640MW發(fā)電機(jī)氫氣濕度偏大原因分析及對(duì)策

周曉明　劉曉艷

摘要：文章介紹了某發(fā)電廠2臺(tái)進(jìn)口640MW氫冷發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中氫氣濕度偏大、露點(diǎn)超標(biāo)的情況，找出了氫氣濕度偏大的原因，分析了市場(chǎng)現(xiàn)有氫氣干燥設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)，提出了解決對(duì)策，改造了氫氣除濕系統(tǒng)，并對(duì)改造后的運(yùn)行效果進(jìn)行了分析，最終解決了濕度偏大問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；氫氣濕度；露點(diǎn)超標(biāo)；氫氣干燥設(shè)備；氫氣除濕系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM311 文章編號(hào)：1009-2374（2016）30-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.012

1 概述

某電廠為2臺(tái)進(jìn)口640MW燃煤機(jī)組，每臺(tái)發(fā)電機(jī)有一臺(tái)硅膠吸附式氫氣干燥裝置（進(jìn)口設(shè)備），機(jī)組投產(chǎn)3年以后，氫氣露點(diǎn)值開(kāi)始變大和超標(biāo)，調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行方式、延長(zhǎng)再生時(shí)間和更換吸附硅膠（國(guó)產(chǎn)硅膠），露點(diǎn)數(shù)值均不能改善。

發(fā)電機(jī)氫氣濕度偏大，發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在此工況下運(yùn)行，會(huì)降低發(fā)電機(jī)絕緣水平，使發(fā)電機(jī)的定子絕緣在薄弱處發(fā)生相間短路；會(huì)降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣水平，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子匝間短路，匝間短路可導(dǎo)致軸振和機(jī)組磁化；可以使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，縮短發(fā)電機(jī)壽命等。

本文針對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣濕度偏大問(wèn)題進(jìn)行分析，并進(jìn)行了兩臺(tái)機(jī)組氫氣干燥裝置的技術(shù)改造，有效地解決了發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)超標(biāo)問(wèn)題。

2 氫氣濕度特點(diǎn)及原因分析

2.1 發(fā)電機(jī)氫氣露點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)

按照發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)國(guó)標(biāo)及規(guī)程要求：氫氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)前和在運(yùn)行中必須干燥，干燥裝置要保證在額定氫壓下機(jī)內(nèi)氫氣露點(diǎn)不大于0℃，同時(shí)又不低于-25℃；當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣露點(diǎn)超過(guò)此值時(shí)，顯示報(bào)警并應(yīng)采取措施；發(fā)電機(jī)置換用氫氣、補(bǔ)充用氫氣，其露點(diǎn)應(yīng)不大于-25℃。

2.2 原發(fā)電機(jī)氫氣干燥狀況

某電廠發(fā)電機(jī)原氫氣干燥裝置為硅膠吸附式干燥方式，按照氫氣干燥裝置運(yùn)行及維護(hù)要求，氫氣干燥裝置在使用一段時(shí)間后，變色硅膠會(huì)變色，硅膠變色后需要對(duì)其進(jìn)行再生；當(dāng)再生無(wú)效果時(shí)，即硅膠失效，需要對(duì)硅膠進(jìn)行更換，并設(shè)有氫氣濕度在線監(jiān)測(cè)裝置。按照設(shè)備使用說(shuō)明，發(fā)電機(jī)干燥設(shè)備的干燥劑壽命為3年，干燥劑在受油氣污染，再生解析后無(wú)法恢復(fù)性能時(shí)，需更換硅膠，但進(jìn)口硅膠價(jià)格極高。

2.3 原因分析

發(fā)電機(jī)氫氣濕度偏大，對(duì)影響氫氣濕度偏大的原因進(jìn)行多次檢查，對(duì)其可能影響的各系統(tǒng)進(jìn)行排查，均未發(fā)現(xiàn)異常，如：（1）發(fā)電機(jī)的定冷水系統(tǒng)；（2）氫冷水系統(tǒng)；（3）密封油系統(tǒng)；（4）補(bǔ)氫、排污等各系統(tǒng)。這些系統(tǒng)均正常，最后將影響氫氣露點(diǎn)的焦點(diǎn)落在氫氣干燥裝置上，通過(guò)對(duì)運(yùn)行中在線監(jiān)測(cè)的氫氣露點(diǎn)值和人工檢測(cè)值進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)相當(dāng)，這證明了在線測(cè)定值是準(zhǔn)確的。

綜上所述，發(fā)電機(jī)氫氣干燥裝置實(shí)際上未達(dá)到預(yù)期的干燥效果，發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣含水排不出來(lái)，最終導(dǎo)致氫氣露點(diǎn)偏大。

3 對(duì)策及技術(shù)改造

3.1 市場(chǎng)現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)分析

目前，市場(chǎng)現(xiàn)有已成熟使用的氫氣干燥裝置都是基于吸附式和冷凝式兩種原理。

吸附式干燥劑是一種具有豐富微孔結(jié)構(gòu)、巨大微孔表面的固體材料，捕獲氣體中的水分，并將其吸附到微孔表面上，從而達(dá)到降低氣體濕度。當(dāng)達(dá)到吸附平衡時(shí)，必須再生才能使其重新具有吸附作用。目前，干燥吸附劑有硅膠、活性氧化鋁和分子篩三種，活性氧化鋁吸附式效果顯著。

冷凝式干燥技術(shù)是利用水蒸汽遇冷凝結(jié)原理，按制冷方式不同，冷凝式干燥器可分為半導(dǎo)體制冷式干燥和機(jī)械壓縮制冷式干燥兩大類。機(jī)械壓縮式制冷干燥技術(shù)成熟，制冷量大，但制冷深度有限，而半導(dǎo)體制冷干燥裝置受半導(dǎo)體制冷技術(shù)限制，制冷深度有限，且半導(dǎo)體器件數(shù)量較大，使用壽命有限，后期維護(hù)成本較高。

經(jīng)過(guò)調(diào)研及技術(shù)分析，綜合比較國(guó)內(nèi)各電廠發(fā)電機(jī)氫氣干燥方式及效果，決定選取干燥效果較好的活性氧化鋁吸附式的干燥裝置。

3.2 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)

干燥裝置采用活性氧化鋁吸附的雙塔模式，并在氫氣干燥裝置進(jìn)氣前和出氣后設(shè)有專門(mén)除油裝置，作為濾除氫氣中的油水、油蒸汽、灰塵及雜質(zhì)等，保護(hù)其后的氫氣干燥裝置不受灰塵及油污染。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，一塔吸濕，一塔再生，雙塔自動(dòng)切換，能連續(xù)對(duì)氫氣干燥，控制方式為就地控制，整個(gè)裝置由PLC控制。

設(shè)備改造后，從發(fā)電機(jī)來(lái)氫經(jīng)過(guò)濾罐后進(jìn)入吸收塔，氫氣吸濕后經(jīng)沉降罐回到發(fā)電機(jī)內(nèi)部，吸收塔內(nèi)設(shè)增壓風(fēng)機(jī)，以保證干燥系統(tǒng)氫氣的流量，活性氧化鋁吸附飽和后且達(dá)到設(shè)定的切換時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行切換。再生是對(duì)再生塔內(nèi)的活性氧化鋁進(jìn)行加熱，使吸附的水蒸發(fā)，系統(tǒng)另接一路冷卻水，水蒸氣遇外接冷卻水冷凝成水排除，完成再生。

4 效果分析

兩臺(tái)機(jī)組在2014年技術(shù)改造完成后，氫氣露點(diǎn)值從改造前的不合格降到當(dāng)前的-16℃，規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)要求露點(diǎn)值在-25℃～0℃之間，改造后的設(shè)備滿足發(fā)電機(jī)對(duì)氫氣露點(diǎn)品質(zhì)的要求，符合國(guó)標(biāo)及進(jìn)口機(jī)組廠家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備運(yùn)行安全可靠。圖3為#1機(jī)組改造后一周內(nèi)氫氣露點(diǎn)曲線：

圖3是發(fā)電機(jī)等級(jí)檢修，氫氣置換完后一周內(nèi)氫氣溫度和露點(diǎn)曲線，因等級(jí)檢修打開(kāi)發(fā)電機(jī)人孔門(mén)，大氣中的水汽進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，檢修后發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣露點(diǎn)在22℃。曲線1是發(fā)電機(jī)內(nèi)部冷氫溫度，機(jī)組運(yùn)行期間，基本在41℃左右；曲線2是發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣露點(diǎn)曲線，從檢修后的22℃，經(jīng)過(guò)5天的除濕，發(fā)電機(jī)內(nèi)部水分逐步排除，露點(diǎn)降到0℃以下；曲線3是氫氣干燥裝置出口露點(diǎn)曲線，干燥裝置A/B塔切換周期設(shè)置為8小時(shí)，切換初期，活性氧化鋁吸附能力最強(qiáng)，干燥裝置出口露點(diǎn)能降低25℃左右，大約經(jīng)過(guò)1.5小時(shí)，活性氧化鋁的吸附逐步達(dá)到飽和，干燥裝置出口露點(diǎn)值逐步接近發(fā)電機(jī)內(nèi)部露點(diǎn)值，每個(gè)切換周期，發(fā)電機(jī)內(nèi)部露點(diǎn)能降低1℃～2℃，進(jìn)過(guò)5天共計(jì)15個(gè)周期，露點(diǎn)值從22℃降低到0℃以下，已經(jīng)達(dá)到機(jī)組對(duì)露點(diǎn)的要求。

圖4是發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)內(nèi)部氫氣溫度和露點(diǎn)曲線，曲線1是發(fā)電機(jī)內(nèi)部冷氫溫度，機(jī)組運(yùn)行期間，基本在40℃左右；曲線2是發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣露點(diǎn)曲線，露點(diǎn)溫度在-16℃～-14℃之間；曲線3是氫氣干燥裝置出口露點(diǎn)曲線，露點(diǎn)從雙塔切換時(shí)-32℃升到-16℃時(shí)飽和。發(fā)電機(jī)露點(diǎn)值在-25℃～0℃之間，符合機(jī)組運(yùn)行要求。

技術(shù)改造達(dá)到了預(yù)期效果，改造后設(shè)備運(yùn)行安全可靠，消除了氫氣濕度大可能導(dǎo)致的潛在隱患，有效保障了發(fā)電機(jī)組對(duì)氫氣露點(diǎn)品質(zhì)的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

在發(fā)電機(jī)氫氣品質(zhì)管理中，需提高氫氣濕度大對(duì)發(fā)電機(jī)危害的認(rèn)識(shí)，了解氫氣露點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，確保氫氣濕度在國(guó)標(biāo)的要求范圍內(nèi)。本文對(duì)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造后，經(jīng)過(guò)1年的運(yùn)行觀察，其氫氣露點(diǎn)值基本維持在-16℃，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，解決了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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