降低發(fā)電機(jī)二氧化碳置換氫氣用量方法探討

程寶如

摘要：現(xiàn)代大型火電機(jī)組普遍使用氫冷發(fā)電機(jī)組，機(jī)組在啟停過(guò)程中，為保障安全性，常需要用二氧化碳來(lái)作為中間介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)部空氣與氫氣的互換。當(dāng)前電網(wǎng)裝機(jī)容量過(guò)剩，加上調(diào)峰需求，以及日常檢修，機(jī)組啟停較為頻繁，因而二氧化碳置換氫氣操作也相對(duì)較多起來(lái)，如何提高置換效率，降低二氧化碳的使用量成為提高公司經(jīng)濟(jì)效益的重要一方面。本文通過(guò)對(duì)本廠對(duì)置換中問(wèn)題進(jìn)行分析，提出切實(shí)可行優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);氣體置換;二氧化碳使用量

引言：本廠發(fā)電機(jī)組型號(hào)為：N600—24.2/566/566，發(fā)電機(jī)采用水-氫-氫冷卻方式。為了避免空氣與氫氣直接混合發(fā)生爆炸，在啟機(jī)過(guò)程中將空氣置換為氫氣，或者在停機(jī)后檢修將氫氣置換為空氣，中間必須采用二氧化碳作為中間媒介，發(fā)電機(jī)啟動(dòng)前，充氫前保證二氧化碳濃度達(dá)到85%，停機(jī)排盡發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣，先要二氧化碳達(dá)到95%時(shí)，方可引進(jìn)空氣[1]。隨著近年來(lái)機(jī)組啟停越來(lái)越頻繁，置換經(jīng)濟(jì)支出也越來(lái)越大，此專(zhuān)項(xiàng)開(kāi)支已經(jīng)成為一個(gè)不可忽視的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，合理高效的使用二氧化碳成為生產(chǎn)成本控制的重要一環(huán)，降低二氧化碳使用量長(zhǎng)期亦將為公司提供可觀經(jīng)濟(jì)效益。

1. 當(dāng)前現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題

2017年機(jī)組進(jìn)入負(fù)荷深度調(diào)峰階段，隨著經(jīng)濟(jì)下滑，用電負(fù)荷逐年下降，機(jī)組的閑置率將上升，對(duì)機(jī)組的斷續(xù)中長(zhǎng)期保養(yǎng)也要求進(jìn)行發(fā)電機(jī)的氣體置換過(guò)程，機(jī)組由往年的“停運(yùn)次數(shù)少/每次停運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)”轉(zhuǎn)化為“停運(yùn)次數(shù)增多/每次停運(yùn)時(shí)間縮短”模式，而后者明顯對(duì)置換氣體用量需求增大，如下表所示，列出了近年兩臺(tái)機(jī)組年停運(yùn)情況：

通過(guò)上表可以看出，機(jī)組停運(yùn)次數(shù)逐年增加，二氧化碳耗用量與日俱增，這也需要改進(jìn)方法降低氣體置換使用量。#2機(jī)組近年來(lái)啟停次數(shù)明顯增加，平均每年約為4次，按照每啟停一次置換兩次二氧化碳計(jì)算，一年需要置換8次，每次置換約120瓶，耗時(shí)2至4個(gè)工作日，而同類(lèi)兄弟電廠的用量卻是80瓶左右，因而有較大改進(jìn)空間。

2. 原因分析及對(duì)策

2.1存在問(wèn)題可能的原因

針對(duì)上述現(xiàn)狀提出以下幾種可能原因。（1）運(yùn)行人員節(jié)約監(jiān)督意識(shí)不強(qiáng)，技能不足導(dǎo)致二氧化碳瓶?jī)?nèi)未用盡或者過(guò)度置換;（2）置換時(shí)排氫門(mén)開(kāi)的過(guò)大或者一直常開(kāi);（3）置換時(shí)二氧化碳或氫氣未充分靜置;（4）置換管路存在泄漏，二氧化碳加熱器未投入使用或加熱程度不夠;（5）二氧化碳瓶?jī)?nèi)純度不足，壓力不合格;（6）置換時(shí)氫氣壓力過(guò)高，未進(jìn)行提前排氫。下面對(duì)這些原因進(jìn)行逐條分析。

2.2運(yùn)行人員節(jié)約意識(shí)不足或水平不足

通過(guò)長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的監(jiān)督調(diào)查，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行人員嚴(yán)格按照培訓(xùn)及規(guī)程要求進(jìn)行參數(shù)控制，基本能夠滿(mǎn)足合理運(yùn)行，并且通過(guò)開(kāi)展班組內(nèi)師帶徒及培訓(xùn)講課等活動(dòng)，強(qiáng)化了人員的調(diào)整技術(shù)水準(zhǔn)，普遍提高了運(yùn)行人員的業(yè)務(wù)水平。在進(jìn)行二氧化碳匯流排充氣現(xiàn)場(chǎng)，有專(zhuān)人值班，并且每一瓶二氧化碳都是經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格出廠，現(xiàn)場(chǎng)配備壓力表，可以保證二氧化碳瓶絕大部分都用盡，二氧化碳的純度化驗(yàn)也是定期及時(shí)進(jìn)行，在接近置換尾聲還增加化驗(yàn)次數(shù)，過(guò)度置換的瓶數(shù)可以保證在1～2瓶以?xún)?nèi)。因此可以確定此項(xiàng)因素為次因。

2.3置換時(shí)排氫門(mén)開(kāi)的過(guò)大或者一直常開(kāi)

按照以往置換的壓力標(biāo)準(zhǔn)，保證在20KPa，不能高于此值，每次置換排氫門(mén)開(kāi)度都比較大，二氧化碳平均瞬時(shí)充氣量也較大，往往使剛沖入的二氧化碳快速流動(dòng)，部分混合氫氣排入大氣，而且機(jī)內(nèi)壓力往往呈現(xiàn)微下降趨勢(shì)，通過(guò)大量實(shí)例證明，一直保持常開(kāi)或開(kāi)度過(guò)大會(huì)造成氣體的快速排放，最終置換瓶數(shù)都較高（大于100瓶），適當(dāng)降低開(kāi)度以及保持發(fā)電機(jī)內(nèi)壓力稍高可以明顯降低二氧化碳消耗量。此項(xiàng)因素為主因。

針對(duì)#2機(jī)組往常啟停機(jī)二氧化碳置換時(shí)排氫門(mén)開(kāi)度過(guò)大或一直保持常開(kāi)、置換壓力不高于20KPa的情況，現(xiàn)場(chǎng)指派人員進(jìn)行排氫門(mén)開(kāi)度的調(diào)整，維持發(fā)電機(jī)內(nèi)部壓力在20KPa～30KPa，觀察總二氧化碳置換使用量隨之變化狀況。不改變匯流排壓力，通過(guò)就地控制排氫門(mén)不同開(kāi)度來(lái)調(diào)控發(fā)電機(jī)置換速度，并且統(tǒng)計(jì)最后二氧化碳用量。

由上表可知，紅色為往常調(diào)整值，不改變匯流排壓力，通過(guò)就地控制排氫門(mén)不同開(kāi)度來(lái)調(diào)控發(fā)電機(jī)置換，發(fā)現(xiàn)在合理的壓力范圍之內(nèi)（20～30KPa）隨著壓力的增高、排氫門(mén)開(kāi)度減小，發(fā)電機(jī)氣體置換二氧化碳使用瓶數(shù)和置換時(shí)間均有所減少。

2.4置換時(shí)二氧化碳或氫氣未充分靜置

在置換的某個(gè)實(shí)例中，因?yàn)橹型径趸嫉⒄`了供應(yīng)而人為關(guān)閉了補(bǔ)排氣門(mén)一段時(shí)間，后發(fā)現(xiàn)該次置換使用二氧化碳總量較往常有降低，而后通過(guò)一段時(shí)間的實(shí)踐觀察，發(fā)現(xiàn)通過(guò)靜置分層可以有效降低二氧化碳總消耗量。因此可以確定此項(xiàng)因素為主因。

我們用置換與靜置分層交替進(jìn)行替代置換全程“邊補(bǔ)邊排”，采取每置換4～5小時(shí)靜置半小時(shí)方案，收集參數(shù)制成下表（表2-2）。

通過(guò)上表可以看出，置換與靜置分層交替進(jìn)行方案明顯大幅降低了二氧化碳使用瓶數(shù)，但是在置換時(shí)間上并無(wú)優(yōu)勢(shì)，與相關(guān)研究表明通氣置換法通常具有較高效率結(jié)果相符[2]，而且二氧化碳長(zhǎng)時(shí)間在發(fā)電機(jī)內(nèi)停留將有產(chǎn)生綠垢的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

2.5置換管路存在泄漏，二氧化碳加熱器未投入使用或加熱程度不夠

通過(guò)對(duì)整個(gè)置換管路進(jìn)行檢查維護(hù)，并現(xiàn)場(chǎng)采用測(cè)氫儀進(jìn)行漏氣檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)泄漏狀況，同時(shí)通過(guò)長(zhǎng)期檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，二氧化碳加熱器在置換時(shí)均可以及時(shí)提前投入運(yùn)行，加熱后氣體溫度正常，符合規(guī)程要求。因此可以確定此項(xiàng)因素為次因。

2.6二氧化碳瓶?jī)?nèi)純度不足，壓力不合格

通過(guò)檢查入廠二氧化碳瓶壓力及純度，隨機(jī)抽樣檢測(cè)入廠二氧化碳罐裝瓶均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢測(cè)，純度和壓力符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此可以確定此項(xiàng)因素為次因。

2.7置換時(shí)氫氣壓力過(guò)高，未進(jìn)行提前排氫

我廠歷次二氧化碳置換氫氣之前，均需將氫氣壓力排盡或降低至20～40KPa，每次都進(jìn)行了提前排氫。因此確定此條為次要因素。

2.8二氧化碳充氣壓力過(guò)小

以往充二氧化碳?jí)毫σ话阍O(shè)定以發(fā)電機(jī)內(nèi)恒定在20KPa為準(zhǔn)，本次技術(shù)攻關(guān)中在歷次啟停機(jī)發(fā)電機(jī)氣體置換過(guò)程中適當(dāng)變換各種充氣壓力，發(fā)現(xiàn)當(dāng)充氣壓力在10KPa～40KPa范圍內(nèi)，二氧化碳消耗量與充氣壓力呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。此項(xiàng)末端因素為主因。

結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)，置換壓力不高于20KPa，二氧化碳匯流排同時(shí)兩只瓶充氣，壓力較低，現(xiàn)在保持排氫門(mén)開(kāi)度不變的前提下，提高二氧化碳匯流排充氣壓力，將匯流排同時(shí)充氣瓶數(shù)量增加至四個(gè)，并且調(diào)整匯流排充氣壓力，將充氣壓力對(duì)應(yīng)二氧化碳使用瓶數(shù)和置換時(shí)間制成下表（表2-3）。

由表可知，紅色為往常調(diào)整值，現(xiàn)在保持排氫門(mén)開(kāi)度不變的前提下，提高二氧化碳匯流排充氣壓力，將匯流排同時(shí)充氣瓶數(shù)量增加至四個(gè)，并且調(diào)整匯流排充氣壓力，發(fā)現(xiàn)在合理的壓力范圍之內(nèi)（20～30KPa）隨著壓力的增高，發(fā)電機(jī)氣體置換二氧化碳使用瓶數(shù)和置換時(shí)間均有所減少。但是壓力增加過(guò)大，將導(dǎo)致系統(tǒng)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)增加。

結(jié)論：綜合以上分析可得出主要的三點(diǎn)因素：（1）置換時(shí)排氫門(mén)開(kāi)度過(guò)大或一直保持常開(kāi);（2）二氧化碳充氣壓力過(guò)小;（3）置換時(shí)二氧化碳和氫氣未充分分層靜置 。

綜合采用以上三種主因調(diào)整方法，即通過(guò)增加二氧化碳匯流排同時(shí)充氣瓶數(shù)（2瓶調(diào)整為4瓶），適當(dāng)提高發(fā)電機(jī)內(nèi)部壓力值（20KPa調(diào)整為30KPa），采用置換與靜置分層交替進(jìn)行的方式進(jìn)行置換過(guò)程，在#2機(jī)最近一次2019年3月份、4月份的啟停機(jī)過(guò)程中，二氧化碳的使用瓶數(shù)成功降低至56瓶，比原先降低約60瓶，按照每瓶二氧化碳200元計(jì)算的話(huà)，當(dāng)前兩臺(tái)機(jī)組每年約換1500瓶，經(jīng)過(guò)本次活動(dòng)降低至少一半即750瓶，每年節(jié)約開(kāi)支15萬(wàn)元，效果非常明顯。同時(shí)置換時(shí)間也小于兩個(gè)工作日，提高了工作效率。

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