燃煤電廠兩種單流環(huán)式密封油系統(tǒng)對(duì)氫氣純度影響的分析

何天驕陳躍明

浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司

0 引言

嘉興電廠3#和4#發(fā)電機(jī)及7#和8#發(fā)電機(jī)均采用單流環(huán)式密封油系統(tǒng)。3#和4#機(jī)組為660 MW亞臨界機(jī)組，密封油系統(tǒng)采用東方電機(jī)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)東方電機(jī)）提供的帶高真空凈油裝置的密封油系統(tǒng)；7#和8#機(jī)組為1 000 MW超超臨界機(jī)組，密封油系統(tǒng)采用上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海電機(jī)）提供的帶低真空凈油裝置及浮動(dòng)油的密封油系統(tǒng)。雖然兩者均為單流環(huán)式密封油系統(tǒng)，但流程設(shè)計(jì)及凈油裝置上存在較大差異，兩者發(fā)電機(jī)氫氣純度也存在明顯差異。兩個(gè)公司給出的發(fā)電機(jī)氫氣純度合格值差別較大，其中3#和4#發(fā)電機(jī)氫氣純度合格值為98%，7#和8#發(fā)電機(jī)氫氣純度合格值為96%。

1 兩種單流環(huán)式密封油系統(tǒng)介紹及對(duì)比

1.1 660 MW東方電機(jī)密封油系統(tǒng)

電機(jī)密封油系統(tǒng)見(jiàn)圖1。系統(tǒng)流程：主機(jī)潤(rùn)滑油→主機(jī)潤(rùn)滑油供油管→真空油箱→密封油泵→濾網(wǎng)→油氫差壓調(diào)節(jié)閥→發(fā)電機(jī)密封瓦→氫側(cè)回油（空側(cè)回油不經(jīng)過(guò)擴(kuò)大槽和浮子油箱直接回空氣析出箱）→擴(kuò)大槽→浮子油箱→空氣析出箱→主機(jī)潤(rùn)滑油回油管→主機(jī)油箱。

圖1660 MW東方電機(jī)密封油系統(tǒng)圖

圖2 1 000 MW上海電機(jī)密封油系統(tǒng)圖

1.2 1 000 MW上海電機(jī)密封油系統(tǒng)

電機(jī)密封油系統(tǒng)見(jiàn)圖2。正常運(yùn)行時(shí)，密封油泵從密封油真空油箱中抽取密封油，然后通過(guò)冷卻器和濾網(wǎng)把密封油送到發(fā)電機(jī)密封環(huán)，向密封環(huán)提供的密封油分別以大約相同的流量通過(guò)軸與密封環(huán)間的間隙流向密封環(huán)的氫側(cè)及空側(cè)。從密封環(huán)空側(cè)排出的密封油直接流入密封油儲(chǔ)油箱，再返回到密封油真空油箱；從密封環(huán)氫側(cè)排出的密封油先進(jìn)入發(fā)電機(jī)軸承前室的消泡箱，然后到氫側(cè)密封油箱，再返回到密封油真空箱。

1.3 兩種單流環(huán)式密封油系統(tǒng)對(duì)比

1.3.1 兩種單流環(huán)式密封油系統(tǒng)參數(shù)對(duì)比

兩種單流環(huán)式密封油系統(tǒng)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 兩種單流環(huán)式密封油系統(tǒng)參數(shù)對(duì)比

1.3.2 兩種單流環(huán)式密封油系統(tǒng)差異

正常運(yùn)行時(shí)東方電機(jī)的密封油均由主機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)供應(yīng)，回油全部返回至主機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)，整個(gè)密封油路呈開(kāi)環(huán)式，不單獨(dú)設(shè)置冷卻器。上海電機(jī)的密封油系統(tǒng)為循環(huán)式系統(tǒng)，密封油在密封油路中循環(huán)流動(dòng)，主機(jī)潤(rùn)滑油僅負(fù)責(zé)排補(bǔ)油，故設(shè)置了冷油器。

東方電機(jī)的密封油真空箱真空維持在-96 kPa左右運(yùn)行，而上海電機(jī)的密封油真空油箱真空僅維持在約-40 kPa以上，其凈化效果亞于東方電機(jī)。由于設(shè)計(jì)理念及機(jī)型容量差異，上海電機(jī)密封油的流量、壓力、油氫差壓均大于東方電機(jī)密封油系統(tǒng)，密封油與氫氣的接觸面積也相對(duì)大。

2 氫氣純度低的危害

氫氣純度過(guò)低會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組造成下列影響：

1)混雜在氫氣中的有害氣體會(huì)造成發(fā)電機(jī)絕緣老化，鐵芯及金屬部件的腐蝕。

2)氫氣純度下降會(huì)導(dǎo)致冷卻效率降低，造成發(fā)電機(jī)內(nèi)構(gòu)件的局部過(guò)熱。

3)氫氣純度下降，氣體密度增大，會(huì)增加發(fā)電機(jī)的通風(fēng)損耗，降低發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率。根據(jù)美國(guó)G．E公司介紹，一臺(tái)運(yùn)行氫壓為0．5 MPa，容量為907 MW的氫冷發(fā)電機(jī)，其氫氣純度從98%下降到95%時(shí)，摩擦和通風(fēng)損耗大約增加32%,即相當(dāng)于損失685 kW，平均每下降1%對(duì)應(yīng)約228 kW。單獨(dú)通過(guò)定冷水溫升情況折算出功率，對(duì)嘉興電廠4號(hào)機(jī)的簡(jiǎn)單計(jì)算，發(fā)電機(jī)氫氣純度提高1%，定冷水減少約270 kW的吸熱功率，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)減少約270 kW的摩擦和通風(fēng)損耗。

4)氫氣純度下降至74%以下，可能引起氫氣爆炸。

為提高發(fā)電機(jī)氫氣純度，需要進(jìn)行排補(bǔ)氫操作，增加了人員的工作量和耗氫量，影響發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性。

3 影響氫氣純度的因素分析

發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫來(lái)源為廠內(nèi)制氫站，根據(jù)化學(xué)檢驗(yàn)報(bào)告，補(bǔ)氫品質(zhì)能夠得到保證，每次補(bǔ)氫純度均在99．5%之上。

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，影響氫氣純度的主要因素為密封油油質(zhì)。密封油對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣純度的影響，主要在于密封油內(nèi)部不可避免地含有微量氣體、水分，在密封油與氫氣接觸時(shí)，密封油內(nèi)部氣體和水分會(huì)揮發(fā)并釋放到氫氣中，使氫氣受到污染，氫氣純度下降。為了降低密封油帶入的其他氣體和水分，需要將密封油提純，提前將密封油內(nèi)部氣體、水分析出。東方電機(jī)及上海電機(jī)的密封油系統(tǒng)均布置了真空式提純裝置，但由于參數(shù)差異，密封油提純效果差別較大，同時(shí)上海電機(jī)的密封油與氫氣的接觸面積大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)氫氣純度出現(xiàn)了較大差異。

4 解決措施及優(yōu)化建議

4.1 東方電機(jī)密封油系統(tǒng)

嘉興電廠3#發(fā)電機(jī)氫氣純度曾常年低于98%運(yùn)行，即使對(duì)3#發(fā)電機(jī)進(jìn)行排補(bǔ)氫工作，也很難將氫氣純度提高至98%。而同期4#發(fā)電機(jī)氫氣純度維持在98%以上運(yùn)行。

通過(guò)一系列排查分析，發(fā)現(xiàn)3#機(jī)密封油真空箱液位偏低，提高3#機(jī)密封油真空箱的真空會(huì)導(dǎo)致3#機(jī)密封油泵出力波動(dòng)，影響機(jī)組安全，因此當(dāng)時(shí)為了機(jī)組的安全，沒(méi)有刻意追求提高密封油真空箱的真空以提高發(fā)電機(jī)氫氣純度。在2013年3#機(jī)組大修期間，對(duì)3#機(jī)密封油真空箱補(bǔ)油浮球閥進(jìn)行了調(diào)整，最終提高了密封油真空箱的液位。在此之后將3#機(jī)密封油真空箱的真空提高，密封油泵出力穩(wěn)定，波動(dòng)情況消失。但由于3#機(jī)密封油真空泵排氣管道內(nèi)凝水會(huì)倒流回密封油真空泵內(nèi)，不及時(shí)排污更換油質(zhì)，密封油真空泵出力會(huì)降低，密封油真空箱真空仍得不到保障，故3#發(fā)電機(jī)氫氣純度仍經(jīng)常不合格。由于4#機(jī)密封油真空箱液位較高，密封油真空泵排氣管道安裝角度較好，沒(méi)有凝水倒流至密封油真空泵內(nèi)，密封油真空泵出力沒(méi)有受到影響，因而4#發(fā)電機(jī)氫氣能夠維持高純度運(yùn)行。

為此對(duì)3#機(jī)密封油真空泵排氣管道排水口進(jìn)行了改造，消除了凝水倒流對(duì)密封油真空泵出力的影響，最終3#發(fā)電機(jī)氫氣純度提高到98%的合格值以上，在最近幾個(gè)月內(nèi)3#、4#發(fā)電機(jī)氫氣純度甚至均超過(guò)了99%。

4.2 上海電機(jī)密封油系統(tǒng)

7#、8#發(fā)電機(jī)氫氣純度合格值為96%，與具有雙流環(huán)式密封油系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)氫氣純度合格值相同，低于東方電機(jī)的氫氣純度合格值。雖然合格值標(biāo)準(zhǔn)較低，在運(yùn)行中7#、8#發(fā)電機(jī)氫氣純度卻時(shí)常會(huì)出現(xiàn)不達(dá)標(biāo)的情況。

從密封油流程角度，7#、8#發(fā)電機(jī)密封油接觸到空氣的比例要比由主機(jī)潤(rùn)滑油供應(yīng)的3#、4#發(fā)電機(jī)密封油小，油中含其他氣體量應(yīng)明顯低于3、4號(hào)發(fā)電機(jī)密封油，但氫氣純度卻明顯低于98%，未體現(xiàn)閉式循環(huán)密封油系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。相比而言導(dǎo)致發(fā)電機(jī)氫氣純度偏低的原因主要在于7#、8#發(fā)電機(jī)密封油真空油箱的真空不高，凈化效果不佳，這是從原設(shè)計(jì)帶來(lái)的問(wèn)題，不可避免。但是，有時(shí)達(dá)不到96%的合格值，由此說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)存在缺陷或設(shè)備工作異常的情況。

系統(tǒng)在運(yùn)行中，時(shí)常會(huì)發(fā)現(xiàn)密封油排油煙風(fēng)機(jī)排氣管道及進(jìn)氣管道，以及密封油真空泵排氣管道有油水積聚，若不及時(shí)排放，將會(huì)導(dǎo)致密封油排油煙風(fēng)機(jī)及密封油真空泵的出力不足。由于密封油真空泵排氣管道接入密封油排油煙風(fēng)機(jī)進(jìn)口管道，因此，密封油排油煙風(fēng)機(jī)的出力也會(huì)在一定程度上影響密封油真空泵的出力，在運(yùn)行中這些情況經(jīng)常發(fā)生。若此時(shí)氫氣去濕裝置工作異常，將加劇氫氣純度的下降，氫氣純度往往達(dá)不到合格值標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)恢復(fù)氫氣去濕裝置的正常運(yùn)行、加強(qiáng)對(duì)密封油排油煙風(fēng)機(jī)管道及密封油真空泵排煙管道的放水排污工作，7號(hào)發(fā)電機(jī)氫氣純度已優(yōu)于合格值。

4.3 系統(tǒng)優(yōu)化建議

通過(guò)以上分析及現(xiàn)場(chǎng)對(duì)氫氣純度達(dá)標(biāo)治理的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，上海電機(jī)的密封油系統(tǒng)有優(yōu)化空間，其氫氣純度可得到大幅度提升。參考東方電機(jī)密封油系統(tǒng)，結(jié)合上海電機(jī)密封油系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)布置，可將上海電機(jī)密封油真空油箱安裝高度提高約2 m，并將上海電機(jī)密封油真空泵更換為大出力密封油真空泵，以將密封油真空油箱的真空能提至接近東方電機(jī)產(chǎn)品的水平，在加強(qiáng)密封油凈化效果的同時(shí)，避免影響密封油泵的出力，最終上海電機(jī)氫氣純度可提升并優(yōu)于東方電機(jī)的氫氣純度合格值水平。

5 總結(jié)

兩種單流環(huán)式密封油系統(tǒng)在流程、參數(shù)上的差異，導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)氫氣純度的明顯差異。通過(guò)分析兩種單流環(huán)式密封油系統(tǒng)在運(yùn)行中影響發(fā)電機(jī)氫氣純度的原因，經(jīng)實(shí)際操作，成功解決了兩種發(fā)電機(jī)氫氣純度不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。