降低氫冷發(fā)電機(jī)氫氣損耗的措施及實(shí)踐

石正洋 郝慶豐 項(xiàng) 林

淮滬煤電公司田集發(fā)電廠

1 設(shè)備概況

某發(fā)電廠裝機(jī)容量為4臺(tái)燃煤火力發(fā)電機(jī)組，一期為2×630MW機(jī)組，二期為2×700MW機(jī)組。4臺(tái)機(jī)組發(fā)電機(jī)均為上海發(fā)電機(jī)廠設(shè)計(jì)制造，采用水氫氫冷卻方式。一期采用雙流環(huán)式密封瓦結(jié)構(gòu)、二期采用單流環(huán)式密封瓦結(jié)構(gòu)，4臺(tái)機(jī)組共用一套供氫系統(tǒng),氫氣由外購(gòu)氫瓶組提供。

2 氫氣消耗的主要因素

本廠針對(duì)影響氫氣耗量的因素展開(kāi)深入分析，確定主要因素如下：

1)氫氣純度下降較快，需間斷排出低純度氫氣和補(bǔ)充高純度氫氣(提純）。

2)發(fā)電機(jī)氣體置換操作不規(guī)范。

3)供氫系統(tǒng)管組大，使氫氣瓶?jī)?nèi)氫氣利用率低。

4)發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)的管道、閥門(mén)、儀表接頭泄漏使發(fā)電機(jī)氫壓下降較快。

表1 1號(hào)發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫量統(tǒng)計(jì)(摘取該月部分?jǐn)?shù)據(jù)）

3 改進(jìn)措施

3.1 統(tǒng)計(jì)分析氫氣純度下降速率

2016年3月對(duì)1號(hào)發(fā)電機(jī)組氫提純次數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)需每天提純，而2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)機(jī)平均間隔3天提純，1號(hào)發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1：

對(duì)1號(hào)發(fā)電機(jī)氫氣純度下降較快的因素進(jìn)行分析，逐一排查后，發(fā)現(xiàn)氫側(cè)密封油箱補(bǔ)油管、排油管溫度分別為42℃和50℃，較正常值30℃和40℃高10℃左右，說(shuō)明氫側(cè)油箱始終處于補(bǔ)、排油狀況。為此，判斷造成氫氣純度持續(xù)下降的根本原因是由于補(bǔ)排油浮球閥定位不合理，補(bǔ)油浮球閥定位偏高、排油浮球閥定位偏低，使氫側(cè)密封油箱油位處于正常范圍時(shí)，補(bǔ)、排油閥也處于開(kāi)啟位置（見(jiàn)圖1）。由于補(bǔ)油是來(lái)自空側(cè)密封油泵，大量帶有空氣的油源源不斷地補(bǔ)到氫側(cè)，造成發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度持續(xù)下降。

圖1 補(bǔ)、排油浮球閥結(jié)構(gòu)圖

2017年7月，利用停機(jī)機(jī)會(huì)，檢查了1號(hào)機(jī)氫側(cè)密封油箱，發(fā)現(xiàn)排油浮球與排油閥之間的連桿、補(bǔ)油浮球與補(bǔ)油閥之間的連桿長(zhǎng)度完全偏離了設(shè)計(jì)長(zhǎng)度(偏短)。改造按設(shè)計(jì)值將補(bǔ)油浮球與補(bǔ)油閥之間的連桿長(zhǎng)度調(diào)長(zhǎng)8mm、將排油浮球與排油閥之間的連桿長(zhǎng)度調(diào)長(zhǎng)7mm。檢修后啟動(dòng)，觀察氫氣純度，每天約下降0.1%，屬正常范圍，較之前的0.3～0.4%下降有大幅改善，此外，提純間隔時(shí)間也從原來(lái)的1天改為平均4天（見(jiàn)表2），每月降低補(bǔ)氫量約180 m3，節(jié)約氫氣40瓶。

3.2 定期測(cè)量氫側(cè)油箱補(bǔ)排油溫度，必要時(shí)調(diào)整平衡閥

對(duì)雙流環(huán)密封瓦結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)，其空、氫側(cè)密封油壓在正常運(yùn)行時(shí)會(huì)達(dá)到一平衡狀態(tài)，這時(shí)需將空、氫側(cè)串油量維持在一較小水平才可保持發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的純度(串油量較大會(huì)影響氫氣的純度)。因此，需對(duì)密封油氫側(cè)油箱補(bǔ)排油溫度進(jìn)行定期測(cè)量、對(duì)空氫側(cè)平衡表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整平衡閥，以確保氫氣純度正常。

3.3 控制氫側(cè)密封油泵出口壓力略高于空側(cè)密封油泵出口壓力，確保平衡閥可調(diào)

為避免空氫側(cè)密封油發(fā)生串油現(xiàn)象而降低氫氣純度，空氫側(cè)密封油差壓應(yīng)小于5cm H2O。同時(shí)，為使平衡閥在運(yùn)行中處于可調(diào)位置，需控制氫側(cè)密封油泵出口壓力高于空側(cè)密封油泵出口壓力。為此，增加兩個(gè)壓力差小于0.05MPa的報(bào)警以警示運(yùn)行人員，以確保平衡閥的可調(diào)。

表2 處理后1號(hào)發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫量統(tǒng)計(jì)

3.4 降低氣體置換時(shí)風(fēng)壓

機(jī)組啟動(dòng)前發(fā)電機(jī)氣體置換需消耗大量氫氣：一期機(jī)組每次置換需120瓶氫氣，二期機(jī)組需160瓶。針對(duì)置換時(shí)耗氫量大問(wèn)題，分析認(rèn)為置換時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)風(fēng)壓較高（60kPa）是主要原因：風(fēng)壓高會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體擾動(dòng)加大，氫氣與二氧化碳混合更充分，不利于氫氣純度的提高，同時(shí)置換排出的氣體中含有大量氫氣，造成氫氣消耗量大。但風(fēng)壓過(guò)低可能會(huì)導(dǎo)致密封油差壓閥調(diào)節(jié)不正常，不利于安全，為此，將置換時(shí)風(fēng)壓降為20kPa至35kPa。該措施執(zhí)行后，機(jī)組啟動(dòng)前氣體置換耗氫量明顯減少，一期機(jī)組降至80瓶，二期降至120瓶。

3.5 優(yōu)化改造供氫系統(tǒng)，提高氫氣利用率

改造前，該廠供氫站供氫系統(tǒng)阻力大，在氫瓶壓力降至3.0MPa時(shí)就需進(jìn)行更換，造成大量浪費(fèi)。為此，廠里根據(jù)《GB 50177-2005氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)供氫系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造：優(yōu)化供氫匯流排1、2、3的管路、優(yōu)化減壓閥及逆止閥、拆除供氫站純度測(cè)量裝置，以減少供氫阻力。供氫匯流排改造前管路圖見(jiàn)圖2，供氫匯流排改造后管路圖見(jiàn)圖3。改造后，供氫壓力由原來(lái)的1.0MPa降至0.55MPa，氫氣瓶?jī)?nèi)氫氣壓力最低使用范圍由3.0MPa降至1.0MPa以內(nèi)，極大地提高了氫氣利用率，降低了購(gòu)氫成本。改造后，全年少購(gòu)氫氣600瓶。

圖2 供氫匯流排改造前

圖3 供氫匯流排改造后

4 實(shí)施效果與評(píng)價(jià)

以降低氫氣消耗量為目標(biāo)的精益管理活動(dòng)，經(jīng)過(guò)2016、2017兩年的不懈努力，實(shí)現(xiàn)了氫氣耗量降至每月400瓶的目標(biāo)，技改實(shí)施前后氫氣用量對(duì)比見(jiàn)表3。全年少購(gòu)氫1 200瓶，按每瓶80元計(jì)算，共節(jié)省96 000元；加上每60瓶一車(chē)運(yùn)費(fèi)1 500元，1200瓶節(jié)約運(yùn)費(fèi)30 000元，全年共節(jié)約126 000元。此外，2018、2019年1、2號(hào)發(fā)電機(jī)平均日漏氫量分別為2.5m3和3.6m3，3、4號(hào)機(jī)平均日漏氫量分別為7.6 m3和7.9 m3，均在優(yōu)秀值范圍內(nèi)，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行任重道遠(yuǎn)，在今后的管理工作中，依然存在可持續(xù)改善與優(yōu)化的方面：如，定期對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣系統(tǒng)管道、閥門(mén)、儀表接頭進(jìn)行查漏、優(yōu)化發(fā)電機(jī)氣體置換節(jié)點(diǎn)、將氣體置換提前到盤(pán)車(chē)投運(yùn)前進(jìn)行等，以減小氣體在發(fā)電機(jī)內(nèi)的擾動(dòng)，降低耗氫量。只有不斷發(fā)現(xiàn)并解決存在的問(wèn)題，才能持久保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

表3 技改實(shí)施前后氫氣用量對(duì)比