CN115744825A - 一种用于氢气冷却发电机的氢气提纯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于氢气冷却发电机的氢气提纯方法。本发明的方法包括步骤为：通过发电机内风扇及发电机外氢气循环风机产生的压差，从发电机高压区抽取氢气至提纯处理的管道中，依次经过除油器去除油气、干燥器干燥去除水分和吸附提纯处理除去氢气中的氮气、氧气和二氧化碳杂质气体，从而将氢气纯度提高至99.3％以上；最后输送回发电机低压区，完成整个氢气提纯步骤。本发明提供的氢气提纯方法可靠性高，安全性好，现场安装简单，启动和运行操作方便，能高效去除氢气中的水分、油气、空气等杂质气，提纯处理能力强，能将发电机内氢气纯度提升到99％以上，从而提高发电机的运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于氢气冷却发电机的氢气提纯方法，属于大型汽轮发电机氢油水系统技术领域。
背景技术
氢气具有密度小、传热快和散热快的特点，其密度是空气的1/14，而散热能力是空气的8倍，因此氢气被普遍作为一种性能优越的冷却介质应用在现代大型汽轮发电机组中。发电机在运行中，氢气的纯度是一项重要的监测指标。为使机组能够安全、经济、稳定地运行，严格地保证发电机内氢气的纯度是十分必要的。
根据GB/T 7064-2017《隐形同步发电机技术要求》中第6.2.2条要求“氢冷电机的机内氢气的纯度不低于95％时，应能在额定条件下发出额定功率”。当氢气纯度下降时，混合气体的密度随氢气纯度的下降而上升，将导致发电机的通风摩擦损耗增加，降低发电机的效率，氢气纯度每下降1％，引起通风损耗增加11％。因此，发电机在低氢气纯度情况下长期运行是不经济的。
目前电厂提高发电机内氢气纯度的方法一般是：当发电机内氢气纯度下降时，先排出发电机内一部分纯度低的氢气，再补入纯度高的氢气。但是，这种提纯方式为人工行为，需要持续付出较多的人力和财力。如果能够自动持续的提高发电机机内氢气纯度，不但可以有效提升发电机的效率，而且可以大大减少电厂人工补排氢操作的工作量，降低人工操作的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高氢气冷却发电机机内氢气纯度的方法，能够自动的、持续的去除氢气中的油气、水分、氮气、氧气、二氧化碳等杂质，将发电机内的氢气纯度提高至99％以上，有效提升发电机的效率，同时大大减少电厂人工补排氢操作的工作量。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于氢气冷却发电机的氢气提纯方法，采用氢气提纯系统进行提纯，该系统包括通过气体管道依次连接并形成串联回路的氢气循环风机、除油器、氢气干燥器和吸附式氢气提纯装置，其中，连接的各气体管道上分别设有控制气体流通的阀门，具体提纯步骤包括：
步骤1：通过发电机内风扇及发电机外氢气循环风机产生的压差，从发电机高压区抽取氢气至提纯处理的管道中；
步骤2：被抽取至提纯处理管道中的氢气，首先经过除油器，进行第一道提纯处理，目的是除去氢气中的油气；
步骤3：再经过氢气干燥器，进行第二道提纯处理，目的是除去氢气中的水分；
步骤4：最后经过吸附式氢气提纯装置，进行第三道吸附提纯处理，目的是除去氢气中的氮气、氧气和二氧化碳杂质气体，从而将氢气纯度提高至99.3％以上；
步骤5：经过三道处理工序后的氢气，输送回发电机低压区，完成整个氢气提纯步骤。
优选地，所述吸附式氢气提纯装置包括通过气体管道依次连接的杂质分离罐A、纯化系统和分离罐B，所述纯化系统包括至少两个并联且由PLC控制的纯化塔，所述纯化塔内设有吸附剂，其中至少一个用于吸附、一个用于吹扫脱附，此外，所述并联的纯化塔之间还通过设有均压气动角阀的管道直接连接；
所述步骤4中的吸附提纯处理具体包括：
步骤4.1：经步骤3处理后的氢气首先进入首先进入杂质分离罐A，将气体中的固态或液态杂质进行沉降分离；
步骤4.2：通过杂质分离罐A的氢气再进入由PLC控制用于吸附的纯化塔，对氢气中的杂质气体进行吸附提纯，而由PLC控制用于脱附的纯化塔则利用发电机内氢气进行吹扫再生，则完成一个周期的吸附提纯处理；完成一个周期后，在PLC程序的控制下，所述的均压气动角阀打开，所述并联的纯化塔之间则进入均压过程；然后进行下一次的吸附提纯处理，上一个周期用于吸附的纯化塔则进行吹扫再生，而用于脱附的纯化塔则进行吸附提纯；
步骤4.3：经过吸附处理后的氢气进入再进入杂质分离罐B，将气体中的固态或液态杂质进行再次沉降分离。
优选地，步骤1中，氢气循环风机为一用一备，且配有在线检修旁路；
优选地，步骤2、步骤3、步骤4中，氢气提纯顺序为先除油、再除水、最后除气；
优选地，步骤4中，氢气提纯装置为双塔吸附式，立式圆筒形钢结构，能承受1.0MPa的工作压力，且配有在线检修旁路；
优选地，步骤4中，氢气提纯装置提纯工作原理为吸附式，氢气提纯的最大处理能力为100Nm3/h。该装置由如下部件组成：吸附塔(含杂质气专用吸附剂，即针对不同工况进行专业配比的分子筛吸附剂)，压力表，杂质沉降罐，氢气纯化检测仪，电气控制箱，PLC控制器，触摸屏，电磁阀，气动角阀，置换气隔离阀，针形调节阀，隔离阀，流量开关，底座，管道管件，电缆等。
优选地，步骤4完成后，吸附式氢气提纯装置出口的氢气纯度能达到99.3％以上；
优选地，步骤5完成后，发电机内氢气纯度能达到99％以上。
本发明还提供了一种用于氢气冷却发电机的氢气提纯的系统，该系统包括通过气体管道依次连接并形成串联回路的氢气循环风机、除油器、氢气干燥器和吸附式氢气提纯装置，其中，连接的各气体管道上分别设有控制气体流通的阀门；
所述吸附式氢气提纯装置包括通过气体管道依次连接的杂质分离罐A、纯化系统和杂质分离罐B，所述纯化系统包括至少两个并联且由PLC控制的纯化塔，所述纯化塔内设有吸附剂，其中至少一个用于吸附、一个用于吹扫脱附，此外，所述并联的纯化塔之间通过设有均压气动角阀的管道直接连接。
所述杂质分离罐A、杂质分离罐B上分别设有排污阀及置换气入口截止阀。
优选地，所述纯化系统的出气管路上设有气体纯度分析仪，用于监测纯化塔内的吸附剂是否失效。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的氢气提纯方法可靠性高，安全性好，现场安装简单，启动和运行操作方便，能高效去除氢气中的水分、油气、空气等杂质气，提纯处理能力强，能将发电机内氢气纯度提升到99％以上，从而提高发电机的运行效率。
附图说明
图1为氢气提纯系统设备连接图；
图2为吸附式氢气提纯装置内部流程图；
图3为杂质气吸附工艺流程分解图，工艺流程按照(1)、(2)、(3)、(4)的顺序。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
一种提高氢气冷却发电机机内氢气纯度的方法，结合附图1，其工作原理如下：
发电机正常运行期间，机内的氢气通过发电机内风扇及发电机外氢气循环风机(附图1序1)产生的压差，从发电机高压区抽取至提纯处理的管道中；被抽取至提纯处理管道中的氢气，首先经过除油器(附图1序2)，进行第一道提纯处理，除去氢气中的油气；再经过氢气干燥器(附图1序3)，进行第二道提纯处理，除去氢气中的水分；再经过吸附式氢气提纯装置(附图1序4)，进行第三道吸附提纯处理，除去氢气中的氮气、氧气、二氧化碳等杂质气，从而将氢气纯度提高至99.3％以上；最后通过管道回路输送回发电机低压区，完成整个氢气提纯的过程。
吸附式氢气提纯技术的基本原理是针对不同气体的吸附特性，利用专用吸附剂(针对不同工况进行专业配比的分子筛吸附剂)使氢气中的氧气、氮气、二氧化碳等杂质气体彻底分离出去。该吸附的操作循环在两个不同的压力条件下进行：即在高压状态下吸附混合气体中的杂质，低压下解吸。
结合附图2和附图3，吸附式氢气提纯装置内部流程如下：
1、发电机内的氢气经过循环风机(附图1序1)、除油器(附图1序2)、氢气干燥器(附图1序3)之后，从附图2接口C进入吸附式氢气提纯装置(附图1序4)；
2、从附图2接口C进入的氢气，首先进入杂质分离罐A，将气体中的固态或液态杂质进行再次沉降分离。杂质分离罐A配有排污阀V1及置换气入口截止阀V2。
3、通过杂质分离罐A的氢气，再进入纯化塔A或B，对氢气中的杂质气进行吸附提纯。纯化塔内的杂质气吸附工艺流程详见附图3。结合附图3杂质气吸附工艺流程分解图，其具体的工艺流程如下：
附图3步序(1)：在PLC程序的控制下，均压气动角阀PV1关闭，气动角阀PVA1、PVA3打开，PVA2关闭，此时发电机内部氢气进入后经气动角阀PVA1进入吸附塔A中进行处理，而后的氢气通过PVA3返回到发电机内部；在同一时间，气动角阀PVB1、PVB3关闭，PVB2打开，吸附塔B经历吹扫再生过程，将解除吸附的杂质气吹入排空管路，最终通过杂质气排空口E排至厂房外(吹扫流量可以通过流量调节阀MV进行调节)；
附图3步序(2)：经过步序(1)的一个吸附周期后，在PLC程序的控制下，进入两塔均压过程；此时PVA1、PVA2、PVA3、PVB1、PVB2、PVB3关闭，均压气动角阀PV1打开，使得两塔压力平衡；
附图3步序(3)：均压过程结束后，在PLC程序的控制下，气动角阀PVB1、PVB3打开，PVB2关闭，吸附塔B将进入吸附状态。气动角阀PVA1、PVA3关闭，PVA2打开，吸附塔A内将利用发电机内氢气进行小流量的吹扫再生，将解除吸附的杂质气吹入排空管路，最终通过杂质气排空口E排至厂房外(吹扫流量可以通过流量调节阀MV进行调节)；
附图3步序(4)：经过步序(3)的一个吸附周期后，在PLC程序的控制下，两塔再次进入均压过程。此时PVA1、PVA2、PVA3、PVB1、PVB2、PVB3关闭，均压气动角阀PV1打开，使得两塔压力平衡；
双塔如上述方式循环，最终形成自动切换的闭环流程。
4、经过纯化塔去除杂质气之后的氢气，再进入杂质分离罐B。杂质分离罐B配有排污阀V4及置换气出口截止阀V3。在纯化塔的出口设置一台纯度分析仪表GP，用于监测纯化塔内的吸附剂是否失效。
5、通过杂质分离罐B的氢气，最终从D接口返回发电机内。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种用于氢气冷却发电机的氢气提纯方法，其特征在于，采用氢气提纯系统进行提纯，该系统包括通过气体管道依次连接并形成串联回路的氢气循环风机、除油器、氢气干燥器和吸附式氢气提纯装置，其中，连接的各气体管道上分别设有控制气体流通的阀门，具体提纯步骤包括：
步骤1：通过发电机内风扇及发电机外氢气循环风机产生的压差，从发电机高压区抽取氢气至提纯处理的管道中；
步骤2：被抽取至提纯处理管道中的氢气，首先经过除油器，进行第一道提纯处理，目的是除去氢气中的油气；
步骤3：再经过氢气干燥器，进行第二道提纯处理，目的是除去氢气中的水分；
步骤4：最后经过吸附式氢气提纯装置，进行第三道吸附提纯处理，目的是除去氢气中的氮气、氧气和二氧化碳杂质气体，从而将氢气纯度提高至99.3％以上；
步骤5：经过三道处理工序后的氢气，输送回发电机低压区，完成整个氢气提纯步骤。
2.如权利要求1所述的用于氢气冷却发电机的氢气提纯方法，其特征在于，所述吸附式氢气提纯装置包括通过气体管道依次连接的杂质分离罐A、纯化系统和杂质分离罐B，所述纯化系统包括至少两个并联且由PLC控制的纯化塔，所述纯化塔内设有吸附剂，其中至少一个用于吸附、一个用于吹扫脱附，此外，所述并联的纯化塔之间还通过设有均压气动角阀的管道直接连接；
所述步骤4中的吸附提纯处理具体包括：
步骤4.1：经步骤3处理后的氢气首先进入首先进入杂质分离罐A，将气体中的固态或液态杂质进行沉降分离；
步骤4.2：通过杂质分离罐A的氢气再进入由PLC控制用于吸附的纯化塔，对氢气中的杂质气体进行吸附提纯，而由PLC控制用于脱附的纯化塔利用发电机内氢气进行吹扫再生，则完成一个周期的吸附提纯处理；完成一个周期后，在PLC程序的控制下，所述的均压气动角阀打开，所述并联的纯化塔之间则进入均压过程；然后进行下一次的吸附提纯处理，上一个周期用于吸附的纯化塔则进行吹扫再生，而用于脱附的纯化塔则进行吸附提纯；
步骤4.3：经过吸附处理后的氢气进入再进入杂质分离罐B，将气体中的固态或液态杂质进行再次沉降分离。
3.一种用于氢气冷却发电机的氢气提纯的系统，其特征在于，该系统包括通过气体管道依次连接并形成串联回路的氢气循环风机、除油器、氢气干燥器和吸附式氢气提纯装置，其中，连接的各气体管道上分别设有控制气体流通的阀门；
所述吸附式氢气提纯装置包括通过气体管道依次连接的杂质分离罐A、纯化系统和杂质分离罐B，所述纯化系统包括至少两个并联且由PLC控制的纯化塔，所述纯化塔内设有吸附剂，其中至少一个用于吸附、一个用于吹扫脱附，此外，所述并联的纯化塔之间通过设有均压气动角阀的管道直接连接。
4.如权利要求3所述的用于氢气冷却发电机的氢气提纯的系统，其特征在于，所述纯化系统的出气管路上设有气体纯度分析仪，用于监测纯化塔内的吸附剂是否失效。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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