火力发电厂氢气供应系统优化分析张令

火力发电厂氢气供应系统优化分析张令

张令许李瓷

（黔西南州元豪投资有限公司贵州省黔西南州兴义市562400）

摘要：本文主要对火力发电厂两种主流的氢气供应系统进行了全面的分析，重点对经济性进行了预算，对现有的氢气供应系统提出了优化建议，并对改造的可行性进行了阐述。

关键词：火力发电厂；氢气供应；优化

一、前言

我厂发电机采用水氢氢冷却方式，在运行过程中，其定子绕组和铁芯以及转子会持续产生热量，定子绕组采取水冷却方式，定子铁芯和转子采取氢气冷却，通过冷却系统来保证发电机本体的各个部分不超温，绝缘满足安全运行的要求。而在机组正常运行中，发电机会发生一定量的氢气泄露，根据国家标准GB7064-2017中规定，汽轮发电机每天的漏氢量不超过发电机内总储氢量的5%。因此，氢气供应系统的安全可靠性对于全厂稳定运行将起到至关重要的作用。

二、国内火电厂氢气供应系统的主要技术路线

目前火电厂内的供氢系统主要有两种技术路线：一是厂内设置水电解制氢装置向机组供氢；二是通过外购氢瓶向机组供氢。

三、目前我厂氢气供应系统的设计及施工现状

1.目前我厂氢气供应系统的设计技术路线

我厂采用外购氢气的供氢方案，即氢气从市场中采购高纯度氢气（氢气纯度≥99.99%），用高压氢气瓶充装。

2.目前我厂氢气供应系统的施工现状

目前现场正在进行基础施工，底梁模板铺设，柱钢筋正在绑扎。供氢站内主要设备的技术协议和合同已经签订。

四、两种技术路线的安全性对比

外购氢气的供氢方案系统简单，但气瓶压力较高（15MPa），容易从软管接头等处漏氢，安全性较差，更换气瓶过程中需要管理人员随时跟踪监督。

电解法制氢方案稍微复杂但已在火电厂中应用多年，设备运行成熟、安全性较高，设备自动化程度较高。

五、两种技术路线的可靠性对比

外购氢气的供氢方案容易受行政因素、节假日、特殊天气因素、供应商因素的影响。

电解法制氢方案可靠性则较高。

六、两种技术路线的经济性对比

1.全厂补氢量计算

每台发电机每天的补氢量按照我厂发电机技术协议中的规定≤14Nm3进行计算，每台机组全年按运行330天（其余35天为停机检修时间），全厂4台机组正常运行期间的补氢量为4×330×14=18480Nm3。

每台机组每年进行一次C级以上的计划性检修，发电机一次启动用氢量为890Nm3。全厂4台机组的启动补氢量为890×4=3560Nm3。

因此全厂一年正常运行的补氢量为18480+3560=22040Nm3。如果遇到发电机氢气密封系统异常，则会增大发电机的补氢量（这种情况在其他电厂时有发生），考虑10%余量，每年补氢总量为22040×（1+10%）=24244Nm3。

2.外购氢气成本预算

按照外购氢气瓶（压力15MPa、容积40L）的方式，则每年正常运行需要外购高纯度氢气24244×0.1&pide;（15×0.04）=4040瓶。

经过市场调研，运至我厂的到厂价格约为400元/瓶（运距约300公里）。

因此，每年外购氢气的成本约为4040×400=161.6万元。

3.电解法制氢的成本计算

经过咨询国内一流制氢设备供应商，出力为2×5Nm3/h制氢设备招标价格在360万左右，出力为1×10Nm3/h制氢设备招标价格在200万左右，耗电率为≤4.8KWh/Nm3。

因此我厂的供电成本约为0.203元/kWh。

因此，每年电解法制氢的电耗为24244×4.8×0.203=2.36万元。

4.两种方案的综合经济性对比

将外购高纯度氢气和电解法制氢两种方案进行经济性对比，详见下表：

注：（1）经济使用年限：20年；（2）成本电价：0.203元/kWh

（3）银行贷款利率：4.9%；（4）20年折现系数：12.57

从经济性分析，外购高纯度氢气需初投资70万元，但每年需运行维护费用约164.6万元。电解法制氢需初投资410万元，增加初投资340万元，但每年需运行维护费用仅仅为20.36万元，每年节约144.24万元，增加的340万元初投资仅需2.5年就可收回，20年寿命期内折现综合收益约为1473.09万元。因此电解法制氢比外购高纯度氢气经济性更好。

七、改变现有设计方案的可行性

目前氢站的主体建筑设计为长28.5米、宽12米、高8.155米的现浇钢筋混泥土单层单间房屋，只需增加两道防火实体墙体，隔断为3个房间，其面积和高度完全能满足电解法制氢的建筑需求。氢站主体建筑外围的防火围墙还未进行施工，只需重新按照电解法制氢的要求进行设计即可。新增的4个储氢罐可以布置在氢站的主体建筑的西侧或北侧，其防火距离是足够的。因此，全厂氢气供应系统由现有的外购高纯度氢气方案改为电解法制氢方案是完全可行的。

八、结论

综上所述，将全厂氢气供应系统由外购高纯度氢气方案改为电解法制氢方案。而且目前现场施工还处于早期，现在改变设计方案是可行的。改造后20年寿命期内折现综合收益约为1473.09万元，经济性非常明显。

参考文献：

[1]隐极式同步发电机技术GB/T7064-2017国家质检总局；

作者简介：

张令，1980年8月生，男，重庆市铜梁区人，工程师，现主要从事火电厂控制系统工作；

许李瓷，1978年7月生，女，云南省马龙县人，助理工程师，现主要从事火电厂化学工作。