大型氫冷發電機除濕技術優化與應用

逯華磊　蓋永波

摘要：將氫冷發電機內氫氣濕度維持在一定范圍內，對提高發電機運行效率，減少發電機定子絕緣擊穿和轉子護環裂紋事故發生，延長發電機使用壽命起到至關重要作用。本文介紹了氫冷發電機主要應用的冷凝式氫氣干燥器和吸附式氫氣干燥器兩種氫氣除濕技術的工作原理、工作流程及性能特點，并對其除濕效果進行了分析與比較，指出了兩種氫氣除濕技術的優缺點及應用狀況。

關鍵詞：發電機；氫氣濕度；冷凝式氫氣干燥器；吸附式氫氣干燥器

1 概述

隨著我國電力事業飛速發展，大型氫冷汽輪發電機組已占據火力發電的主導地位，發電機是發電系統的最主要運行設備，如何保障發電機在發電系統中安全穩定運行顯得尤為重要。根據電力行業標準DL/T6511998《氫冷發電機氫氣濕度的技術要求》：發電機內氫氣濕度在機內壓力下應當處于25至0℃露點溫度之間，運行于環境溫度0至20℃的發電機機內氫氣露點不大于5℃，不小于25℃。為達到這個標準要求，氫氣干燥器除濕效果好壞至關重要。

2 幾種類型氫氣干燥器介紹

目前國內所有氫冷發電機氫氣除濕方法有兩種：一種是冷凝式除濕，另一種是吸附式除濕，根據使用制冷設備的不同，冷凝式除濕裝置又分為電子制冷式和機械制冷式二種。通常前者稱電子制冷式（或稱半導體制冷式）干燥器，后者稱冷凝式氫氣干燥器。

3 冷凝式氫氣干燥器

按制冷方式不同，冷凝式氫氣干燥器可分為以下兩大類。

3.1 電子制冷式干燥器

電子制冷又稱溫差制冷或熱電制冷，電子制冷式氫氣干燥器具有無磨損、無振動、無噪音、不污染環境、維護量小等優點。

由于這種制冷技術目前還存在著一些弱點和不足，如半導體組件的質量、性能不穩定，制冷深度達不到要求，單位產冷量的成本高；不適用于要求制冷量較大的發電機氫氣除濕。

3.2 機械制冷式干燥器

冷凝式氫氣干燥器是用“制冷”方式將氫氣冷卻，使其溫度降到“露點”以下，使其中的水蒸氣以結露或結霜的形式分離出來，從而達到降低氫氣濕度的目的。

它具有效率高、制冷量和溫度容易控制、除濕效果好、氫氣系統密封性好等優點，得到廣泛應用。但是隨著氫氣除濕技術的更新發展，這批設備存在著老化嚴重、壓縮機故障率頻繁、制冷劑泄漏、維修成本高等問題，且采用的制冷劑R12已被禁止生產，目前此技術已逐步走向淘汰。

4 吸附式氫氣干燥器

它是目前應用最廣泛的發電機除濕裝置，其結構及工作原理大同小異。

其工作原理是利用活性氧化鋁對水分子具有吸引力特性。活性氧化鋁是一種固態干燥劑，清除氫冷系統氫氣中的水蒸氣是將氫氣通過添有一定量的活性氧化鋁的吸收塔來實現的。高疏松度的活性氧化鋁具有非常大的表面積和強吸濕能力，對絕大數氣體和水蒸氣來說，使用活性氧化鋁作為干燥劑主要是利用它的化學惰性和無毒特性。當活性氧化鋁吸收水分達到飽和后，再生通過加熱來清除干燥劑自身束縛的水分，從而恢復它的吸濕能力，并且活性氧化鋁的性能和效率并不受重復再生的影響。它且具有出口氫氣濕度小，除濕效果好，振動和噪音小，不易出故障等優點。

5 吸附式氫氣干燥器應用效果

根據筆者調研的幾家電廠，如國華太倉電廠、國華錦界電廠、國華寧海電廠、山西陽光電廠、華能玉環電廠、華電國際鄒縣電廠等使用情況來看，除濕效果良好，而且故障率極低。

國華定洲電廠2號發電機型號為QFSN6002，為上海汽輪發電機廠2003年6月生產，于2004年9月10日投入商業運行。其配備兩臺冷凝式氫氣干燥器，對發電機內氫氣進行除濕。一臺運行一臺備用，交替運行，我公司雖一直雙機運行，但發電機露點在夏季時維持在3至8℃之間，秋冬季露點最高在11℃，遠達不到標準要求。尤其是夏季，露點一直在上限值浮動的時候設備出現故障，需退出一臺干燥器運行，發電機的安全運行面臨挑戰。經過調研選用了吸附式氫氣干燥器，于2010年4月安裝調試完畢投入運行，投入運行后露點逐漸下降至-22℃，截至2010年10月份，調取在線監測數據來看露點穩定在-19℃至-26℃之間。從投產至今3年內運行一直比較穩定。實踐證明，選用全自動、雙塔吸附式氫氣干燥器不僅節省了維護人員的維護量和設備維護費用，而且為機組安全穩定運行打下堅實基礎。

6 兩種氫氣干燥器對比

通過以上研究及現場檢測分析，兩者在性能上比較：

6.1 露點溫度

冷凝式氫氣干燥器一般出口露點溫度在25℃露點溫度左右（常壓下）。

吸附式氫氣干燥裝置具有較深的吸附程度，其出口的氫氣露點溫度最高能達到40℃露點溫度（常壓下）。

6.2 維護情況

冷凝式氫氣干燥器裝置系統簡單，泄漏點少，置換方便，可與發電機同時置換。其主要的維護工作是冷凝系統，在夏季時壓縮機故障頻發、制冷管路堵塞和制冷技術的制約，增大了設備維護難度。

吸附式氫氣干燥日常維護只需查看控制面板有無報警，再生溫度是否達到要求，自動排水器的排水量與前期比較是否正常，另外每隔34年需更換一次吸附劑，維護工作比較簡單，由于裝置閥門、法蘭密封面較多，泄漏點也多，在檢修工作結束后需進行氣密性試驗。

6.3 停機備用

制冷式氫氣去濕裝置依靠發電機運行時轉子兩端的風扇隨轉子旋轉產生差壓進行工作，當發電機在停運備用狀態下，機內氫氣差壓消失，氫氣無法流動，干燥器不能對氫氣進行干燥，面對發電機內露點變化束手無策。

吸附式氫氣干燥裝置因自備有循環風機，可增大氫氣循環量，提高去濕效果，不受停機影響。

7 結語

冷凝式氫氣干燥器在上世紀90年代占據了發電機去濕技術的主導地位，而吸附式氫氣干燥器在本世紀初恰逢冷凝式氫氣干燥器故障多發，而環保部門又禁止生產氟利昂R12時，研發出的發電機新型除濕裝置，其改進了吸附劑因油霧污染而中毒失效的固有缺點，并且干燥程度深、氫氣處理量大，技術成熟可靠，是國內氫冷發電機組廣泛使用的理想去濕裝置。

參考文獻：

[1]龍新峰.高效環保型氫氣干燥器的研制與應用[J].電廠電站設備，2004，（2）：15.

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