沙角發(fā)電C廠發(fā)電機氫氣露點超標原因分析
沙角發(fā)電C廠(簡稱C廠)安裝有3臺660 MW進口發(fā)電機組，發(fā)電機由GEC-ALSTHOM公司制造，型號為T271-606，采用水-氫-氫冷卻方式，即定子繞組由去離子水內(nèi)冷，定子鐵芯和轉(zhuǎn)子由壓力為4.0bar的氫氣冷卻，與之配套的是2套由美國An Allegheny Teledyne公司生產(chǎn)的HM-CID2型制氫設(shè)備。其制氫系統(tǒng)見圖1。
圖1 制氫系統(tǒng)圖
由電解組件電離產(chǎn)生的氧氣經(jīng)過氧分離器后進入氧冷凝器，除去水分后直接排空，產(chǎn)生的氫氣進入氫冷凝器后再經(jīng)干燥器進一步干燥，然后進入3個氫氣儲氣罐，供給發(fā)電機組。干燥器是分子篩小球吸附型， 可通過加熱脫水再生。堿液熱交換器及氫、氧冷凝器使用的冷卻水為補水泵提供的除鹽水。
1 制氫系統(tǒng)運行狀況
本套制氫設(shè)備于1999年建成投運。兩年多來，因其自動化程度高，穩(wěn)定性好，故障率低，運行可靠性較高，但存在氫氣露點超標問題。按照電力工業(yè)部標準，機壓下的發(fā)電機氫氣露點不大于0℃，但C廠發(fā)電機氫氣露點好多時間都在0℃以上。圖2是1號發(fā)電機2001年氫氣露點柱形圖(對2，3號發(fā)電機也具有代表性)，該圖是根據(jù)實驗室測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)機壓下露點的平均值而繪制的。
圖2 2001年1號發(fā)電機氫氣露點圖
由圖可以看出，發(fā)電機氫氣露點一年的變化呈拋物線形，1～3月及11～12月氫氣露點合格，而4～10月，氫氣露點超標，不合格的時間數(shù)超過半年。
2 露點超標原因分析
2.1 潤滑油系統(tǒng)的影響
因氫冷發(fā)電機在正壓下運行，為避免氫氣泄漏，配有相應(yīng)的密封油系統(tǒng)。有些電廠的密封油系統(tǒng)與潤滑油系統(tǒng)是相互獨立的， 潤滑油系統(tǒng)只對密封油系統(tǒng)提供補油。在C廠，這兩個系統(tǒng)是連為一體的，潤滑油經(jīng)潤滑油冷油器冷卻后，進入密封油主油箱，再經(jīng)密封油泵送至密封瓦，回油在除去氫氣和油煙后再回到潤滑油主油箱。密封油系統(tǒng)不單設(shè)冷油器，而是利用潤滑油冷油器對密封油進行冷卻。軸封蒸汽與潤滑油的接觸會導(dǎo)致潤滑油含水量增加，而密封油又是與氫氣直接接觸的。由于密封油是使用經(jīng)冷卻后的潤滑油，因而由軸封蒸汽進入潤滑油中的水分會使發(fā)電機氫氣的濕度不斷增大，這就是引起發(fā)電機氫氣露點超標的根源。
2.2 來氫露點超標
從圖2不難發(fā)現(xiàn)發(fā)電機氫氣露點一年的變化規(guī)律與當?shù)氐臍鉁刈兓辔呛?，即隨著氣溫的升高氫氣露點亦隨之升高。當然，因發(fā)電機氫氣露點的變化受到運行狀況，如氫氣排補情況的影響，而不能正確反映來氫的情況。通過對制氫站儲氫露點數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律與發(fā)電機氫氣露點的變化規(guī)律十分相似?？梢哉J為：隨著氣溫的升高，來氫露點超標，從而導(dǎo)致發(fā)電機氫氣露點超標。
環(huán)境溫度對制氫過程的影響具體反映在冷卻水溫上。冬天氣溫低，冷卻水溫度低，冷卻效果好，氫冷凝器出口氫氣的露點低，經(jīng)干燥器進一步干燥后進入儲氣罐的氫氣就能保證較低的露點。一旦氣溫升高，冷卻水溫度隨之升高，冷凝效果變差。一旦冷凝器出口氫氣濕度高，則氫氣干燥器出口的氫氣露點也將提高，進入儲氣罐的氫氣露點就難以保證。按廠家的要求，電解過程中冷卻水最高允許溫度為40℃，最大允許壓力0.7 MPa，最大流量40 L/min，而冷凝器的冷卻水最高允許溫度為10℃，最大允許壓力0.7 MPa，最大流量40 L/min。目前的運行狀態(tài)是，2種冷卻水其實來自同一水源，其壓力和流量都能達到廠家要求，電解過程冷卻水的溫度也能得到保證，唯獨冷凝器冷卻水的溫度幾乎都在10℃以上，無法達到要求，特別是夏季時，冷卻水的溫度較高，從而導(dǎo)致來氫露點超標。
2.3 未安裝氫氣干燥器
密封油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點決定了發(fā)電機氫氣中的含水量是一個累積的過程，如果不能及時去除氫氣中的水分，那么氫氣露點超標是不可避免的。氫氣干燥器可以通過對流經(jīng)干燥器的小流量氫氣進行干燥而起到對發(fā)電機氫氣不斷凈化的作用。而C廠3臺機組的發(fā)電機氫氣系統(tǒng)均未安裝氫氣干燥器。這是發(fā)電機氫氣露點超標的主要原因。
3 改進建議
針對上述3種影響發(fā)電機氫氣露點超標的原因，提出以下改進建議：
(1) 認真調(diào)整軸封蒸汽壓力，防止壓力波動，減少由軸封蒸汽進入潤滑油中的水分，減緩氫氣露點升高的速度，同時延長潤滑油凈化器的運行時間，降低油中水的含量。
(2) 在制氫系統(tǒng)中增加一套制冷系統(tǒng)，為冷凝器提供滿足設(shè)計要求的冷卻水，使來氫露點處于較低水平，保證源頭氫氣的品質(zhì)。
(3) 每臺發(fā)電機增加2臺冷凝式或吸附式干燥器，交替運行，使發(fā)電機內(nèi)的氫氣在小流量的連續(xù)循環(huán)中不斷得到干燥。否則，僅靠氫氣的排補來降低氫氣露點，將造成氫氣的巨大浪費，并增加運行人員的工作量。
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