燃气轮机进气过滤纸的设计

燃气轮机进气过滤纸的设计

高效、稳定的能源过滤系统对于维护鉴于低质量的能源侧重于维护能源侧的稳定和运行。低质量的气田（空气）会导致发动机出现故障、磨损和腐蚀，严重影响汽油工具的工作性能和使用寿命。1动力机械简介燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机。其工作过程是:首先,压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;其后,压缩后的空气进入燃烧室,与喷入的燃料混合后燃烧,成为高温燃气,随即流入燃气透平中膨胀做功发电,同时推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转2空气污染物对发电机的影响燃气轮机需要将空气压缩后与燃料混合燃烧以推动燃气轮机做功,但如果空气中含有杂质,不仅会降低燃气轮机的燃烧效率,也会使燃气轮机旋转部件产生结垢或磨损,造成燃气轮机输出功率降低,甚至缩短使用寿命。空气污染物对燃气轮机造成影响的地方包括燃气轮机及其压气机转动件,各尺寸空气污染物对燃气轮机造成的影响见表1。燃气轮机及其压气机转动件价格昂贵,磨损造成的修理或更换不仅消耗数以百万计的资金,而且修理或更换过程造成的停机也会对电厂造成巨大损失;同时,由于污染物导致的燃气轮机效率降低1个百分点,对以发电量取胜(单位电量盈利率非常低,只有大量发电才能保证利润)的电厂而言也是巨大损失。因此,为了保证燃气轮机的输出功率,维护其安全稳定运行,延长使用寿命,需对燃气轮机的进气空气进行过滤,尽可能控制0﹒1～10μm的颗粒随空气进入燃气轮机。3环境适应性原则过滤效率是燃气轮机滤纸的最重要指标,它决定了滤纸是否可以胜任设计要求,过滤掉空气中的细小污染物,达到保护燃气轮机的目的。除了过滤性能,滤纸的环境适应性也尤为重要。燃气轮机有可能安装在全球的任何一个地方,并且要全年运行,其所处环境不仅会因为所处的地域,而且会随着季节的变换、天气的变换以及周围建设环境的变换而变换4双组分纤维复合滤纸燃气轮机进气过滤滤纸已经发展到第四代产品:第一代,全植物纤维滤纸;第二代,非植物纤维复合滤纸;第三代,全非植物纤维滤纸;第四代,纳米纤维复合滤纸。无论是环境适应性还是过滤性能,新一代滤纸的性能都比前一代滤纸有大幅提高。出于成本原因,国内仍有使用全植物纤维滤纸制造燃气轮机滤芯,但国外主流技术已将其淘汰,不再使用。4.1全植物纤维滤纸全植物纤维滤纸是全部由植物纤维制成的滤纸,图1是全植物纤维滤纸100倍的扫描电子显微镜照片。4.2非植物纤维复合滤纸为了有效克服全植物纤维滤纸的缺点,非植物纤维复合滤纸得到了广泛使用。图2是非植物纤维滤纸的扫描电子显微镜照片。4.3非植物纤维滤纸为了进一步增强滤纸的过滤性能和环境适应性,全非植物纤维滤纸被开始设计制造。图3是全非植物纤维滤纸的扫描电子显微镜照片。4.4多过滤效率对比纳米纤维复合滤纸就是采用纳米纤维复合而制成的滤纸。由于纳米纤维的直径小到以纳米为单位,因此它的复合提高了滤纸过滤时的有效比表面积;同时,由于纳米纤维的直径与空气分子的平均自由程相当,使得过滤过程中在它的表面会出现滑流现象,导致纤维表面的气流流速不为零,提高纤维对亚微米颗粒的捕集效率,有效提高滤纸的过滤效率。目前,主流的纳米纤维复合技术有两种,一种是电纺纳米纤维复合技术,另一种是熔喷纳米纤维复合技术。这两种技术都是将相应的纳米纤维复合在滤纸基材的表面上。图4和图5分别是电纺纳米纤维和熔喷纳米纤维的扫描电子显微镜照片。尽管之前的三代滤纸都可以作为基材复合纳米纤维层。但出于品质考虑,国际的主流技术均采用第二代非植物纤维复合滤纸或第三代全非植物纤维滤纸进行复合。图6和图7分别是电纺纳米纤维复合滤纸和熔喷纳米纤维复合滤纸截面的扫描电子显微镜照片。之所以将纳米纤维复合在基材滤纸的表面上,是因为纳米纤维网具有显著提高将灰尘粒子捕集在滤材表面的能力,可将穿透到滤材深处的粒子数量减为最少。这种表面过滤的特性使得滤材在脉冲反吹的过程中,其捕集的灰尘粒子更容易脱除,因为这些粒子位于纳米纤维网的表面而不是滤材深处。而在传统过滤纸中,灰尘粒子被截留在滤材孔隙里,使其在脉冲清洗过程中很难被除去,降低了过滤系统脉冲反吹的效用。图8是使用后挂满污染物的熔喷纳米纤维复合滤纸截面的扫描电子显微镜照片。5非植物纤维复合滤纸燃气轮机技术的进步将会进一步推动燃气轮机进气过滤纸技术的发展。未来的滤纸不仅需要有更高的过滤精度,更好的环境适应性,还需要更便捷的制造手段,更优的加工适应性以及更经济的制造和应用成本。这不仅需要造纸技术的不断革新,还需要在更广阔的范围内与尖端的纤维制造技术和复合技术相融合。非植物纤维复合滤纸就是在原有植物纤维的基础上复合非植物纤维而制成的滤纸。由于非植物纤维的直径可以比植物纤维更细且可控制,使其过滤精度比全植物纤维纸更高;同时,非植物纤维没有吸湿润胀变软的特性,在潮湿环境下更能保持结构的稳定,可保持燃气轮机过滤系统的稳定运行;另外,由于非植物纤维有良好的热、酸稳定性,使其具有更优的环境适应性。因此,非植物纤维的复合可以有效缓解植物纤维的不良影响,滤纸性能随非植物纤维用量的增加而提高,合理选择树脂可以进一步提高非植物纤维复合滤纸在湿、热、酸等环境下的稳定性。由于植物纤维直径(通常都大于15μm)限制,导致滤纸的过滤精度受限,很难满足现代燃气轮机过滤系统对微米、亚微米级颗粒的过滤要求;植物纤维吸湿润胀变软的特性使全植物纤维滤纸加工的滤芯结构不稳定,在潮湿环境下极易发生变形,导致燃气轮机过滤系统运行不稳定(如常见的阻力大幅攀升);植物纤维受热易碳化、在酸性环境中易降解的特性使得它环境适应性较差——在恶劣环境下,如在高温、有酸性和有液态碳氢化合物时,纤维容易丧失强度,使滤纸破裂,导致大量污染物进入燃气轮机系统。