一种燃气轮机进气滤芯反吹清理系统及清理方法与流程

本发明属于燃气轮机的运行维护技术应用领域，具体地说，涉及一种燃气轮机进气滤芯反吹清理系统及清理方法。

背景技术：

为了改善燃气轮机联合循环发电机组在运行时的流入空气质量，避免压气机叶片表面积垢、效率及气动性能下降导致的机组运行性能的降低，在燃机的压气机进口处装有气过滤器。随着运行时间的延长，压气机进气过滤器滤网会逐渐被空气中的颗粒物堵塞，引起过滤器滤网前后压差将逐渐增大，需要定期使用反吹装置将积灰吹落，否则会影响进气压力与流量从而降低机组经济性。但是，反吹装置的工作气流来源于电厂内的压缩空气，产生压缩空气需要消耗电能。因此不能不间断使用反吹装置，否则耗能巨大。

由于空气入口过滤器是由一组沿着竖直方向排布的滤芯成，而空气中的颗粒在重力以及流场的作用下会更易于沉积、附着于中、下部的滤芯上，因此随着机组的不断运行，不同位置的滤芯堵塞的程度不同，一般来说，中部和下部的过滤器更易堵塞，且不同的地区、不同型号机组的过滤器组中堵塞区域的分布情况往往不同，但在实际运行中，传统进气过滤系统的反吹装置由于无法判断过是由哪一区域的滤芯堵塞严重，只能统一将所有滤芯的反吹装置全部打开进行反吹，造成了压缩空气与能源的浪费。与此同时，传统进气过滤系统的反吹装置也无法判断反吹的最佳时机，只能设定固定的时间进行反吹，而反吹的固定时间的确定较为随意，缺乏理论依据，往往导致反吹过于频繁而浪费能源亦或是反吹频率过低从而降低了机组的我经济性。

技术实现要素：

本发明提供一种燃气轮机进气滤芯反吹清理系统，使滤芯反吹装置在需要的时候开启，避免了传统的采用定期开启造成的浪费。

技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种燃气轮机进气滤芯反吹清理系统，包括滤芯，所述滤芯安装在过滤器内，过滤器安装在压气机进气管道的空气进口区域位置，所述滤芯的前后两侧分别均设置有用于测试空气压力的前侧压力测点和后侧压力测点，反吹周期计算模块依据滤芯前侧压力测点的数据和后侧压力测点的数据的差值通过上位机控制滤芯反吹装置动作。

作为本发明的再进一步技术方案：所述滤芯自上而下分成若干区域，每个区域前后两侧均设置有压力测点，所述前侧压力测点的数据为滤芯前侧各区域的压力测点数据的平均值，所述后侧压力测点数据为滤芯后侧各区域压力测点数据的平均值。

作为本发明的再进一步技术方案：所述每个区域的滤芯的后侧还包括用于测量该区域滤芯后的空气流速的皮托管和风速测试仪，且每个区域有各自对应的滤芯反吹装置，皮托管和风速测试仪将测量的数据传递给反吹区域搜索模块，反吹区域搜索模块判断后通过上位机控制各区域相对应的滤芯反吹装置工作。

作为本发明的再进一步技术方案：所述反吹区域搜索模块判断过程如下，反吹区域搜索模块对比上部滤芯后的空气流速v1、中部区域滤芯后的空气流速v2以及下部区域滤芯后的空气流速v3，找出其中的最小值，从而将信号传递给上位机，上位机选择相对应区域的滤芯反吹装置对相应的区域进行针对性地反吹。

作为本发明的再进一步技术方案：所述各个区域前后侧的压力测点均通过压差计传递至反吹周期计算模块。

作为本发明的再进一步技术方案：所述滤芯自上而下分成三个区域，分别为上部区域、中部区域和下部区域；滤芯的每个区域的前后位置均安装有压力测点，所述上部区域的前后两侧分别为前侧压力测点一和后侧压力测点一；所述中部区域的前后两侧分别为前侧压力测定二和后侧压力测点二；所述下部区域的前后两侧分别设置有前侧压力测点三和后侧压力测点三；所述滤芯每个区域的后侧均安装有相对应的滤芯反吹装置，所述滤芯反吹装置包括上部滤芯反吹装置、中部滤芯反吹装置和下部滤芯反吹装置，上部滤芯反吹装置安装在上部区域，中部滤芯反吹装置安装在中部区域，下部滤芯反吹装置安装在下部区域；反吹周期计算模块对比所述前侧压力测点一、前侧压力测点二和前侧压力测点三采集数据的平均值与后侧压力测点一、后侧压力测点二和后侧压力测点三采集数据的平均值之间的差值，并进行判断计算后通过上位机分别控制滤芯反吹装置。

作为本发明的再进一步技术方案：所述皮托管共设置有三个，分别是上部皮托管、中部皮托管和下部皮托管，三个皮托管自上而下依次安装在对应的上部区域、中部区域和下部区域；上部皮托管连接至上部风速测试仪，中部皮托管连接至中部风速测试仪，下部皮托管连接至下部风速测试仪；上部风速测试仪、中部风速测试仪和下部风速测试仪均连接至反吹区域搜索模块，反吹区域搜索模块连接至上位机。

作为本发明的进一步技术方案：所述的反吹周期计算模块的计算判断方法如下：首先根据区域前侧压力测点和区域后侧压力测点之间的差值计算出滤芯前后的实时差压δpf'，结合当前大气压力值p0，由已知的额定滤芯前后差压δpf计算出额定滤芯前后压差下的压气机进口压力pin以及当前实际滤芯前后压差下的压气机进口压力pin'：

pin＝p0-δpf(1)

pin'＝p0-δpf'(2)

因此由当前实际滤芯前后压差造成的压气机进口压力损失δpin如下：

δpin＝pin-pin'(3)

由于燃气轮机进口即压气机出口压力pout无论在任何的进口压力下都需要保持一致，由此得到额定滤芯前后差压下的压比πc以及实际滤芯前后压差下的压比πc'：

进一步求取压气机当前实际滤芯前后压差造成的比功损失δwc与额定压差下比功wc的关系：

其中k为绝热指数，即定压比热容与定容比热容之比；

进一步可得到功率的相对变化量：

其中pc为额定滤芯前后差压下压气机的功率，δpc为当前实际滤芯前后差压下压气机的功率损耗量，通过电价可以折算成压气机功率损耗成本δcc；

与此同时，计算若从当前时刻进行滤芯反吹需要承担的实时成本cs：

cs＝qqrce(8)

其中q为反吹所需的压缩空气量，qr为产生压缩空气所需的电量，ce为上网电价；

最后对比由当前滤芯前后差压造成的压气机功率损耗成本δcc与滤芯反吹需要承担的综合实时成本cs之间的大小，如果cs＞δcc，则说明当前时刻滤芯反吹的代价比压气机性能下降的代价更高，暂无必要进行反吹，则进入下一个时刻，从头计算以上的过程；如果cs≤δcc，则说明压气机性能下降代价达到临界值或者超过了滤芯反吹的实时综合成本，需要立即进行反吹，此时将进行滤芯反吹的指令信号立即反馈给上位机。

一种采用燃气轮机进气滤芯反吹清理系统的清理方法，其主要步骤如下：首先计算得到滤芯前侧区域的压力测点以及滤芯后侧区域压力测点的差测出滤芯前后的实时差压，输入反吹周期计算模块后进行计算得到压气机功率损耗成本；并进行判断当前滤芯前后压差造成的压气机功率损耗成本大于滤芯反吹需要承担的综合实时成本cs时，此时反吹周期计算模块将信号传递给上位机，上位机控制滤芯反吹器装置工作。

有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

1)本发明的目的在于解决了现有燃气轮机进气过滤器反吹装置采用固定运行周期运行从而导致的能源浪费的问题。

2)本发明基于多点压差测量法可使得滤网前后差压值的采集更为准确，可以结合压气机功率损耗成本计算方法准确地计算出反吹的周期，使滤芯反吹装置在需要的时候开启，避免了传统的采用定期开启造成的浪费。

3)本发明同时基于多点流量测量，可以查找出滤芯中哪一部分的滤芯堵塞严重影响机组运行，从而有针对性的对该部分滤芯进行反吹。从而避免了传统滤芯反吹装置全开的运行方式，减少了损耗，节约了能源。

附图说明

图1为本发明实施例一种燃气轮机进气滤芯反吹清理系统的结构示意图。

图2为本发明实施例一种燃气轮机进气滤芯反吹清理系统中反吹周期计算模块判断流程图。

图中：1-压力测点一，2-压力测点二，3-压力测点三，4-压力测点四，5-压力测点五，6-压力测点六，7-上部皮托管，8-中部皮托管，9-下部皮托管，10-上部滤芯反吹装置，11-中部滤芯反吹装置，12-下部滤芯反吹装置，13-压差计，14-下部风速测试仪，15-中部风速测试仪，16-上部风速测试仪，17-反吹周期计算模块，18-反吹区域搜索模块，19-上位机，20-进气管道，21-空气进口，22-过滤器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本文中所说的前侧表示图1的左侧，后侧表示图1的右侧；

如图1所示，一种燃气轮机进气滤芯反吹清理系统，包括滤芯22、压力测点、皮托管、风速测试仪、滤芯反吹装置、反吹周期计算模块17、反吹区域搜索模块18和上位机19；

所述滤芯22安装在过滤器内，过滤器安装在压气机进气管道20的空气进口区域21位置，所述滤芯22自上而下分成三个区域，分别为上部区域、中部区域和下部区域；滤芯22的每个区域的前后位置均安装有压力测点，所述上部区域的前后两侧分别为前侧压力测点一1和后侧压力测点一4；所述中部区域的前后两侧分别为前侧压力测定二2和后侧压力测点二5；所述下部区域的前后两侧分别设置有前侧压力测点三3和后侧压力测点三6；

所述滤芯22每个区域的后侧均安装有相对应的滤芯反吹装置，所述滤芯反吹装置包括上部滤芯反吹装置10、中部滤芯反吹装置11和下部滤芯反吹装置12，上部滤芯反吹装置10安装在上部区域，中部滤芯反吹装置11安装在中部区域，下部滤芯反吹装置12安装在下部区域；

所述前侧压力测点一1、前侧压力测点二2和前侧压力测点三3采集的数据传送到压差计13；

所述后侧压力测点一4、后侧压力测点二5和后侧压力测点三6采集的数据也传送到压差计13；

压差计13根据前侧压力测点一1、前侧压力测点二2和前侧压力测点三3采集数据的平均值与后侧压力测点一4、后侧压力测点二5和后侧压力测点三6采集数据的平均值之间的差值计算出滤芯前后的实时差压，并将数据传输到反吹周期计算模块17后判断计算当前时间是否需要进行进气滤芯反吹；所述反吹周期计算模块17连接至上位机19，上位机19控制滤芯反吹装置的运转。

所述皮托管共设置有三个，分别是上部皮托管7、中部皮托管8和下部皮托管9，三个皮托管自上而下依次安装在对应的上部区域、中部区域和下部区域；上部皮托管7连接至上部风速测试仪16，中部皮托管7连接至中部风速测试仪15，下部皮托管9连接至下部风速测试仪14；上部风速测试仪16、中部风速测试仪15和下部风速测试仪14均连接至反吹区域搜索模块18，反吹区域搜索模块18连接至上位机19。通过上部皮托管7和上部风速测试仪16测出滤芯22后侧上部区域的空气流速v1；使用中部皮托管8和中部测速仪15测出滤芯22后侧中部区域的空气流速v2；使用下部皮托管9和下部测速仪14测出滤芯22后侧下部区域的空气流速v3，将三个空气流速值输入反吹区域搜索模块18进行计算，从而确定滤芯22不同区域的堵塞情况，确定堵塞严重的区域。最终上位机19可以根据反吹区域搜索模块18的结果控制特定区域的滤芯反吹装置进行有针对性的反吹，使得反吹系统的运行更为经济、可靠、准确。

请参阅图2为所述反吹周期计算模块17判断计算的方法流程图：首先根据前侧压力测点一1、前侧压力测点二2和前侧压力测点三3采集数据的平均值与后侧压力测点一4、后侧压力测点二5和后侧压力测点三6采集数据的平均值之间的差值计算出滤芯前后的实时差压δpf'，结合当前大气压力值p0，由已知的额定滤芯前后差压δpf计算出额定滤芯前后压差下的压气机进口压力pin以及当前实际滤芯前后压差下的压气机进口压力pin'：

pin＝p0-δpf(1)

pin'＝p0-δpf'(2)

因此由当前实际滤芯前后压差造成的压气机进口压力损失δpin如下：

δpin＝pin-pin'(3)

由于燃气轮机进口即压气机出口压力pout无论在任何的进口压力下都需要保持一致，由此得到额定滤芯前后差压下的压比πc以及实际滤芯前后压差下的压比πc'：

进一步求取压气机当前实际滤芯前后压差造成的比功损失δwc与额定压差下比功wc的关系：

其中k为绝热指数，即定压比热容与定容比热容之比。

进一步可得到功率的相对变化量：

其中pc为额定滤芯前后差压下压气机的功率，δpc为当前实际滤芯前后差压下压气机的功率损耗量，通过电价可以折算成压气机功率损耗成本δcc。

与此同时，计算若从当前时刻进行滤芯反吹需要承担的实时成本cs：

cs＝qqrce(8)

其中q为反吹所需的压缩空气量，qr为产生压缩空气所需的电量，ce为上网电价。

最后对比由当前滤芯前后差压造成的压气机功率损耗成本δcc与滤芯反吹需要承担的综合实时成本cs之间的大小，如果cs＞δcc，则说明当前时刻滤芯反吹的代价比压气机性能下降的代价更高，暂无必要进行反吹，则进入下一个时刻，从头计算以上的过程。如果cs≤δcc，则说明压气机性能下降代价达到临界值或者超过了滤芯反吹的实时综合成本，需要立即进行反吹，此时将进行滤芯反吹的指令信号立即反馈给上位机。

同时通过反吹区域搜索模块18对比上部滤芯后的空气流速v1、中部区域滤芯后的空气流速v2以及下部区域滤芯后的空气流速v3，找出其中的最小值，从而将信号传递给上位机19，上位机19选择相对应区域的滤芯反吹装置对相应的区域进行针对性地反吹。

一种采用燃气轮机进气滤芯反吹清理系统的清理方法，其主要过程如下，首先计算得到滤芯前侧区域的压力测点以及滤芯后侧区域压力测点的差测出滤芯前后的实时差压，输入反吹周期计算模块后进行计算判断，当前滤芯前后压差造成的压气机功率损耗成本大于滤芯反吹需要承担的综合实时成本cs时，此时反吹周期计算模块17将信号传递给上位机，此时满足启动反吹控制装置的时间；同时可将滤芯按照垂直方向分为多个区域，并在不同区域安装有相对应的滤芯反吹装置，随后使用每个区域设定的皮托管和风速测速仪测出不同区域滤芯后的风速，将不同流速值输入反吹区域搜索模块进行计算，从而确定滤芯堵塞严重的区域；上位机同时结合反吹周期计算模块和反吹区域搜索模块的信号在特定时间控制特定区域的滤芯反吹器装置进行有针对性的反吹。