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1、,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,氫冷卻及制氫系統(tǒng),主要內(nèi)容,一、發(fā)電機的冷卻介質(zhì),二、氫氣基本特性和用途,三、制氫原理及設(shè)備簡介,四、氫氣的控制參數(shù)與化學(xué)監(jiān)督,五、發(fā)電機氣體系統(tǒng)與氣體置換,一、發(fā)電機的冷卻介質(zhì),1,、發(fā)電機對冷卻介質(zhì)的基本要求,2,、發(fā)電機的冷卻介質(zhì)和冷卻方式,1,、發(fā)電機對冷卻介質(zhì)的基本要求,比熱容大。,比熱容大則單位介質(zhì)在同一溫升下帶出的熱量就多，即帶走同樣的熱量所需要的介質(zhì)量小,黏度小。,當(dāng)速度不變時，黏度小則傳熱能力大，且流動摩擦阻力較小。,熱導(dǎo)率大。,當(dāng)速度不變時，熱導(dǎo)率越大，熱交換能力越大，內(nèi)部降溫越小。,

2、密度小。,對于氣體介質(zhì)而言，密度小則通風(fēng)損耗也小。,介電強度高。,這可減少電暈，有利于安全。,無毒，無腐蝕性，化學(xué)穩(wěn)定。,價格便宜。,2,、發(fā)電機的冷卻介質(zhì)和冷卻方式,空氣?？諝饫鋮s方式冷卻能力很小，通風(fēng)損耗和摩擦損耗很大，單機容量增大時，需要的冷卻空氣流量也相應(yīng)增大，這就使空冷發(fā)電機的設(shè)計尺寸增大，給發(fā)電機的制造、安裝、及運行管理帶來很多不便。,氫氣。氫氣在各種氣體中密度最小，傳熱最好，通風(fēng)和摩擦損耗最小，清潔。在氣體中氫氣是最適宜作為發(fā)電機冷卻介質(zhì)。,水。純水不僅有較高的絕緣性，而且有較大的熱容量。此外，在實際允許的流速下，水的粘度小，這使表面易于傳熱，從而保證發(fā)電機繞組與水之間的溫度降很

3、小。水是很好的冷卻介質(zhì)，不僅具有很大的比熱容和熱導(dǎo)率，而且價廉、無毒、不助燃，無爆炸危險。,冷卻方式,采用水作為冷卻介質(zhì)的汽輪發(fā)電機組一般有如下三種冷卻方式：,定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，鐵芯氫冷的水,氫,氫型。,定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，鐵芯氫冷的水,水,氫型。,定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，鐵芯空冷的水,水,空型。,目前，國內(nèi)外的大型發(fā)電機組基本采用定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，鐵芯氫冷的水,氫,氫型冷卻方式,二、氫氣基本特性和用途,1,、氫氣的基本特性,2,、用途和缺點,1,、氫氣基本特性,氫氣是一種無色、無味、無毒的氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，其密度為,0.0697g/L,僅相當(dāng)

4、于同體積空氣的,1/14.3,，,是各種氣體中最輕的一種，沸點為,-253,。,氫氣微溶于水，在,0,時，每,100,體積的水只能溶解,2,體積的氫，,而且隨溫度升高，溶解度減小。,氫氣是窒息性氣體，可使人體缺氧，當(dāng)空氣中含量達到,50%,時人有明顯癥狀，濃度為,75%,即可使人死亡。,氫氣的導(dǎo)熱能力最好，其熱導(dǎo)率是空氣的,6.69,倍。,氫氣有很強的滲透性和擴散性。隨著溫度和壓力的升高，滲透作用增大。,氫氣與氧氣燃燒會化合成水,2H,2,+O,2,2H,2,O,。,氫氣能自燃，不能助燃。,氫氣與空氣或氧氣容易形成,爆炸性氣體,混合氣體點燃時有爆鳴聲。,2,、用途和缺點,在電力行業(yè)用作發(fā)電機的

5、冷卻介質(zhì)。氫氣由電解水制取。,缺點，當(dāng)氫氣與空氣或氧氣容易形成爆炸性氣體。,下表列出了氫氣的燃燒、爆炸性能,在空氣中的燃燒范圍（體積分?jǐn)?shù)，,%,）,4.0,75.0,在空氣中的爆轟范圍（體積分?jǐn)?shù)，,%,）,18.0,59.0,在氧氣中的燃燒范圍（體積分?jǐn)?shù)，,%,）,4.65,94.0,在氧氣中的爆轟范圍（體積分?jǐn)?shù)，,%,）,18.3,58.9,在空氣中的著火溫度（）,585,在氧氣中的著火溫度（）,560,三、制氫原理,1,、氫氣的工業(yè)制取方法簡述,2,、電解水制氫的原理,3,、電解水制氫設(shè)備,4,、電解水制氫裝置結(jié)構(gòu),5,、制氫設(shè)備的運行與管理,1,、氫氣的工業(yè)制取方法簡述,電解水制氫法,這

6、種方法是利用電解液中電離出來的氫離子,H,+,和氫氧根離子,OH,-,分別在陰極和陽極上進行電化學(xué)反應(yīng)，析出,O,2,和,H,2,。由于這種制氫工藝的副產(chǎn)物是氧氣，沒有其他有害的雜質(zhì)，氫氣純度可達,99.5%,以上，能滿足發(fā)電機對冷卻介質(zhì)的要求，所以電廠都采用電解水制取氫氣。,其他方法,水煤氣法、碳?xì)浠衔锪呀夥?、堿與硅反應(yīng)、水與氫化鈣反應(yīng)、甲烷轉(zhuǎn)化法、鐵蒸汽法。,這幾種方法得到的氫氣純度不高，達不到要求,。,2,、電解水制氫的原理,電解,電解是指電解質(zhì)溶液在直流電流的作用下所發(fā)生的一種化學(xué)反應(yīng)過程。電解過程實際上是一種氧化還原過程，而且所得氧氣與氫氣的比列是,1,2,。,為什么制氫電解水過程

7、要加入電解液,由于純水的電阻率很大，電流很小，產(chǎn)氣率很低。因此在實踐過程中通常加入電解質(zhì)，增加水溶液的導(dǎo)電性能，以提高產(chǎn)氣率?？紤]到電解槽和電極板的防腐和鹽類沉積，,大都加入氫氧化鉀,也有加入氫氧化鈉,的。,生產(chǎn),1m,3,氫氣實際消耗電能大約為,4.5,5.5 kW,h,，消耗水量大約為,845,850g,。,3,、國產(chǎn)中壓電解水制氫設(shè)備,ZH D Q-X/X,表示中壓,表示電解,表示制氫,表示氫氣壓力,(MPa),表示制氫量（,m,3,/h,）。,我們今天主要介紹國產(chǎn)中壓電解水制氫設(shè)備，這種制氫設(shè)備主要用于,200MW,及以上的氫冷發(fā)電機組，主要技術(shù)參數(shù)如下：,氫氣產(chǎn)量一般,10m,3/,

8、h,，也有,5m,3/,h,、,12m,3/,h,的,氫氣純度：,99.8%,氫氣濕度：,-50,氧氣純度：,99.2%,堿液濃度：氫氧化鈉（,20%,25%,），氫氧化鉀（,26%,30%,）,4,、比利時中壓電解水制氫裝置,電解槽,。電解制氫,氣體分離器,。從電解槽電解出來的氫氣和氧氣，帶有一定數(shù)量的堿液，所以必須氣液分離。,氣體洗滌器、熱交換器和聚結(jié)過濾器,。洗滌器主要洗滌氫氣中殘留的電解液，在洗滌器中，氫氣與補給水逆向接觸，使電解液由氣態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)，回到電解液中；在熱交換器中一除去氫氣和氧氣中的水分，二氣體露點會降低到比冷卻水高幾度的露點溫度。,脫氧裝置,。提高氫氣純度，使氫氣中的微量氧

9、氣轉(zhuǎn)化為水。,4,、比利時中壓電解水制氫裝置,干燥裝置,。提純和除濕使氫氣達到合格標(biāo)準(zhǔn)。,補水箱。,定時注入除鹽水到電解液中，補充電解過程中消耗的水。,匯流排（框架二）,。用于氫氣充罐及向發(fā)電機補氫。,儲氫管。,儲氫,水封及阻火器,。防止回火及火焰蔓延。,電解水制取氫氣的流程,首先氫氣從電解槽各小電解室電解出來匯集后，與攜帶的堿液一起由堿液循環(huán)泵送入分離洗滌器。在重力作用下，氫氣與堿液分離，堿液由循環(huán)泵送回電解槽，氫氣則沿氫氣管進入氣體冷卻器，冷卻至一定溫度后進入氣水分離器。在氣水分離器中，氫氣中的水分被冷凝液態(tài)分離排出，氫氣再經(jīng)過脫氧裝置和干燥裝置后通過匯流排（框架,2,）進入儲氫罐，供發(fā)電

10、機氫冷使用。,5,、制氫設(shè)備的運行與管理,應(yīng)根據(jù)規(guī)定并參照同類型設(shè)備運行經(jīng)驗，編寫出適合本單位的安全規(guī)程和運行規(guī)程。,制氫設(shè)備運行時應(yīng)對關(guān)鍵參數(shù)有記錄，做成報表形式。比如工作壓力、槽溫、槽電壓、氫氣產(chǎn)量、氫氣純度和濕度等。,當(dāng)電解槽嚴(yán)重泄漏、氣體純度下降、極板腐蝕嚴(yán)重等嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)時，必須進行檢修。在檢修時應(yīng)區(qū)分動火和不動火檢修，并有相關(guān)操作規(guī)程。,制氫設(shè)備應(yīng)對各部件掛牌標(biāo)示，氫罐及系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一著色。,制氫站應(yīng)掛有安全警示標(biāo)示。,用水的電化學(xué)反應(yīng)方程計算電解用水理論耗量,2H,2,O 2H,2,+O,2,例題：生產(chǎn),1m,3,（,1000L,）氫氣時的理論耗水量？,22.4L-1mol,氫氣

11、在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積。,X/18=1000/22.4,X=804g,四、氫氣質(zhì)量的控制參數(shù)與化學(xué)監(jiān)督,1,、氫氣純度,2,、氫氣濕度,3,、氫氣泄漏,1,、氫氣純度,為使氫冷發(fā)電機組穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟運行、必須對氫氣運行質(zhì)量進行監(jiān)督管理。,氫氣純度的表示單位為,%,，氫氣是易燃易爆氣體，在密閉容器中，當(dāng)氫氣與空氣混合，氫氣的含量為,4%,75%,時，即易形成爆炸的混合氣體。因此我國,汽輪發(fā)電機運行規(guī)程,規(guī)定：發(fā)電機內(nèi)氫氣純度,96%,，低于此值時，應(yīng)立即排污。,氫冷發(fā)電機組保持高純度氫氣，其主要目的提高發(fā)電機的效率，保證機組安全運行。國外研究當(dāng)發(fā)電機內(nèi)混入空氣或氫氣純度下降時，其通風(fēng)摩擦損耗隨氫氣

12、純度下降而上升。,氫氣的純度分析,氫氣純度是氫氣化學(xué)監(jiān)督的指標(biāo)之一，所以必須對制氫系統(tǒng)的氫氣和從氫冷發(fā)電機內(nèi)的氫氣進行檢測。,以前氫氣純度檢測使用奧式氣體分析儀分析，這種分析屬于手工化學(xué)分析。因為它是利用氣體的某些特性，通過化學(xué)反應(yīng)進行。其原理是當(dāng)氣體樣品與吸收劑接觸時，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使其中的某種氣體被吸收不再逸出。由氣體樣品體積減少可計算出該種氣體的體積百分比含量。,這種分析檢測的缺點：分析手段原始、落后、復(fù)雜，儀器分析時所需的化學(xué)試劑會失效要經(jīng)常配制，分析結(jié)果準(zhǔn)確性取決于分析人員對儀器操作熟練度。,現(xiàn)在一般使用便攜式氫氣純度儀分析檢測，采用熱導(dǎo)原理，基于氫氣在氣體中導(dǎo)熱能力最好，因此當(dāng)混合

13、氣體中背景氣體或其它成分基本保持恒定時，混合氣體的導(dǎo)熱率基本上取決于氫氣的多少，即通過混合氣體的導(dǎo)熱率的測量來決定混合氣體中氫氣的百分比濃度。,測量范圍,0,100%,，有在空氣中或二氧化碳中等幾種測量模式。,使用簡單方便，檢測準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好。,造成氫氣純度降低的原因：,密封瓦安裝檢修質(zhì)量不好或結(jié)構(gòu)不合理，可導(dǎo)致氫氣側(cè)回流量偏大；密封油中溶解水分或空氣混入氫氣中，使氫氣純度下降。,由儲氫管補充的氫氣不合格。,密封油箱的油位過低，從主油箱補充的油中混入空氣。,保證氫氣純度的措施：,定期排污。即采用氣體置換措施，當(dāng)發(fā)電機內(nèi)氫氣純度,96%,，就應(yīng)進行排污。,保持正常氫壓。防止外界空氣進入機殼內(nèi)

14、。,定期檢查發(fā)電機底部排污管是否有油污，并檢查主油箱油位是否明顯下降，防止發(fā)電機內(nèi)部進油。,保證密封油壓力在適當(dāng)位置，維持在略高于發(fā)電機氫壓。,2,、氫氣濕度,隨著發(fā)電機容量越來越大，以及因氫氣濕度超標(biāo)引起的事故，對于發(fā)電機氫氣濕度超標(biāo)造成的危害和限制標(biāo)準(zhǔn)及降低濕度的措施相關(guān)專業(yè)人員做了很多研究和探討。以前氫氣濕度的單位一直采用絕對濕度，現(xiàn)在的單位為,露點溫度,(),，而且對氫氣濕度的上下限嚴(yán)格界定。,氫氣濕度超標(biāo)可使發(fā)電機內(nèi)氫氣純度相應(yīng)降低，導(dǎo)致通風(fēng)和摩擦損耗增加，使機組效率降低；可以引發(fā)發(fā)電機絕緣擊穿事故；還容易引起轉(zhuǎn)子護環(huán)產(chǎn)生腐蝕裂紋。,氫氣的濕度分析,氫氣濕度是影響氫冷發(fā)電機安全運行的

15、重要因素之一，所以必須對氫氣濕度進行分析。,氫氣濕度分析方法有很多，現(xiàn)在主要使用便攜式氫氣濕度儀檢測分析。儀器一般采用露點傳感器及先進的數(shù)字處理技術(shù)，實現(xiàn)對氣體中水分含量的自動快速檢測。,氫氣濕度的表示方法,濕度是表示氣體中水蒸氣含量的一個物理量。氫氣濕度的表示方法有以下三種：,絕對濕度是指單位體積氣體中所含水蒸氣的含量，單位為,g/m,3,。,相對濕度指在某一溫度下，每立方米氣體所含水蒸氣的質(zhì)量與同溫度下每立方米氣體所能含有的最大水蒸氣質(zhì)量之比或某一溫度下氣體中所含水蒸氣的分壓與同一溫度下飽和蒸汽的分壓之比。相對濕度用,%,表示。,露點指氣體在水蒸氣含量和氣壓不變的條件下，冷卻到水汽飽和結(jié)露

16、時的溫度，氣體中的水蒸氣含量越少，其飽和而結(jié)露的所要求的溫度越低。反之，氣體中水蒸氣含量越多，降溫不多就可出現(xiàn)結(jié)露。因此，露點的高低也是衡量氣體中水蒸氣含量的一種方法。,造成氫氣濕度超標(biāo)的原因：,制氫系統(tǒng)氫氣濕度不合格。,氫氣干燥裝置失效，沒有起到去除氫氣中水分的作用。,發(fā)電機密封油中微水超標(biāo)，含有超標(biāo)水分的密封油通過密封瓦竄入或滲入發(fā)電機內(nèi)，使氫氣濕度超標(biāo)。,由定子繞組、氫氣冷卻器及其它冷卻水系統(tǒng)滲入發(fā)電機內(nèi)的水分。,防止氫氣濕度超標(biāo)的建議：,發(fā)電機氫氣去濕裝置應(yīng)正常投入使用，及時更換失效的干燥劑。,嚴(yán)格控制運行中密封油質(zhì)量。,氫罐應(yīng)定期排污，常用氫罐應(yīng),1,至,3,天排污一次。機組停機時加強對氫罐檢測，發(fā)現(xiàn)濕度超標(biāo)，及時置換。,發(fā)電機氫氣濕度相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)規(guī)定氫氣濕度的表示方法采用露點溫度表示。對于氫冷發(fā)電機組的氫氣濕度上下限國家也有規(guī)定要求。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),DL/T651-1998,氫冷發(fā)電機氫氣濕度的技術(shù)要求,，規(guī)定發(fā)電機內(nèi)氫氣濕度和供發(fā)電機充氫、補氫用的新鮮氫氣濕度均以露點表示氫氣濕度。（,06,年和,08,年的全省氫冷機組運行氫氣質(zhì)量普查中發(fā)現(xiàn)有些電廠氫氣濕度的表示單位使用老