CN105233620A - 一种氢冷发电机组氢气干燥净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢冷发电机组氢气干燥净化系统，包括氢气输入管路、氢气输出管路、第一油污过滤器、氢气干燥装置和氢气净化装置，氢气输入管路的气体输入端连接发电机高压区的氢气输出端口，氢气输入管路的出气端通过第一油污过滤器和氢气干燥装置连接氢气净化装置的进气口，氢气净化装置的出气口通过氢气输出管路连接发电机低压区的氢气输入端口。本发明能够在发电机正常运行状态下，对从发电机高压区引出的氢气进行油污过滤、干燥和净化处理，然后再重新输入发电机低压区，能够保证发电机实现正常补氢且无需排氢，极大地降低了发电机的运营成本，杜绝了安全隐患。

Description

一种氢冷发电机组氢气干燥净化系统

技术领域

本发明涉及氢冷发电机组氢冷系统中氢气的排污、干燥、净化循环利用领域，尤其涉及一种氢冷发电机组氢气干燥净化系统。

背景技术

电力是一种已经被人们广泛应用的二次能源。目前，我国大部分发电机组多采用“水－氢－氢”冷却系统，即定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯氢冷。发电机氢冷系统分别采用氢气和二氧化碳作为冷却介质和置换介质，用于冷却发电机的定子铁芯和转子。运行经验表明，发电机通风损耗的大小取决于冷却介质的质量，质量越轻，损耗越小。氢气作为冷却介质，在气体中的密度最小，有利于降低损耗；同时，氢气的传热系数是空气的5倍，换热能力好；另外，氢气还具有绝缘性能好、控制技术成熟的优点。但氢气作为冷却介质，最大的缺点是氢气一旦与空气混合并达到一定浓度比例（4%-74%），就具有强烈的爆炸特性。因此，必须要提高并控制好氢气的质量。

氢气的质量主要体现在氢气纯度、湿度、压力等指标，氢气湿度高易造成氢冷发电机护环等高应力部件和定子线圈、转子线圈等绝缘的损坏。而氢气纯度低将直接影响发电机的效率和安全运行。因此，对发电机氢气纯度、湿度进行有效监控，是提高发电效率、确保氢冷发电机组可靠运行、避免发生恶性及灾难性事故的重要保证，对氢气的质量从补给、置换、运行、排空全过程进行监测和控制具有重要意义。

目前，电厂均通过大量补氢排氢来提高发电机内的氢气纯度，即通过制氢站制氢或供氢站购买成品瓶装氢气进行补氢，同时将发电机内纯度低的氢气排空，这种提高氢气纯度的方法不但增加运营成本，同时还增大了安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种氢冷发电机组氢气干燥净化系统，能够在发电机正常运行状态下，对从发电机高压区引出的氢气进行油污过滤、干燥和净化处理，然后再重新输入发电机低压区，能够保证发电机实现正常补氢且无需排氢，极大地降低了发电机的运营成本，杜绝了安全隐患。

本发明采用下述技术方案：

一种氢冷发电机组氢气干燥净化系统，包括氢气输入管路、氢气输出管路、第一油污过滤器、氢气干燥装置和氢气净化装置，氢气输入管路的气体输入端连接发电机高压区的氢气输出端口，氢气输入管路的出气端通过第一油污过滤器和氢气干燥装置连接氢气净化装置的进气口，氢气净化装置的出气口通过氢气输出管路连接发电机低压区的氢气输入端口。

所述的氢气干燥装置入气口和氢气干燥装置出气口所连接的氢气输入管路上分别设置有第一入气检修阀和第一出气检修阀。

所述的第一入气检修阀与氢气干燥装置入气口之间的管路上设置有入气排空阀，第一出气检修阀与氢气干燥装置出气口之间的管路上设置有出气排空阀。

所述的氢气净化装置入气口所连接的氢气输入管路上设置有第二入气检修阀，氢气净化装置出气口所连接的氢气输出管路上设置有第二出气检修阀；氢气净化装置的两端通过管路并联有手动阀。

所述的氢气干燥装置包括第一干燥塔、第二干燥塔、水气分离器和冷凝器，第一油污过滤器通过氢气输入管道经并联的第一干燥塔和第二干燥塔连接氢气净化装置的进气口，第一干燥塔和第二干燥塔两端还与设置有经水气分离器和冷凝器的管路并联；第一干燥塔和第二干燥塔均由循环风机和加热器组成。

所述的第一入气手动检修阀与第一油污过滤器之间的氢气输入管路上还设置有氢气干燥装置置换出口阀，气水分离器上连接有氢气干燥装置置换进口阀。

所述的第一油污过滤器与氢气干燥装置之间的管路上设置有第一氢气露点检测器和氢气纯度检测器，第一干燥塔中加热器的出口分别设置有第一温度检测器和第一压力检测器，第二干燥塔中加热器的出口分别设置有第二温度检测器和第二压力检测器，冷凝器前后两端连接的管路上分别设置有第三温度检测器和第四温度检测器。

所述的氢气净化装置包括依次设置于管道上的储氢罐、压缩机、加热器、换热器、缓存罐、过滤器和氢气净化器。

所述的缓存罐和过滤器之间的管路上设置有第五温度检测器和第三压力检测器。

所述的氢气输出管路上还设置有第二油污过滤器，第一油污过滤器与第二油污过滤器之间还通过设置有控制阀的直接油污过滤管路连接。

本发明利用第一油污过滤器、氢气干燥装置和氢气净化装置，在发电机正常运行状态下对发电机高压区引出的氢气进行油污过滤、干燥和净化处理，然后再重新输入发电机低压区，能够直接将氢气提纯到99%，保证发电机实现正常补氢且无需排氢。本发明在连续运行状态下能够保证发电机运行氢气纯度始终保持在98%以上，有效降低发电机的风磨耗，提高发电效率。相对于现有电厂所采用补氢排氢方法，本发明极大地降低了发电机的运营成本，杜绝了安全隐患。本发明既能够独立运行，也可以和氢气控制系统或装置共同作用，对发电机组氢气从发生、传输到补给、置换、运行、排空全过程中的氢气质量进行有效地监测和控制。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为氢气干燥装置和氢气净化装置的组成结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述：

如图1所示，本发明所述的氢冷发电机组氢气干燥净化系统，包括氢气输入管路G1、氢气输出管路G2、第一油污过滤器、氢气干燥装置和氢气净化装置，氢气输入管路G1的气体输入端连接发电机高压区的氢气输出端口，氢气输入管路G1的出气端通过第一油污过滤器和氢气干燥装置连接氢气净化装置的进气口，氢气净化装置的出气口通过氢气输出管路G2连接发电机低压区的氢气输入端口。发电机高压区的氢气通过氢气输出端口被引入氢气输入管路G1中，并依次流经第一油污过滤器、氢气干燥装置和氢气净化装置分别进行油污过滤、干燥和净化处理，最后通过氢气输出管路G2经氢气输入端口重新输入发电机的低压区。

第一油污过滤器能够在氢气干燥前先将氢气中的油蒸汽去除，既保证了后期的干燥（去湿）效果，又可延长吸附剂的使用寿命。氢气干燥装置能够对氢气湿度进行监测，并实现对发电机高压区输出的氢气进行连续不断地干燥，使得重新输入到发电机内的氢气湿度降低到标准允许范围，确保发电机可靠运行。氢气净化装置，能够将发电机高压区输出的氢气中含有的少量空气或氮气分离排出，以提高氢气纯度，保证发电机运行氢气纯度始终保持在98%以上，降低发电机的风磨耗，提高发电效率。

为了便于对氢气干燥装置进行检修或更换，本发明还在氢气干燥装置入气口和氢气干燥装置出气口所连接的氢气输入管路G1上分别设置第一入气检修阀V2和第一出气检修阀V13。并在第一入气检修阀V2与氢气干燥装置入气口之间的管路上设置入气排空阀V21，在第一出气检修阀V13与氢气干燥装置出气口之间的管路上设置出气排空阀V22。当氢气干燥装置需要检修或更换时，工作人员可将氢气干燥装置出入口处设置的第一入气检修阀V2和第一出气检修阀V13关闭，再进行维修更换工作。当待检修或更换的氢气干燥装置及氢气输入管路G1中残留有高浓度氢气时，可开启入气排空阀V21和出气排空阀V22，将高浓度氢气置换出来并进行排空处理。

为了便于对氢气净化装置进行检修或更换，本发明还在氢气净化装置入气口所连接的氢气输入管路G1上设置第二入气检修阀V16，在氢气净化装置出气口所连接的氢气输出管路G2上设置第二出气检修阀V19；并在氢气净化装置的两端通过管路并联设置手动阀V15。

当氢气净化装置需要工作时，即当检测到的氢气纯度小于98%导致不符合相关标准规定时，工作人员可关闭手动阀V15，使得氢气输入管路G1中的氢气流经氢气净化装置，利用氢气净化装置将发电机氢气中含有的少量空气或氮气分离并排出，以提高氢气纯度。当氢气净化装置需要检修或更换时，工作人员可关闭氢气净化装置出入口处设置的第二入气检修阀V16和第二出气检修阀V19，并打开氢气净化装置并联的手动阀V15，随后对氢气净化装置进行检修或更换。

本实施例中，入气检修阀和出气检修阀可采用手动阀或自动阀。

为了进一步增强氢冷发电机组氢气干燥净化，如图2所示，本发明中还采用了特殊设计的氢气干燥装置和氢气净化装置。

氢气干燥装置采用双干燥塔交替吸附再生形式，即一塔进行干燥时，另一塔进行再生，可连续不间断地对气体干燥去湿。

氢气干燥装置由第一干燥塔、第二干燥塔、水气分离器和冷凝器组成。第一干燥塔和第二干燥塔能够实现气体干燥；而水气分离器和冷凝器则共同构成了使第一干燥塔和第二干燥塔再生的设备。第一干燥塔和第二干燥塔均由循环风机和加热器组成，加热器用于干燥氢气；循环风机用于驱动气体流动，在被处理系统中气体无流量或气体流量小时，循环风机能够增大气体流量，尤其在发电机停机情况下，能够保证气体干燥效果不受影响。

本实施例中，第一油污过滤器通过氢气输入管道经并联的第一干燥塔和第二干燥塔连接氢气净化装置的进气口，第一干燥塔和第二干燥塔两端还与设置有经水气分离器和冷凝器的管路并联。

当氢气从发电机高压区的氢气输出端口流经第一油污过滤器并将油蒸汽分离后，氢气通过第一入气检修阀V2和阀门V4进入第一干燥塔的底部，然后借助循环风机的风力使氢气从底部通过吸附层到达第一干燥塔的上部，至经过吸附层时水分将被吸收。随后氢气经过第一干燥塔上部的阀门V14和第一出气检修阀V13从第一干燥塔的出口通过阀门V16进入氢气净化装置的入口，或者通过手动阀V15、阀门V20和第二油污过滤器进入到发电机的低压区。

第二干燥塔对氢气的干燥过程与上述第一干燥塔对氢气的干燥过程类似，在此不再赘述。

在实现氢气干燥器再生过程时，第一干燥塔或第二干燥塔内置的加热器动作，对此干燥塔的吸附层进行加热。然后借助循环风机的动力，使氢气由下至上流过已被加热的吸附层，这时吸附剂里的水分将被去除掉，然后潮湿气流通过调节阀V14和V11或V12和V11进入到对应干燥塔内置的冷凝器中，经过冷凝，水分将通在冷凝器内分离出来。分离出的水被送到气水分离器，经管道和自动排水器排出。氢水分离器中分离出来的氢气通过阀门V7、V5和V4或阀门V7、V5和V6重新回到再生的对应的干燥塔内，继续参加再生循环。图2中的阀门V7为干燥塔再生回路切断阀。

本实施例中，第一入气检修阀V2与第一油污过滤器之间的氢气输入管路G1上还设置有氢气干燥装置置换出口阀V8，气水分离器上连接有氢气干燥装置置换进口阀V9。在对氢气干燥装置进行检修时，关闭阀门V5、V3和氢气干燥装置置换出口阀V8，打开阀门V11、V12、V6、V5和氢气干燥装置置换进口阀V9，从氢气干燥装置置换进口阀V9处充入CO2气体，当压力升至0.2MPa4，再打开氢气干燥装置置换出口阀V8,排放约40秒，如此重复操作10余次。氢气干燥装置中的氢气即被CO2气体置换出来，即可对氢气干燥装置进行检修。

第一油污过滤器与氢气干燥装置之间的管路上设置有第一氢气露点检测器Td1和氢气纯度检测器Py1，第一干燥塔中加热器的出口分别设置有第一温度检测器T1和第一压力检测器P1，第二干燥塔中加热器的出口分别设置有第二温度检测器T2和第二压力检测器P2，冷凝器前后两端连接的管路上分别设置有第三温度检测器T3和第四温度检测器T4。

氢气净化装置包括依次设置于管道上的储氢罐、压缩机、加热器、换热器、缓存罐、过滤器和氢气净化器。缓存罐和过滤器之间的管路上设置有第五温度检测器T5和第三压力检测器P3。

储氢罐用于平衡气路的压力和流量的波动；氢气在压缩机的作用下流经加热器并被加热，再经过换热器进行换热，随后流经缓存罐，缓存罐同储氢罐作用相近，用于平衡压缩机启动和停机时气路的压力和流量的波动，此时氢气的压力和温度可通过第五温度检测器T5和第三压力检测器P3进行检测并显示；之后氢气再依次流经过过滤器和氢气净化器进行过滤净化。最后，经过过滤净化的氢气通过阀门V18、第二出气检修阀V19和阀门V20进入第二油污过滤器中，并经第二油污过滤器进行油污过滤后最终进入到发电机的低压区。阀门V18和第二出气检修阀V19之间可设置第二氢气纯度分析仪表Py2，以检测经过净化的氢气纯度。

在氢气净化过程中，过滤器能够滤掉氢气流经气体管路中时携带的水珠和管壁杂质；氢气净化器能净化氢气，使氢气的纯度从96%提高到98%。

本发明还在氢气输出管路G2上设置有第二油污过滤器，对经氢气净化装置净化后的氢气再次进行油污过滤，提高过滤效果。同时，第一油污过滤器与第二油污过滤器之间还通过设置有控制阀V10的直接油污过滤管路连接，能够在氢气纯度和露点达标的情况下，直接对氢气中的油蒸汽进行过滤。

直接油污过滤的过程为：氢气从发电机高压区的氢气输出端口经过阀门V1、第一油污过滤器、控制阀V10、手动阀V15、阀门V20和第二油污过滤器进入到发电机低压区中。阀门V15和V20之间可设置的第二氢气露点检测器Td2对氢气的露点值进行检测。

Claims (10)

1.一种氢冷发电机组氢气干燥净化系统，其特征在于：包括氢气输入管路、氢气输出管路、第一油污过滤器、氢气干燥装置和氢气净化装置，氢气输入管路的气体输入端连接发电机高压区的氢气输出端口，氢气输入管路的出气端通过第一油污过滤器和氢气干燥装置连接氢气净化装置的进气口，氢气净化装置的出气口通过氢气输出管路连接发电机低压区的氢气输入端口。

2.根据权利要求1所述的氢冷发电机组氢气干燥净化系统，其特征在于：所述的氢气干燥装置入气口和氢气干燥装置出气口所连接的氢气输入管路上分别设置有第一入气检修阀和第一出气检修阀。

3.根据权利要求2所述的氢冷发电机组氢气干燥净化系统，其特征在于：所述的第一入气检修阀与氢气干燥装置入气口之间的管路上设置有入气排空阀，第一出气检修阀与氢气干燥装置出气口之间的管路上设置有出气排空阀。

4.根据权利要求1所述的氢冷发电机组氢气干燥净化系统，其特征在于：所述的氢气净化装置入气口所连接的氢气输入管路上设置有第二入气检修阀，氢气净化装置出气口所连接的氢气输出管路上设置有第二出气检修阀；氢气净化装置的两端通过管路并联有手动阀。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的氢冷发电机组氢气干燥净化系统，其特征在于：所述的氢气干燥装置包括第一干燥塔、第二干燥塔、水气分离器和冷凝器，第一油污过滤器通过氢气输入管道经并联的第一干燥塔和第二干燥塔连接氢气净化装置的进气口，第一干燥塔和第二干燥塔两端还与设置有经水气分离器和冷凝器的管路并联；第一干燥塔和第二干燥塔均由循环风机和加热器组成。

6.根据权利要求5所述的氢冷发电机组氢气干燥净化系统，其特征在于：所述的第一入气手动检修阀与第一油污过滤器之间的氢气输入管路上还设置有氢气干燥装置置换出口阀，气水分离器上连接有氢气干燥装置置换进口阀。

7.根据权利要求5所述的氢冷发电机组氢气干燥净化系统，其特征在于：所述的第一油污过滤器与氢气干燥装置之间的管路上设置有第一氢气露点检测器和氢气纯度检测器，第一干燥塔中加热器的出口分别设置有第一温度检测器和第一压力检测器，第二干燥塔中加热器的出口分别设置有第二温度检测器和第二压力检测器，冷凝器前后两端连接的管路上分别设置有第三温度检测器和第四温度检测器。

8.根据权利要求1至4中任意一项所述的氢冷发电机组氢气干燥净化系统，其特征在于：所述的氢气净化装置包括依次设置于管道上的储氢罐、压缩机、加热器、换热器、缓存罐、过滤器和氢气净化器。

9.根据权利要求8所述的氢冷发电机组氢气干燥净化系统，其特征在于：所述的缓存罐和过滤器之间的管路上设置有第五温度检测器和第三压力检测器。

10.根据权利要求1至4中任意一项所述的氢冷发电机组氢气干燥净化系统，其特征在于：所述的氢气输出管路上还设置有第二油污过滤器，第一油污过滤器与第二油污过滤器之间还通过设置有控制阀的直接油污过滤管路连接。