大型氢冷发电机除湿技术优化与应用

逯华磊　盖永波

摘要：将氢冷发电机内氢气湿度维持在一定范围内，对提高发电机运行效率，减少发电机定子绝缘击穿和转子护环裂纹事故发生，延长发电机使用寿命起到至关重要作用。本文介绍了氢冷发电机主要应用的冷凝式氢气干燥器和吸附式氢气干燥器两种氢气除湿技术的工作原理、工作流程及性能特点，并对其除湿效果进行了分析与比较，指出了两种氢气除湿技术的优缺点及应用状况。

关键词：发电机；氢气湿度；冷凝式氢气干燥器；吸附式氢气干燥器

1 概述

随着我国电力事业飞速发展，大型氢冷汽轮发电机组已占据火力发电的主导地位，发电机是发电系统的最主要运行设备，如何保障发电机在发电系统中安全稳定运行显得尤为重要。根据电力行业标准DL/T6511998《氢冷发电机氢气湿度的技术要求》：发电机内氢气湿度在机内压力下应当处于25至0℃露点温度之间，运行于环境温度0至20℃的发电机机内氢气露点不大于5℃，不小于25℃。为达到这个标准要求，氢气干燥器除湿效果好坏至关重要。

2 几种类型氢气干燥器介绍

目前国内所有氢冷发电机氢气除湿方法有两种：一种是冷凝式除湿，另一种是吸附式除湿，根据使用制冷设备的不同，冷凝式除湿装置又分为电子制冷式和机械制冷式二种。通常前者称电子制冷式（或称半导体制冷式）干燥器，后者称冷凝式氢气干燥器。

3 冷凝式氢气干燥器

按制冷方式不同，冷凝式氢气干燥器可分为以下两大类。

3.1 电子制冷式干燥器

电子制冷又称温差制冷或热电制冷，电子制冷式氢气干燥器具有无磨损、无振动、无噪音、不污染环境、维护量小等优点。

由于这种制冷技术目前还存在着一些弱点和不足，如半导体组件的质量、性能不稳定，制冷深度达不到要求，单位产冷量的成本高；不適用于要求制冷量较大的发电机氢气除湿。

3.2 机械制冷式干燥器

冷凝式氢气干燥器是用“制冷”方式将氢气冷却，使其温度降到“露点”以下，使其中的水蒸气以结露或结霜的形式分离出来，从而达到降低氢气湿度的目的。

它具有效率高、制冷量和温度容易控制、除湿效果好、氢气系统密封性好等优点，得到广泛应用。但是随着氢气除湿技术的更新发展，这批设备存在着老化严重、压缩机故障率频繁、制冷剂泄漏、维修成本高等问题，且采用的制冷剂R12已被禁止生产，目前此技术已逐步走向淘汰。

4 吸附式氢气干燥器

它是目前应用最广泛的发电机除湿装置，其结构及工作原理大同小异。

其工作原理是利用活性氧化铝对水分子具有吸引力特性。活性氧化铝是一种固态干燥剂，清除氢冷系统氢气中的水蒸气是将氢气通过添有一定量的活性氧化铝的吸收塔来实现的。高疏松度的活性氧化铝具有非常大的表面积和强吸湿能力，对绝大数气体和水蒸气来说，使用活性氧化铝作为干燥剂主要是利用它的化学惰性和无毒特性。当活性氧化铝吸收水分达到饱和后，再生通过加热来清除干燥剂自身束缚的水分，从而恢复它的吸湿能力，并且活性氧化铝的性能和效率并不受重复再生的影响。它且具有出口氢气湿度小，除湿效果好，振动和噪音小，不易出故障等优点。

5 吸附式氢气干燥器应用效果

根据笔者调研的几家电厂，如国华太仓电厂、国华锦界电厂、国华宁海电厂、山西阳光电厂、华能玉环电厂、华电国际邹县电厂等使用情况来看，除湿效果良好，而且故障率极低。

国华定洲电厂2号发电机型号为QFSN6002，为上海汽轮发电机厂2003年6月生产，于2004年9月10日投入商业运行。其配备两台冷凝式氢气干燥器，对发电机内氢气进行除湿。一台运行一台备用，交替运行，我公司虽一直双机运行，但发电机露点在夏季时维持在3至8℃之间，秋冬季露点最高在11℃，远达不到标准要求。尤其是夏季，露点一直在上限值浮动的时候设备出现故障，需退出一台干燥器运行，发电机的安全运行面临挑战。经过调研选用了吸附式氢气干燥器，于2010年4月安装调试完毕投入运行，投入运行后露点逐渐下降至-22℃，截至2010年10月份，调取在线监测数据来看露点稳定在-19℃至-26℃之间。从投产至今3年内运行一直比较稳定。实践证明，选用全自动、双塔吸附式氢气干燥器不仅节省了维护人员的维护量和设备维护费用，而且为机组安全稳定运行打下坚实基础。

6 两种氢气干燥器对比

通过以上研究及现场检测分析，两者在性能上比较：

6.1 露点温度

冷凝式氢气干燥器一般出口露点温度在25℃露点温度左右（常压下）。

吸附式氢气干燥装置具有较深的吸附程度，其出口的氢气露点温度最高能达到40℃露点温度（常压下）。

6.2 维护情况

冷凝式氢气干燥器装置系统简单，泄漏点少，置换方便，可与发电机同时置换。其主要的维护工作是冷凝系统，在夏季时压缩机故障频发、制冷管路堵塞和制冷技术的制约，增大了设备维护难度。

吸附式氢气干燥日常维护只需查看控制面板有无报警，再生温度是否达到要求，自动排水器的排水量与前期比较是否正常，另外每隔34年需更换一次吸附剂，维护工作比较简单，由于装置阀门、法兰密封面较多，泄漏点也多，在检修工作结束后需进行气密性试验。

6.3 停机备用

制冷式氢气去湿装置依靠发电机运行时转子两端的风扇随转子旋转产生差压进行工作，当发电机在停运备用状态下，机内氢气差压消失，氢气无法流动，干燥器不能对氢气进行干燥，面对发电机内露点变化束手无策。

吸附式氢气干燥装置因自备有循环风机，可增大氢气循环量，提高去湿效果，不受停机影响。

7 结语

冷凝式氢气干燥器在上世纪90年代占据了发电机去湿技术的主导地位，而吸附式氢气干燥器在本世纪初恰逢冷凝式氢气干燥器故障多发，而环保部门又禁止生产氟利昂R12时，研发出的发电机新型除湿装置，其改进了吸附剂因油雾污染而中毒失效的固有缺点，并且干燥程度深、氢气处理量大，技术成熟可靠，是国内氢冷发电机组广泛使用的理想去湿装置。

参考文献：

[1]龙新峰.高效环保型氢气干燥器的研制与应用[J].电厂电站设备，2004，（2）：15.

[2]杨建平，石振琴，赵作起.发电机氢气纯度偏低的原因分析及治理.内蒙古电力技术，2009，27（4）.