淮浙煤电凤台发电厂
【摘要】通过对某电厂660MW级发电机氢气干燥器出现的出力不能满足高负荷要求的现象进行分析、检查，找出导致出力低原因，并通过改变干燥器运行工况，解决问题，并就干燥器出口露点控制进行建模。
【关键词】600MW级、发电机氢气干燥器、建模
【业务背景】
在国内300MW级以上的火力发电机组发电机组几乎全部采用“水-氢-氢”的冷却方式，即定子线圈水冷、转子绕组氢内冷、铁芯及机构部件氢表面冷却。但氢气工作环境要求比较高。一般行业规定为保证发电机内氢气湿度露点温度不应低于-25℃，发电机内氢气湿度应控制在露点温度-25℃～-5℃。因此判断氢气干燥器运行是否正常和故障分析便成了发电机氢气系统运行维护的一项重要工作。下面以该厂某机组氢气干燥器运行数据分析介绍常见的干燥器有效性分析。
1.干燥器工作原理
干燥器由湿度仪和去湿装置等组成。去湿装置可使发电机内的氢气连续地通过装有吸附剂的吸收层，不断吸收氢气中的水蒸气。
氢气干燥器的干燥回路通常称之为干燥塔，一般设有两个。正常工作时两个塔都运行，一个塔吸附，另一个塔再生。当吸附周期满，双塔转换工作位，即再生塔开始吸附，吸附塔开始除湿，两个塔轮流工作和再生。干燥吸附剂采用活性氧化铝，“活性氧化铝”吸收水分后可以通过加热去除潮气，该物质性质稳定，经过加热再生，吸附性能不会受到明显影响。加热后水蒸发，变水汽，水汽经领凝气冷却，然后通过汽水分离器和自动排水装置将水外排，达到除湿的目的。
2.氢气干燥器工作常见故障的现象
2019年初某电厂3号机组660MW发电机氢气干燥器单塔运行，干燥器运行8小时、再生8小时，如下表格所示，发电机出口氢气露点温度保持在-13℃至-23℃之间，如表1所示，说明在此期间氢气干燥器可以较好的满足工况需求。
3号机氢气干燥器出口露点波形底部存在平直区域，如图1中红色箭头所示。存在检查这种现象主要是参数测量达到下限所致，这说明当氢气干燥器再生塔投入吸附运行初期露点温度低于测量下限。直至经过一段时间后露点温度值恢复至测量正常范围内。
运行至7月份后出现发电机出口氢气湿度不满足运行要求的情况，后将氢气干燥改为双塔模式运行，即一个塔吸收运行的同时，另一个塔再生运行，尤其在高负荷期间发电机氢气露点温度升高至-2.5摄氏度，如下图所示，这已不符合发
电机长周期运行的要求，该厂立刻展开发电机氢气露点不合格的原因排查。
7月份的氢气干燥器出口露点温度波形也存在平波现象，但却出现在波形上部、如图2所示，这说明达到了露点检测范围的上限。该平波的时间越长，说明发电机氢气露点不达标的时间越久。该厂开始对影响干燥器出力的因素进行分析研究。
4.氢气干燥器工作是否正常的数据判断
我们对干燥器出口露点温度进行理论分析，干燥器运行中理想运行方式时的出口露点温度呈方波，实际上由于温度不能突变性和吸附剂性能逐渐下降呈现为指数波形如图3、4，我们近似可以看成y=a（x-h）2 +k(a＜0，a、 k为常数)函数，其中t为理想的吸附剂运行和再生的时间周期、t=t1+t2（t1、t2为干燥塔运行和再生的时间），图3为单塔运行时的时间温度模型、图4为双塔运行时的时间温度模型，双塔运行一班4小时切换一次。
我们设干燥器出口露点温度高限预警值为-5℃，那么抛物线的定点竖轴k即为Tj℃（干燥器的预警最低出力），横轴h即为8h（480min），Tz为再生后初始投入时刻干燥器的出口露点温度，t1为干燥器的切换时间。
当在一个特定的工作环境时，Tz、t1 、Tj已定，干燥器切换的t1时刻，如图5所示，如果干燥器达到出口露点温度预警值Tj得时间tx，且tx= t1这是我们所需要的理想时间，如果tx远大t1，此时表明干燥的再生性能过剩，此时造成再生时间和能量上的浪费。如果tx远小t1，此时此工况下，干燥器出力达不到要求。因此选择一个较合理的干燥器出口露点温度预警值Tj，使干燥器满足出力的前提下合理考虑能耗使我们需要的，此时tx在t1s、和t1y之间。
从图5可见，该厂t1为8小时，但顶峰平波初始值tx<t1，此时干燥器在t1时间段内，性能上已不能满足要求。
在此将季节性变化导致的干燥器运行变化分为三个环境：冬季环境、春秋季环境和夏季环境，经过大量的数据标比较，我们得出不同环境下的模型系数，
各季节模式的划分以干燥器冷却水温为界限，正常运行我们希望运行在低a值区域，干燥器运行期间我们只要判断h是否远小于8。根据数据观察我们发现h下降到原来（h0）的一时，干燥剂出口露点温度处在合格与不合格的临界状态。那么我们这里将0.6h0作为系数预警值，当h下降至4.8时，我们可以提前做出干燥器运行维护的调整。
5.应对措施
5.1提高干燥剂再温度
活性氧化铝（分子式Al2O3-x(OH)2x，0<x<0.8）做为吸附剂被工业界广泛使用。吸附饱和后可在约175～315℃加热除去水而复活【1】。由于选择适当的干燥机脱水温度对脱水效果有较大的影响。为了使氢气干燥器出口保持在-5℃以下，该厂将氢气干燥机的脱水加热偏置温度适当上调，提高了10℃，保证高负荷期间干燥器出口露点在要求范围内。但发电机内氢气露点仍然不能完全保证在限制范围内。
5.2调整再生塔工作时间
有前面分析可知，该厂氢气干燥器出口露点顶峰平波初始值tx<t1，此时干燥器在t1时间段内，性能上已不能满足要求。经过大量的数据采集分析我们发现干燥器出口露点温度平波时长的最大值△tMAX高达336min，接近0.5h0，基本上处在不合格临界状态。由活性氧化铝的特性可知175℃以下，
脱水是比较困难的，通常干燥器出口一般不超过90℃。氢气干燥器去湿装置当一个干燥塔则进行脱附再生是需8小时，这8小时再生包括两个阶段：干燥剂加热阶段和干燥剂冷却阶段。一般为了干燥剂升、降温速率一致，两个阶段各设定4小时。但实际上在加热器功率恒定的情况下，干燥剂的温升速率一般控制在50℃左右，如图7中t1至t2阶段，但温降速率一般较快，如图6中t2至t3阶段，即（t1-t2）＞（t2-t3）。据此该厂根据厂家意见将加热温升时间增加1小时，将冷却降温时间减少1小时。
6.总结
通过采取提高干燥器再生时的温度和再生过程中加热冷却的时间比，3号机组干燥器出口露点温度基本保持在-6摄氏度以下，这有效的保障了机内氢气露点在-5℃以上，如图7所示。据此解决了夏季发电机氢气干燥器出力不能满足运行要求的问题。同时我们我建立干燥器运行数学模型，我们就不同的季节进行选出合适的模型参数， 来判断干燥器的运行情况，为干燥器的运行和故障提参考。
参考：
1.季根忠主编．应用化学实验教程．杭州：浙江大学出版社，2015.05：109~11
论文作者:何德贵,庞庆
论文发表刊物:《中国电业》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/4
标签：干燥器论文; 氢气论文; 露点论文; 温度论文; 发电机论文; 时间论文; 干燥剂论文; 《中国电业》2019年第13期论文;