新型吸附式氢气干燥器(简称干燥器)采用双塔交替吸附再生,可连续不间断地对气体干燥去湿,与老式干燥器比较主要有以下优点:干燥剂的再生采用压力下再生,不消耗再生气,既节约再生气体又安全简便;具有吸附容量大、性能稳定、环保、节能等优点;采用磁力耦合风机,避免出现氢气泄露时爆炸风险。当被处理系统中气体无流量或气体流量小的情况下,增大气体流量,尤其在发电机停机情况下,气体干燥效果不受影响,风机采用变频方式,可根据湿度自动调节频率。干燥器还设计安装了油过滤器,可在气体干燥前先将气体中的油蒸汽去除,既保证了干燥效果又可延长吸附剂的使用寿命。“干燥器”的干燥塔、管道、阀门等均为1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制作。干燥器适用于容量为200～1000MW氢冷发电机组;防爆标准要求,防爆合格证编号:CNEx15.0276。电气控制箱采用正压防爆设计,通过通入压缩空气,确保电气控制箱处于正压状态;氢气进、出口设计有芬兰维萨拉的湿度传感器,准确显示进、出口氢气的“露点”值。干燥塔的再生设计有加热温度控制系统,可自动显示和控制干燥塔内干燥剂吸收层的再生温度,以便获得干燥剂的最佳再生效果。干燥装置具有体积小、重量轻、结构紧凑、美观等特点;干燥器的运行是通过继电器控制干燥装置运行,运行稳定可靠,抗干扰性能强。

1 主要技术参数

2 系统介绍及工作原理

干燥装置由2只干燥塔、2台磁耦合循环风机、6根加热棒(每塔各三根)、2只氢气湿度仪、2只温度传感器、油过滤器、气水分离器、排水系统、四通阀操作系统、气体置换系统和正压防爆电气控制箱等组成。

干燥装置是专门用来除去氢冷发电机内氢气中的水蒸汽,使潮湿的气体通过填有活性氧化铝的吸附层除去水分。活性氧化铝具有表面积大、吸附能力强的特点。在化学性质上它对大部分气体和蒸汽不发生反应,并且无毒。在正常情况下,活性氧化铝吸收水分饱和后可以通过加热驱除潮气使其再生。经过重复再生,其性能和效果不会受到影响。活性氧化铝的再生是通过电加热元件对其加热完成,这样吸收的潮气被蒸发掉,同时进入的一股氢气通过吸收层带走一部分释放的潮气。这股氢气经冷凝器冷却,然后通过气水分离器和自动排水系统将水排出系统外。

氢气进入干燥塔前通过一只油过滤器将氢气中的油蒸汽分离出,以延长吸附剂的使用寿命。干燥装置有两个干燥塔可连续进行干燥工作。当一个干燥塔处于吸附去湿状态时,另一个干燥塔的吸附层则进行脱附再生以备重新利用。干燥装置的运行有自动和手动两种模式,用户可根据实际需要选择手动或者自动模式。干燥器进出口均安置有湿度传感器,本设备还具备自动变频功能,可根据进出口露点自动调节风机的频率,进而调节风机流量。变频器的调节范围为0～50Hz,当发电机内部氢气湿度较大时风机满频率运行,当发电机内部氢气湿度较小时风机频率自动减小,进而实现发电机冷却氢气干燥功能。

3 吸附和再生回路介绍

假设1#干燥塔处于吸附状态,2#干燥塔处于再生状态。

吸附过程。氢气从发电机的高压排气管进入干燥装置,经油过滤器将油蒸汽分离后,氢气通过位于干燥塔底部的四通阀AA008改变方向进入#1干燥塔的底部,然后借助磁耦合循环风机的风力使氢气从底部通过吸附层到达上部,在经过吸附层时水分被吸收。然后氢气经过干燥塔上部的四通阀AA007从干燥装置的出口进入到发电机的低压气管中。

再生过程。借助磁耦合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就被去除掉,然后潮湿气流通过流量调节阀AA001进入到冷凝器,经过冷凝水就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系统排出。氢水分离器中分离出来的氢气通过阀AA003和阀AA008重新回到再生的干燥塔内,继续参加再生循环。

4 四通阀操作系统

四通阀操作系统是由气源处理三联组合件、二位五通电磁阀、旋转汽缸、位置开关和操作杆组成。压缩空气经压缩空气处理器处理后,伴有雾状润滑油的干燥洁净空气通过由PLC控制的二位五通电磁阀进入旋转汽缸中的一个进气口,驱动旋转汽缸中活塞作直线方向运动,通过方向转换机构使输出轴作圆周方向旋转运动,操作杆连同输出轴旋转并带动二只四通阀阀杆旋转,完成氢气在四通阀中流通方向的转换。旋转到规定位置时,操作杆上的一只位置板驱动相应的位置开关动作,切断二位五通电磁阀线圈电源。

4.1压缩空气处理器由过滤器、减压器、油雾器组成。

过滤器的作用是消除压缩空气中的水、油和固体杂质,获得干燥洁净的压缩空气。过滤后的液体物质从过滤器下部的排放口排出。需要清洗滤杯和滤网时,只需将滤杯逆时针方向旋转到位然后向下拔出。清洗结束后将滤杯上的卡槽对准座体槽插入,顺时针方向旋转到位。

减压器的作用是将较高压力的气体减压,得到所需的输出气体压力。压力调整只需将减压器上部的手柄向上拔起后,旋转手柄并观察压力表指示值到达需要值后将手柄按下。

油雾器的作用是以气体为动力向气动系统中的气动元件提供雾状润滑油的装置。油杯需补充油时只需将油杯卸下,加入20号机械油(运动粘度17～23mm2/S)至油杯4/5高度,拆卸、安装方法与过滤器滤杯的方法相同。

二位五通电磁阀。双控式二位五通电磁阀有两只工作电压为24VDC电磁线圈,分别控制二条通路的启闭。阀的启闭由时间继电器控制,分别给旋转气缸的二端提供进气通路,使旋转气缸按照电气设计要求动作。

旋转汽缸。以压缩空气为能源,在气动系统中起执行元件作用,是利用齿轮齿条的传动将活塞的往复运动转变为输出轴旋转运动的执行机构,工作压力0.6～0.8MPa。

行程开关。四通阀旋转切换到正确位置后,通过行程开关输出信号,额定工作电压220V。

操作杆。作用是将旋转气缸输出轴的旋转运动传递给二只四通阀,保证四通阀的正常切换。

5 操作介绍

启动正压防爆柜,待其正常工作后,正压防爆柜运行时内部压力200～300Pa启动干燥器,干燥器运行后,点击用户登录按钮,输入密码进入操作主界面。操作主界面左上角显示干燥器运行时间,塔1或塔2加热时长,干燥塔两边显示的是加热温度,其中K1～K6代表的是加热棒的温度。界面右下角模式选择、参数设定、窗口选择点击后分别进入不同的二级对话框。点击模式选择后,弹出如图3所示的对话框。

进入模式选择界面后,用户可以选择手动或自动运行,也可以进行本地或远程切换,强制切换按钮点击后,可以对双塔进行切换,在调试检修时可以使用。远程切换界面如图4所示:点击远程切换后,点击确定,然后关闭界面,系统进行相应的切换。

点击主界面中参数设定按钮,进入如图5所示的界面。界面从左至右依次为运行控制参数设定、仪表量程参数设定、循环风机1控制、循环风机2控制,其中仪表量程参数设定和循环风机1、2控制中P、I、D参数出厂已设定,不用更改。

加热棒保护温度出厂设定不可更改,加热棒温度控制上下限可根据实际需要进行更改,用户可根据实际对加热器运行小时进行设定,设定时间可精确到分钟。循环风机1控制,用户可选择手动或自动,在自动情况下吸附塔所连风机频率可根据进口露点自动调节,再生塔所连风机在加热阶段频率为15Hz,加热停止后频率自动转为20Hz。在选择手动的情况下风机的频率可以手动改动,在手动给定中设定参数,输入100%即代表风机运行频率为50Hz,输入50%即代表风机运行频率为25Hz。目标湿度的设定值影响风机频率的大小,当进气口湿度较高,则风机满负荷运行。点击设备曲线可查看设备运行是否正常;点击历史曲线可查看干燥塔温度,进出口露点;点击报表可以查看数据,还可导出一周内数据,方便分析使用。点击报警记录查看报警记录,便于解决故障。

6 干燥装置置换

干燥装置氢系统的置换是使用CO2或者其它惰性气体。

置换再生回路。关闭再生回路切断阀AA003、均压阀AA004和置换出口阀AA006;打开置换进口阀AA005,置换气体进入再生回路系统;当系统内气体压力达到0.2MPa时打开置换出口阀AA006进行排气,当排气结束前关闭置换出口阀AA006,系统内压力再次上升,当系统内气体压力达到0.2MPa时,再打开置换出口阀AA006进行排气,如此反复至少应进行十次(置换时间长短是由置换气体压力决定的);置换再生回路后应打开再生回路切断阀AA003,并置换30秒钟。

7 调试

再生阀控制。再生气体流量控制阀AA001约打开1～1/2圈。在运行期间,必要时对阀AA001进行调节以保证再生干燥塔的出口氢气温度为50～80℃,并且冷凝器出口氢气温度≤38℃。如果阀AA001设置理想,约2小时后干燥塔的出口氢气温度可达>50℃。如果再生流量太小,在加热步骤中再生输出温度将提前达到(<1～1/2小时),这样将不会有足够多的再生气流带走分离出的水蒸气。出现此类情况将会在下一步的吸收循环中得到较差的效果。此时阀AA001应加大开启量1/8圈,以便增加再生气流量。一旦调节完成后,有15～20分钟的时间温度才能达到稳定状态;如果再生流量太大,直到加热快结束时才会达到再生输出温度,这种情况的出现将会在下一步吸收循环中导致较差的性能。此时阀AA001应关闭1/8圈以便减少再生气流量。一旦调节完成后,有15～20分钟的时间温度才能达到稳定状态。

日常维护。每天检查去湿装置电气控制箱控制面板上各种显示是否正常;每周确保近4小时加热后再生干燥塔的氢气输出温度约为50～80℃,并且吸收层的温度约为120～180℃;每月测量自动排水器一周内排出的水量和前周期比较。如果有必要拆卸自动排水器进行清洗;每六个月检查油过滤器有无堵塞,如有必要更换活性碳过滤介质,检查四通阀工作及去湿装置报警器是否正常;每年露点传感器送专业部门清洗和检定。清洗冷凝器传热管。检查电磁阀,如有必要应更换。