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氫氣除濕的方法分析
發表時間:2018-11-20     閱讀次數:     字體:【

90年國產第一臺冷凝式氫氣干燥器誕生以來,至今全國已有十余家氫氣干燥器的生產廠家。主要生產三種類型的氫氣干燥器:冷凝式氫氣干燥器、電子致冷式氫氣干燥器和再生吸附式氫氣干燥器。有些電廠先后選用了幾家的產品,但發電機內氫氣濕度卻一直不能達標,另有些電廠氫氣干燥器安裝后,發電機內氫氣濕度達標了,但頻繁的故障和較大的維修、維護工作量卻使人頭痛不已。鑒于以上情況,許多發電廠對于如何選擇一種合適的氫氣干燥設備感到茫然,于是將目光投向價格昂貴的國外同類產品。那么究竟何種類型的氫氣干燥器才能真正適合目前在我國各發電廠推廣使用呢?下面我就這一專題結合我公司十幾年來研制生產和安裝調式氫氣干燥器所積累的技術和經驗做一個介紹。

我們先來分析一下發電機內氫氣的除濕要求。

根據DL/T651-1998《氫冷發電機氫氣濕度的技術要求》,運行于環境溫度20℃以上的發電機機內氫氣露點不大于0℃,不小于-25℃,運行于環境溫度0-20的發電機機內氫氣露點不大于-5,不小于-25。由于發電機氫氣干燥循環只是部分循環,為了滿足發電機內氫氣濕度要求,氫氣干燥器的出口氫氣工作壓力下的露點最佳范圍是-15℃—-25℃。

發電機內的水分來源主要是密封油中的水分、制氫站來氫中的水分、與少量存在的氧氣化合生成的水分及剛檢修完的機組中內部殘留的水分等。目前國內氫冷發電機密封油中的含水量普遍較高,在發電機不漏油的情況下,密封油中的少量水分滲透過密封軸瓦進入到發電機內的氫氣中,在發電機漏油的情況下,大量的水分直接蒸發到發電機內氫氣中。目前我國大部分發電機存在密封油向機內漏油的情況?傮w來看,發電機內的氫氣中水分來源普遍較大。

根據我們的經驗,目前能夠使所有漏油較嚴重、氫氣濕度較大的200-600MW發電機內氫氣濕度在72小時內達標的氫氣干燥器,必需滿足以下條件:氫氣干燥器必需耐油,并能順利的排油、排污;對于間歇式除濕的氫氣干燥器,其氫氣處理量應在80Nm3/h以上,出口氫氣工作壓力下的露點在-15℃以下的持續除濕時間應不少于2小時,間歇時間應不大于1小時。對于持續除濕的氫氣干燥器,其氫氣處理量應在50Nm3/h以上,出口氫氣工作壓力下的露點在-15℃以下。為確保適用于所有發電機的氫氣除濕,氫氣干燥器必需滿足以上條件,才能推廣應用,

下面分析一下幾種類型的氫氣干燥器的除濕原理和優缺點。

氫氣去濕的方法有兩種,一種是冷凝式除濕,即:使用制冷設備將氫氣的溫度降低,使其中的水分以結露或結霜的形式析出,再經過化霜將析出的水分排出,從而達到氫氣去濕的目的。另一種是吸附式除濕,即:使氫氣在裝有吸濕劑的容器中流動,使其中的水分被吸濕劑吸收,從而達到氫氣去濕的目的。根據使用制冷設備的不同,冷凝式除濕裝置又分為機械制冷式和電子致冷式二種。通常前者稱冷凝式氫氣干燥器;后者稱電子致冷式(或稱半導體制致冷式)干燥器。

我們知道,機械制冷技術目前已是一種成熟的技術,它可以比較經濟的實現很大的制冷量和很低的制冷溫度,已被廣泛應用。由于目前環保制冷劑R134A、R404、R407、R410等的問世,機械制冷已不必為環保問題擔心。冷凝式氫氣干燥器由于采用機械制冷和金屬換熱器結構,因此具有制冷溫度低、效率高、制冷量和溫度容易控制、除濕流量大、除濕效果好、不受氫氣中的油污、灰塵影響等優點,氫氣除濕系統獨立封閉,沒有易泄漏點和可能引燃點,安全性非常好。由于機械制冷設備是轉動承壓設備,因此存在容易泄漏,易出故障的問題,并且維修專業性強、難度大。這是目前冷凝式氫氣干燥器普遍存在的問題。但是這些問題通過技術的提高和工藝的改進是不難解決的。

電子致冷是二十世紀五十年代發展起來的人工制冷技術,其制冷方法是:在兩塊金屬板之間按相同方向排列大量的P、N型半導體材料,形成同向的異種導體接觸面,制成致冷組件。當給致冷組件通以一定的直流電流時,異種導體接觸面將發生珀爾貼效應,其一端(熱瑞)溫度升高放出熱量,另一端(冷瑞)溫度降低吸收熱量,因而達到制冷的目的。由于電子致冷不存在轉動設備,因此電子致冷式氫氣干燥器具有無磨損、無振動、無噪音、不污染環境、維護量小等優點。但電子致冷技術至今仍無較普遍應用,原因是找不到一種珀爾貼效應較強的異種導體接觸面,目前半導體制冷組件的珀爾貼效應仍然較弱,制冷效率很低。同時發生珀爾貼效應的異種導體接觸面較薄,材料的導熱系數較大,冷、熱面的熱傳導較強,因此電子致冷不利于保溫,隨著制冷深度的增加,冷、熱面的熱傳導加強,電子致冷的制冷效率會進一步變低(30℃對-15℃的能量制冷利用率不到10%,實際制冷系數不到0.4)。用半導體制冷組件進行低溫制冷很不經濟。這種制冷技術目前還只適用于微小環境的制冷,不適用于要求制冷量較大的發電機的氫氣除濕。另外,因目前半導體制冷組件的性能、質量等問題的制約,亦使電子致冷式干燥器的故障率較高。

再生吸附式干燥器具有出口氫氣濕度小,除濕效果好,振動和噪音小,不易出故障等優點。由于采用吸濕劑除濕,其主要缺點是氫氣處理量小,氫氣中的油污、灰塵對除濕效果影響很大,甚至使吸濕劑失去除濕能力, 吸濕劑在再生加熱時和冷卻時都會產生溫度的不均勻變化,如加熱時,吸濕劑顆粒外部先熱,內部后熱;冷卻時干燥劑顆粒外部先冷,內部后冷。由于熱脹冷縮原因產生內應力變化,這種變化最終將導致吸濕劑顆粒粉末化,粉末可能由氫氣流帶入發電機內,造成對發電機的污染,因此必須定期清洗或更換吸濕劑,維護工作量和工作難度較大。為克服油污和吸濕劑粉末化的不良影響,要加裝過濾裝置,使設備復雜化,同時維護量也加大。如果發電機有漏油的情況,則應慎重選擇該種干燥器。吸附式氫氣干燥器管路上閥門和接頭較多,因此可能泄漏點較多,內部有風機和加熱器與氫氣直接接觸,如果氫氣純度不高,會發生燃燒或爆炸情況,因此,吸附式氫氣干燥器安全隱患很大,使用前檢查泄漏和氣體置換工作必須做到位。

通過以上的分析,我們可以看出冷凝式氫氣干燥器能夠適用于所有的氫冷發電機,再生吸附式干燥器適用于漏油情況較少的發電機。電子致冷式干燥器由于電子致冷技術的限制,難以滿足發電機的除濕要求,應盡早淘汰。

由于目前我國大部分發電機存在密封油向機內漏油的情況,因此,只有冷凝式氫氣干燥器適合目前在我國各發電廠廣泛使用。再生吸附式干燥器由于徹底解決油污染問題和泄漏問題的難度較大,成本較高,且必須定期維護,運行成本較高,安全隱患很大,因此不易推廣使用。

由于冷凝式氫氣干燥器存在相對容易泄漏,易出故障、維修專業性強、難度大的缺點,因此設計制造和選擇應用冷凝式氫氣干燥器應考慮以下幾個方面。

1. 結構合理,排油排污順利,整體外觀盡可能的小巧美觀。

2. 采用防振動結構和防泄漏措施,卻保制冷系統耐振動,不泄漏;采用先進的制冷設備和技術,杜絕冷凝式氫氣干燥器容易泄漏,易出故障的問題。

3. 考慮整機的拆、修工藝性,使整機裝、拆、維修、換件都非常容易,并設計簡單易行的維修、維護工藝,使非專業人員參照維修工藝說明書也可以輕松的進行維修、維護。

4. 智能化的自動控制系統,使用操作盡可能最簡單,并能夠自動分析并指示各種故障或異常情況。跟據指示,參照維修工藝說明,輕松的進行維修、維護。使維修、維護工作簡單化。

5. 精密溫控運行,制冷溫度控制在-15℃-35℃之間波動,使壓縮機有充足的休息時間,延長其使用壽命。

6. 對于間歇式除濕的氫氣干燥器,其氫氣處理量應在80Nm3/h以上,制冷溫度在-15℃以下的持續除濕時間應不少于2小時,化霜間歇時間(包括制冷溫度在-15℃以上的時間)應不大于1小時。對于持續除濕的氫氣干燥器,其氫氣處理量應在50Nm3/h以上,制冷除濕溫度應在-15℃以下。

7. 運行安全可靠,整機應按氫氣系統運行防爆要求進行防爆設計。具有必要的防爆性能。

8. 符合環保要求,按綠色環保要求設計。

我公司的新一代產品QLG-Ⅴ型冷凝式氫氣干燥器具備上述的所有特征,敬請各位留意選用。


 
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