沙角发电C厂发电机氢气露点超标原因分析

发布时间：2007年01月17日
作者：何秀礼
来源：何秀礼
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　　沙角发电C厂(简称C厂)安装有3台660 MW进口发电机组，发电机由GEC-ALSTHOM公司制造，型号为T271-606，采用水-氢-氢冷却方式，即定子绕组由去离子水内冷，定子铁芯和转子由压力为4.0bar的氢气冷却，与之配套的是2套由美国An Allegheny Teledyne公司生产的HM-CID2型制氢设备。其制氢系统见图1。

图1 制氢系统图

　　由电解组件电离产生的氧气经过氧分离器后进入氧冷凝器，除去水分后直接排空，产生的氢气进入氢冷凝器后再经干燥器进一步干燥，然后进入3个氢气储气罐，供给发电机组。干燥器是分子筛小球吸附型，　可通过加热脱水再生。碱液热交换器及氢、氧冷凝器使用的冷却水为补水泵提供的除盐水。　

1 制氢系统运行状况

　　本套制氢设备于1999年建成投运。两年多来，因其自动化程度高，稳定性好，故障率低，运行可靠性较高，但存在氢气露点超标问题。按照电力工业部标准，机压下的发电机氢气露点不大于0℃，但C厂发电机氢气露点好多时间都在0℃以上。图2是1号发电机2001年氢气露点柱形图(对2，3号发电机也具有代表性)，该图是根据实验室测量数据转换成对应机压下露点的平均值而绘制的。

图2 2001年1号发电机氢气露点图

　　由图可以看出，发电机氢气露点一年的变化呈抛物线形，1～3月及11～12月氢气露点合格，而4～10月，氢气露点超标，不合格的时间数超过半年。

2 露点超标原因分析

2.1 润滑油系统的影响

　　因氢冷发电机在正压下运行，为避免氢气泄漏，配有相应的密封油系统。有些电厂的密封油系统与润滑油系统是相互独立的，　润滑油系统只对密封油系统提供补油。在C厂，这两个系统是连为一体的，润滑油经润滑油冷油器冷却后，进入密封油主油箱，再经密封油泵送至密封瓦，回油在除去氢气和油烟后再回到润滑油主油箱。密封油系统不单设冷油器，而是利用润滑油冷油器对密封油进行冷却。轴封蒸汽与润滑油的接触会导致润滑油含水量增加，而密封油又是与氢气直接接触的。由于密封油是使用经冷却后的润滑油，因而由轴封蒸汽进入润滑油中的水分会使发电机氢气的湿度不断增大，这就是引起发电机氢气露点超标的根源。

2.2 来氢露点超标

　　从图2不难发现发电机氢气露点一年的变化规律与当地的气温变化相吻合，即随着气温的升高氢气露点亦随之升高。当然，因发电机氢气露点的变化受到运行状况，如氢气排补情况的影响，而不能正确反映来氢的情况。通过对制氢站储氢露点数据的统计分析，发现其变化规律与发电机氢气露点的变化规律十分相似。可以认为：随着气温的升高，来氢露点超标，从而导致发电机氢气露点超标。

　　环境温度对制氢过程的影响具体反映在冷却水温上。冬天气温低，冷却水温度低，冷却效果好，氢冷凝器出口氢气的露点低，经干燥器进一步干燥后进入储气罐的氢气就能保证较低的露点。一旦气温升高，冷却水温度随之升高，冷凝效果变差。一旦冷凝器出口氢气湿度高，则氢气干燥器出口的氢气露点也将提高，进入储气罐的氢气露点就难以保证。按厂家的要求，电解过程中冷却水最高允许温度为40℃，最大允许压力0.7 MPa，最大流量40 L/min，而冷凝器的冷却水最高允许温度为10℃，最大允许压力0.7 MPa，最大流量40 L/min。目前的运行状态是，2种冷却水其实来自同一水源，其压力和流量都能达到厂家要求，电解过程冷却水的温度也能得到保证，唯独冷凝器冷却水的温度几乎都在10℃以上，无法达到要求，特别是夏季时，冷却水的温度较高，从而导致来氢露点超标。

2.3 未安装氢气干燥器

　　密封油系统的结构特点决定了发电机氢气中的含水量是一个累积的过程，如果不能及时去除氢气中的水分，那么氢气露点超标是不可避免的。氢气干燥器可以通过对流经干燥器的小流量氢气进行干燥而起到对发电机氢气不断净化的作用。而C厂3台机组的发电机氢气系统均未安装氢气干燥器。这是发电机氢气露点超标的主要原因。

3 改进建议

　　针对上述3种影响发电机氢气露点超标的原因，提出以下改进建议：

(1) 认真调整轴封蒸汽压力，防止压力波动，减少由轴封蒸汽进入润滑油中的水分，减缓氢气露点升高的速度，同时延长润滑油净化器的运行时间，降低油中水的含量。

(2) 在制氢系统中增加一套制冷系统，为冷凝器提供满足设计要求的冷却水，使来氢露点处于较低水平，保证源头氢气的品质。

(3) 每台发电机增加2台冷凝式或吸附式干燥器，交替运行，使发电机内的氢气在小流量的连续循环中不断得到干燥。否则，仅靠氢气的排补来降低氢气露点，将造成氢气的巨大浪费，并增加运行人员的工作量。