640MW發電機氫氣濕度偏大原因分析及對策

周曉明　劉曉艷

摘要：文章介紹了某發電廠2臺進口640MW氫冷發電機組運行中氫氣濕度偏大、露點超標的情況，找出了氫氣濕度偏大的原因，分析了市場現有氫氣干燥設備的技術特點，提出了解決對策，改造了氫氣除濕系統，并對改造后的運行效果進行了分析，最終解決了濕度偏大問題。

關鍵詞：發電機；氫氣濕度；露點超標；氫氣干燥設備；氫氣除濕系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM311 文章編號：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臺進口640MW燃煤機組，每臺發電機有一臺硅膠吸附式氫氣干燥裝置（進口設備），機組投產3年以后，氫氣露點值開始變大和超標，調整系統運行方式、延長再生時間和更換吸附硅膠（國產硅膠），露點數值均不能改善。

發電機氫氣濕度偏大，發電機長時間在此工況下運行，會降低發電機絕緣水平，使發電機的定子絕緣在薄弱處發生相間短路；會降低發電機轉子絕緣水平，嚴重時會導致轉子匝間短路，匝間短路可導致軸振和機組磁化；可以使發電機轉子護環產生應力腐蝕裂紋，縮短發電機壽命等。

本文針對發電機氫氣濕度偏大問題進行分析，并進行了兩臺機組氫氣干燥裝置的技術改造，有效地解決了發電機氫氣露點超標問題。

2 氫氣濕度特點及原因分析

2.1 發電機氫氣露點標準

按照發電機氫氣系統國標及規程要求：氫氣進入發電機前和在運行中必須干燥，干燥裝置要保證在額定氫壓下機內氫氣露點不大于0℃，同時又不低于-25℃；當發電機內氫氣露點超過此值時，顯示報警并應采取措施；發電機置換用氫氣、補充用氫氣，其露點應不大于-25℃。

2.2 原發電機氫氣干燥狀況

某電廠發電機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行及維護要求，氫氣干燥裝置在使用一段時間后，變色硅膠會變色，硅膠變色后需要對其進行再生；當再生無效果時，即硅膠失效，需要對硅膠進行更換，并設有氫氣濕度在線監測裝置。按照設備使用說明，發電機干燥設備的干燥劑壽命為3年，干燥劑在受油氣污染，再生解析后無法恢復性能時，需更換硅膠，但進口硅膠價格極高。

2.3 原因分析

發電機氫氣濕度偏大，對影響氫氣濕度偏大的原因進行多次檢查，對其可能影響的各系統進行排查，均未發現異常，如：（1）發電機的定冷水系統；（2）氫冷水系統；（3）密封油系統；（4）補氫、排污等各系統。這些系統均正常，最后將影響氫氣露點的焦點落在氫氣干燥裝置上，通過對運行中在線監測的氫氣露點值和人工檢測值進行分析，發現兩種數據相當，這證明了在線測定值是準確的。

綜上所述，發電機氫氣干燥裝置實際上未達到預期的干燥效果，發電機內部氫氣含水排不出來，最終導致氫氣露點偏大。

3 對策及技術改造

3.1 市場現有設備技術分析

目前，市場現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構、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，從而達到降低氣體濕度。當達到吸附平衡時，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。

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

經過調研及技術分析，綜合比較國內各電廠發電機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 系統原理及結構

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氣前和出氣后設有專門除油裝置，作為濾除氫氣中的油水、油蒸汽、灰塵及雜質等，保護其后的氫氣干燥裝置不受灰塵及油污染。系統運行時，一塔吸濕，一塔再生，雙塔自動切換，能連續對氫氣干燥，控制方式為就地控制，整個裝置由PLC控制。

設備改造后，從發電機來氫經過濾罐后進入吸收塔，氫氣吸濕后經沉降罐回到發電機內部，吸收塔內設增壓風機，以保證干燥系統氫氣的流量，活性氧化鋁吸附飽和后且達到設定的切換時間自動進行切換。再生是對再生塔內的活性氧化鋁進行加熱，使吸附的水蒸發，系統另接一路冷卻水，水蒸氣遇外接冷卻水冷凝成水排除，完成再生。

4 效果分析

兩臺機組在2014年技術改造完成后，氫氣露點值從改造前的不合格降到當前的-16℃，規程和標準要求露點值在-25℃～0℃之間，改造后的設備滿足發電機對氫氣露點品質的要求，符合國標及進口機組廠家標準，設備運行安全可靠。圖3為#1機組改造后一周內氫氣露點曲線：

圖3是發電機等級檢修，氫氣置換完后一周內氫氣溫度和露點曲線，因等級檢修打開發電機人孔門，大氣中的水汽進入發電機內部，檢修后發電機內部氫氣露點在22℃。曲線1是發電機內部冷氫溫度，機組運行期間，基本在41℃左右；曲線2是發電機內部氫氣露點曲線，從檢修后的22℃，經過5天的除濕，發電機內部水分逐步排除，露點降到0℃以下；曲線3是氫氣干燥裝置出口露點曲線，干燥裝置A/B塔切換周期設置為8小時，切換初期，活性氧化鋁吸附能力最強，干燥裝置出口露點能降低25℃左右，大約經過1.5小時，活性氧化鋁的吸附逐步達到飽和，干燥裝置出口露點值逐步接近發電機內部露點值，每個切換周期，發電機內部露點能降低1℃～2℃，進過5天共計15個周期，露點值從22℃降低到0℃以下，已經達到機組對露點的要求。

圖4是發電機正常運行時內部氫氣溫度和露點曲線，曲線1是發電機內部冷氫溫度，機組運行期間，基本在40℃左右；曲線2是發電機內部氫氣露點曲線，露點溫度在-16℃～-14℃之間；曲線3是氫氣干燥裝置出口露點曲線，露點從雙塔切換時-32℃升到-16℃時飽和。發電機露點值在-25℃～0℃之間，符合機組運行要求。

技術改造達到了預期效果，改造后設備運行安全可靠，消除了氫氣濕度大可能導致的潛在隱患，有效保障了發電機組對氫氣露點品質的要求。

5 結語

在發電機氫氣品質管理中，需提高氫氣濕度大對發電機危害的認識，了解氫氣露點的標準，確保氫氣濕度在國標的要求范圍內。本文對設備進行技術改造后，經過1年的運行觀察，其氫氣露點值基本維持在-16℃，符合標準規定，解決了現場實際問題。

參考文獻

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