯使用寿命，保证燃气轮机系统安全稳定运行；同时，能够达到降低整套空气过滤系统负荷的目的，与现有技术相比可有效减少所需的滤芯数量，进而降低空气过滤系统的运维成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气过滤系统，特别是关于一种燃气轮机进气空气过滤系统。

背景技术

目前，我国燃气电厂或天然气长输管道压气站中大多采用GE公司、Rolls-Royce公司、Solar公司的燃气轮机作为动力设备。由于上述进口燃气轮机普遍存在供货周期长、维修和保养成本高等问题，因此要求用户在使用过程中要严格按照操作规范的要求，同时更要满足生产厂家提出的进气气质要求。

当进入燃气轮机的气质条件较差时，气体内液滴等杂质会对燃烧系统和涡轮叶片造成磨损或腐蚀等危害，导致燃气轮机失效，从而严重影响发电机组的正常运行和安全生产。因此，当气体进入燃气轮机前，需对其进行净化处理。目前燃气轮机普遍采用进气气源过滤系统作为关键设备保护装置，常用的过滤系统由多只滤芯并列组成，滤芯以纤维为过滤材料，加工成百褶形状。由于滤芯多且含有百褶结构，增加了流通面积，使得滤芯表面的空气流速控制在某一低数值，进气中的颗粒物粒子不断附着在滤芯外表面上，从而达到过滤气体中杂质的目的。

滤芯作为过滤系统的核心元件，其性能优劣将直接影响整体机组的安全运行。由于滤芯为易耗件，约半年到一年更换一次，更换滤芯成本巨大。另外，当入口气质恶化时，滤芯的寿命会发生锐减的现象，使燃气轮机面临失效的风险，对电厂生产造成很大影响。并且，燃气轮机原装进气过滤系统的滤芯采购周期长、单价高，且滤芯备件消耗量大，对备件储备及运行维护成本的控制造成了巨大压力。

在实际工程应用过程中，滤芯所在的大气环境是多变的，而大气中的污染物组成也较为复杂，主要包括固相、气相、液相三类污染物。气相污染物包括氨、氯化物、硫化物等排放物质，液相污染物包括水蒸汽以及气液两相污染物形成的具有强腐蚀性的酸性液滴。这些污染物的存在，尤其是液相污染物会对燃气轮机进气通道和压气室产生腐蚀等危害。

目前，现有燃气轮机空气过滤系统的滤芯主要存在以下几个方面的技术缺陷：

(1)对于沿海地区的燃气电厂而言，由于环境多盐雾且湿度高，进气量大，空气过滤系统的运行负荷较大，当冬季气温较低时，液相颗粒物的存在还会使滤芯表面结霜，引起燃气轮机空气过滤系统的滤芯的堵塞，导致滤芯残余阻力高、滤芯过滤性能下降、滤芯失效以及使用寿命降低等一系列问题，进而对燃气轮机的安全稳定运行带来严重影响和危害。

(2)为达到对气相颗粒物理想的过滤分离效果，燃气轮机空气过滤系统通常要安装800至1500套滤芯，处理的工艺气气量越大，需要的滤芯数量越多，过滤系统的体积庞大，液相颗粒物导致滤芯频繁失效，过滤系统装备的运维成本居高不下。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种燃气轮机进气空气过滤系统，不仅能够减少进入空气过滤系统之前气体中的液相颗粒物，进而保证燃气轮机系统安全稳定运行。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种燃气轮机进气空气过滤系统，包括：液滴发生单元，被配置成产生不同粒径分布范围的液滴；混合单元，与所述液滴发生单元连接，被配置成将所述液滴发生单元产生的液滴与引入的空气混合均匀并生成含液气流；液滴分离与过滤单元，与所述混合单元连接，被配置成对含液气流进行气液分离和过滤净化以生成洁净的干燥气流，并将干燥气流引入燃气轮机。

所述的燃气轮机进气空气过滤系统，优选地，所述液滴发生单元包括：分散腔室，为平顶锥底的密闭腔室，其上部形成有进气口和液滴出口，且所述分散腔室的进气口通过进口管路连通混合气流；空气雾化喷嘴，所述空气雾化喷嘴的喷头贯穿分散腔室的顶部后伸入所述分散腔室内部，且位于所述分散腔室的进气口上方；第一空气压缩机，通过第一调节阀与所述空气雾化喷嘴的进口端连接；水箱，通过自吸泵和第二调节阀亦与所述空气雾化喷嘴的进口端连接。

所述的燃气轮机进气空气过滤系统，优选地，所述混合单元包括：混合腔室，呈封闭的漏斗状结构，其两侧分别形成有液滴进口和混合气流出口，所述混合腔室的液滴进口与所述分散腔室的液滴出口连接；水平管段，所述水平管段的入口与所述混合腔室的混合气流出口连接。

所述的燃气轮机进气空气过滤系统，优选地，所述液滴分离与过滤单元包括：分离与过滤腔室，通过管板分隔为上部腔体和下部腔体，且所述分离与过滤腔室的上部腔体通过第三调节阀和引风机与燃气轮机的进气口相连接；滤芯，若干套所述滤芯安装在所述管板的下部；预分离器，安装在所述分离与过滤腔室的下部腔体中，所述预分离器的入口与所述水平管段的出口连接，所述预分离器的出口通过向上延伸的管路伸入至所述滤芯中。

所述的燃气轮机进气空气过滤系统，优选地，所述预分离器为折板式预分离器，所述折板式预分离器包括：进口管板和出口管板，二者平行间隔设置；折流板，至少两块所述折流板设置在所述进口管板和出口管板之间，且相邻两所述折流板之间形成折返结构的气流通道。

所述的燃气轮机进气空气过滤系统，优选地，所述折流板为呈规律分布的双层波形挡板，且在所述双层波形挡板的内外侧交替加工开口结构。

所述的燃气轮机进气空气过滤系统，优选地，所述双层波形挡板的外部夹角α为100°-150°，所述双层波形挡板的内部夹角β为30°-90°。

所述的燃气轮机进气空气过滤系统，优选地，该燃气轮机进气空气过滤系统还包括气体反吹单元，所述气体反吹单元包括依次连接的第二空气压缩机、空气储罐、管线过滤器、第四调节阀、储气罐和若干压缩气喷嘴，以及安装在所述管板上部且与所述滤芯一一对应的若干套引射器；各所述压缩气喷嘴的喷头贯穿所述分离与过滤腔室的顶部后伸入其上部腔体，且各所述压缩气喷嘴的喷头与各所述引射器的入口一一对应。

所述的燃气轮机进气空气过滤系统，优选地，所述气体反吹单元还包括：压力传感器和温度传感器，设置在所述储气罐上，用于监测所述储气罐内的压力和温度；压差变送器，分别与所述分离与过滤腔室的上部腔体和下部腔体连接，用于监测所述分离与过滤腔室内的压降；电磁阀，若干所述电磁阀分别设置在各所述压缩气喷嘴上；PLC，所述PLC的输入端分别与所述压力传感器和温度传感器电连接，所述PLC的输出端分别与各所述电磁阀电连接，用于根据采集的相关压力和温度以控制所述电磁阀的启闭状态；PC，分别与所述压差变送器和PLC电连接，用于显示压力、温度和压降并向所述PLC发送操控指令。

所述的燃气轮机进气空气过滤系统，优选地，在所述分散腔室、混合腔室和分离与过滤腔室的底部均设置有集液室。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：针对现有燃气轮机空气过滤系统技术存在的滤芯的堵塞，滤芯失效以及使用寿命降低等一系列问题，发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种内置预分离器的燃气轮机进气空气过滤系统，以克服现有技术的缺陷，对于工业用燃气轮机空气过滤系统设计和运行优化具有指导意义，具体体现在：

1、本发明在滤芯上游前置预分离器，能够减少进入空气过滤系统之前气体中的液相颗粒物，降低空气过滤系统的滤芯失效风险，延长滤芯使用寿命，保证燃气轮机系统安全稳定运行。

2、本发明能够减少进入空气过滤系统之前气体中的液相颗粒物，达到降低整套空气过滤系统负荷的目的，与现有技术相比可有效减少所需的滤芯数量，进而降低空气过滤系统的运维成本。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的燃气轮机进气空气过滤系统的整体结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的预分离器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供的燃气轮机进气空气过滤系统，包括：液滴发生单元，被配置成产生不同粒径分布范围的液滴；混合单元，与液滴发生单元连接，被配置成将液滴发生单元产生的液滴与引入的空气混合均匀并生成含液气流；液滴分离与过滤单元，与混合单元连接，被配置成对含液气流进行气液分离和过滤净化以生成洁净的干燥气流，并将干燥气流引入燃气轮机(图中未示出)。

上述实施例中，优选地，液滴发生单元包括：分散腔室1-1，为平顶锥底的密闭腔室，其上部形成有进气口和液滴出口，且分散腔室1-1的进气口通过进口管路连通混合气流；空气雾化喷嘴1-2，空气雾化喷嘴1-2的喷头贯穿分散腔室1-1的顶部后伸入分散腔室1-1内部，且位于分散腔室1-1的进气口上方；第一空气压缩机1-3，通过第一调节阀1-4与空气雾化喷嘴1-3的进口端连接；水箱1-5，通过自吸泵1-6和第二调节阀1-7亦与空气雾化喷嘴1-3的进口端连接。由此，空气和水在空气雾化喷嘴1-3内部混合均匀后产生细小液滴并均匀喷射在分散腔室1-1内，液滴在分散腔室1-1中与空气初步混合，随后液滴在气流带动下进入后续混合单元。并且，可以通过调整空气和水的压力获得不同粒径分布范围的液滴，产生满足要求的液滴。

上述实施例中，优选地，混合单元包括：混合腔室2-1，呈封闭的漏斗状结构，其两侧分别形成有液滴进口和混合气流出口，混合腔室2-1的液滴进口与分散腔室1-1的液滴出口连接；水平管段2-2，水平管段2-2的入口与混合腔室2-1的混合气流出口连接。由此，进入混合腔室2-1的空气和液滴能够在其中充分混合均匀，然后经水平管段2-2使含液气流的运动方向趋于水平一致。

上述实施例中，优选地，液滴分离与过滤单元包括：分离与过滤腔室3-1，通过管板3-2分隔为上部腔体和下部腔体，且分离与过滤腔室3-1的上部腔体通过第三调节阀4和引风机5与燃气轮机的进气口相连接；滤芯3-3，若干套滤芯3-3安装在管板3-2的下部；预分离器3-4，安装在分离与过滤腔室3-1的下部腔体中，预分离器3-4的入口与水平管段2-2的出口连接，预分离器3-4的出口通过向上延伸的管路伸入至滤芯3-3中。由此，预分离器3-4首先对含液气流中的液滴进行预分离，经过预分离器3-4后的含液气流，进一步通过滤芯3-3的外壁进入滤芯内部，由于滤芯3-3为多孔结构，液滴颗粒被拦截吸附在滤芯3-3表面和多孔结构纤维层，净化后的干燥气体进入分离与过滤腔室3-1的上部腔体，然后由引风机5将净化后的干燥气体引入燃气轮机。

上述实施例中，优选地，如图2所示，预分离器3-4为折板式预分离器，该折板式预分离器包括：进口管板3-41和出口管板3-42，二者平行间隔设置；折流板3-43，至少两块折流板3-43设置在进口管板3-41和出口管板3-42之间，且相邻两折流板3-43之间形成折返结构的气流通道3-44。由此，预分离器3-4中折返结构的气流通道3-44可以引起含液气流的流动方向急剧变化，使具有较大惯性的液滴或固体颗粒与折流板3-43壁碰撞而从流动的含液气流中分离出来，气体则由于折流板3-43之间构成的气流通道3-44宽敞而畅通，因而能顺畅通过，故含液气流中的液滴通过上述方式实现分离后在重力的作用下，进入分离与过滤腔室3-1的底部。

上述实施例中，优选地，折流板3-43为呈规律分布的双层波形挡板，且在双层波形挡板的内外侧交替加工开口结构，双层波形挡板的开口结构有利于含液气流流动过程中，液滴在开口的双层波形挡板作用下聚结，然后与双层波形挡板壁碰撞而从流动的含液气流中分离出来。

上述实施例中，优选地，双层波形挡板的外部夹角α为100°-150°，双层波形挡板的内部夹角β为30°-90°。

上述实施例中，优选地，如图1所示，本发明提供的燃气轮机进气空气过滤系统还包括气体反吹单元，气体反吹单元包括依次连接的第二空气压缩机6-1、空气储罐6-2、管线过滤器6-3、第四调节阀6-4、储气罐6-5和若干压缩气喷嘴6-6，以及安装在管板3-2上部且与滤芯3-3一一对应的若干套引射器6-7；各压缩气喷嘴6-6的喷头贯穿分离与过滤腔室3-1的顶部后伸入其上部腔体，且各压缩气喷嘴6-6的喷头与各引射器6-7的入口一一对应。由此，当滤芯3-3表面与内部纤维层的液滴颗粒累计到一定程度后，分离与过滤腔室3-1内的压降升高，此时采用压缩气体反向吹扫的方式对滤芯进行循环再生。吹扫时，储气罐6-5内的压力气体由压缩气喷嘴6-6喷射进入引射器6-7，通过引射器6-7的引流和扩压，以与过滤气流相反的方向进入滤芯3-3内部，反向气流完成对滤芯3-3表面和纤维内部的液滴的吹扫，实现滤芯3-3性能的循环再生。吹扫后的液滴，在重力的作用下落入分离与过滤腔室3-1的底部，定期排出。

上述实施例中，优选地，气体反吹单元还包括：压力传感器6-8和温度传感器6-9，设置在储气罐6-5上，用于监测储气罐6-5内的压力和温度；压差变送器6-10，分别与分离与过滤腔室3-1的上部腔体和下部腔体连接，用于监测分离与过滤腔室3-1内的压降；电磁阀6-11，若干电磁阀6-11分别设置在各压缩气喷嘴6-6上；PLC6-12，PLC6-12的输入端分别与压力传感器6-8和温度传感器6-9电连接，PLC6-12的输出端分别与各电磁阀6-11电连接，用于根据采集的相关压力和温度等参数以控制电磁阀6-11的启闭状态；PC6-13，分别与压差变送器6-10和PLC6-12电连接，用于显示压力、温度和压降等相关参数并向PLC6-12发送操控指令。

上述实施例中，优选地，在分散腔室1-1、混合腔室2-1和分离与过滤腔室3-1的底部均设置有集液室7。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。