水电解制氢装置培训讲义(氢气纯化装置)

氢气的制取和发电机的冷却第一节发电机的冷却方式1. 发电机冷却的重要性发电机运转时要发生能量消耗，这是有一种能（机械能）转变为另一种能（电能）时所不可避免的。

这些损耗的能量，最后都变成了热量，致使发电机的转子、定子、定子绕组等各部件的温度升高。

因为发电机的部件都是有铜质和铁质材料制成的，所以把这种能量消耗叫做铜损和铁损。

为了保证发电机能在绕组绝缘材料允许的温度下长期运行，必须及时地把铜损和铁损所产生的热量导出，使发电机各主要部件的温升经常保持在允许的范围内。

否则，发电机的温升就会继续升高，使绕组绝缘老化，出力降低，甚至烧坏，影响发电机的正常运行。

因此，必须连续不断地将发电机产生的热量导出，这就需要强制冷却。

2. 发电机常用的冷却方式发电机的冷却是通过冷却介质将热量传导出去来实现的。

常用的冷却方式有：2.1 空气冷却。

容量小的发电机（两万千瓦以下）多采用空气冷却，即使空气有发电机内部通过，将热量带出。

这种冷却方式效率差，随着发电机容量的增大已逐渐被淘汰。

2.2 水冷却。

把发电机转子和定子绕组线圈的铜线作成空心，运行中使高纯度的水通过铜线内部，带出热量使发电机冷却。

这种冷却方式比空气冷却效果好，但必须有一套水质处理系统和良好的机械密封装置。

目前，大型机组多采用这种冷却方式。

2.3 氢气冷却。

氢气对热的传导率是空气的六倍以上，加以它是最轻的一种气体，对发电机转子的阻力最小，所以大型发电机多采用氢气冷却方式，即将氢气密封在发电机内部，使其循环。

循环的氢气再由另设的冷却器通水冷却。

氢气冷却有可分为氢气与铜线直接接触的内冷式（直接冷却）和氢气不直接与铜线接触的外冷式两种。

当前除了小容量（25MW及以下）汽轮发电机仍采用空气冷却外，功率超过50MW的汽轮发电机都广泛采用了氢气冷却，氢气、水冷却介质混用的冷却方式。

在冷却系统中，冷却介质可以按照不同的方式组合，归纳起来一般有以下几种：2.3.1 定、转子绕组和定子铁芯都采用氢表面冷却，即氢外冷；2.3.2 定子绕组和定子铁芯采用氢表面冷却，转子绕组采用直接冷却（即氢内冷）；2.3.3 定、转子绕组采用氢内冷，定子铁芯采用氢外冷；2.3.4 定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯采用氢外冷，即水氢氢冷却方式；2.3.5 定、转子绕组水内冷，定子铁芯空气冷却，即水水空冷却方式；2.3.6 定、转子绕组水内冷，定子铁芯氢外冷，即水水氢冷却方式。

水电解工艺简介摘要：本文简要地叙述了水电解的原理，水电解制氢装置的组成，主要技术参数及其操作、维护等问题。

关键词：水电解水电解制氢装置一水电解原理1电解小室水电解制备氢和氧,这一电化学反应是在电解小室中完成的，电解小室是水电解槽的最基本的单元。

电极上通上直流电之后，电化学反应就发生了，水就被分解成了氢和氧。

电解槽的结构形式虽然很多（有单极性、双极性、箱式及压滤型等），但目前工业上使用的水电解槽几乎都是双极性压滤型结构,众多的电室串在一起，通过若干根拉紧螺杆，把这些电室紧紧地压在两块笨重的端压板之间,从而组成了一个完整的水电解槽。

那么电解小室由哪些部件组成的呢？它们的主要功能是什么呢？现简述如下：电解小室由三部份组成：即电极、隔膜和电解液。

1.1电极电极可分为主电极和副电极，实际上电化学反应主要发生在副电极上。

我公司生产的主电极的用材是08AL深冲型薄钢板,厚度为2㎜。

经水压机模压后，该薄板两面压出了数以百千计的乳头，该圆板被焊在圆环状的极框上。

环形框上设置有若干个通孔，这些通孔称作气液道孔，气液道孔通过沟槽与电极区相贯通，这样电化学反应生成的产品气氢、氧和电解液一起，通过这些气道孔送到电解槽外，同样，反应所需的原料水和电解液通过极框下部的液道孔也能从外界补充进去，从而使电解反应能持续地进行下去。

该组件整体镀镍，镀层厚度为40—80μ。

此主极板为双极性，即极板的一侧是负极，另一侧则是下一个电室的正极。

副电极的结构十分简单，我公司生产的副电极是用镍丝网经剪裁而成的，通常是用46目的镍丝网剪裁成圆片。

镍丝的直径约0.2㎜,大家都知道，丝网的表面积大大高于平板的表面积，这样电解槽可在较高的电流密度下运行时,不会增加电耗。

在组装成的电解槽中，副电极丝网被紧紧地压在主电极的乳头上，强大的电解电流就是这样被传送到副电极上的。

1.2隔膜垫片隔膜垫片的结构有整体式和分离式两种，我公司采用前者。

在制作时先将石棉布剪成圆片，再将此圆片放入塑模压机中，在其周边敷设了F46为主料的粉料，经加热模压成我们所要求的隔膜垫片。

制氢讲义1、为什么要用氢气冷却转子绕组、定子铁芯？1、发电机在运行中产生磁感应的涡流损失和线阻损失，这部分能量损失转变为热量，使发电机的转子和定子发热。

发电机线圈的绝缘材料因温度升高而引起绝缘强度降低，会导致发电机绝缘击穿事故的发生，所以必须不断地排出由于能量损耗而产生的热量。

2、 空气冷却20世纪30年代末期以前，汽轮发电机基本上处于单一的空气冷却阶段。

空气冷却在结构上最简单，费用最低廉，维护最方便，这些显著的优点使得空气冷却首先得到了应用和发展。

随着电网容量的增大，要求提高汽轮发电机的容量。

为了提高容量，需要增加电磁负荷，导致电磁损耗增大，从而引起电机发热量的增加要强化冷却就必须加大通风量，这必然引起通风损耗的增大，而通风损耗(含风摩耗)占总损耗的40%，这就使得电机的效率降低。

另外，空气冷却的定转子绕组的温升也较高，影响绝缘的寿命。

氢气冷却当电机的单机容量达到一定水平时，空冷技术在效率和温升等方面逐渐暴露出不足，为了寻求更加有效的冷却方式，人们发展了氢冷技术。

从20世纪30年代末，容量大于50MW的汽轮发电机逐步过渡到氢气冷却。

氢气的比重小，纯氢的密度仅为空气的1/14，导热系数为空气的7倍，在同一温度和流速下，放热系数为空气的1 4～1 5倍,粘度最小，导热系数最高。

由于密度小，因此，在相同气压下，氢气冷却的通风损耗、风摩耗均为空气的1/10，而且通风噪声亦可减小。

氢冷电机的效率提高了，而且温升明显下降。

由于电机内氢气必须维持规定纯度，为此必须额外设置一套供氢装置，给设计和安装带来了困难。

另外，密封防爆问题始终是氢气冷却电机安全运行的一个隐患。

3、本厂1100MW发电机定子绕组直接水内冷，转子绕组直接氢内冷，定子铁芯氢冷由于发电机都是高转速的汽轮发电机组，由于其转速很高，为3000转/分钟，为降低离心力，其发电机设计成直径短而轴向长度很长的样子。

由于长度太长，发电机中部的热量不易散出，所以需要专门的发电机冷却系统。

水电解制氢装置讲义第七一八研究所目录通用部分专用部分前言自从1800年尼尔科森等人成功地将水电解成氢气和氧气以来，水电解制氢技术的发展已有近200年的历史了。

现今，水电解制氢技术已在全世界得到了普遍的应用。

由于能源的日渐紧张和工业飞速发展，对氢的需求量也在不断的增加，致使世界各国纷纷制定研制新型水电解制氢技术的发展规划。

而当前水电解制氢技术普遍存在的问题是能耗大、效率低、成本高。

针对这些问题，世界各国除对现行技术进行改进外，同时还在研究和探索新的水电解制氢工艺，寻找新型隔膜和材料，力图降低能耗，提高水电解制氢效率。

当前工业水电解制氢装置多数仍采用石棉隔膜，操作温度80～90℃，操作压力～，小室电压～，氢气纯度≥％（体积比），氧气纯度≥％，使用寿命15～20年。

同时，高效水电解制氢装置、固体聚合物和高温水蒸汽固体聚合物水电解制氢装置也在研制中。

固体聚合物水电解制氢装置具有效率高、能耗低、安全可靠、体积小、重量轻的优点，具有广阔的应用前景。

我所是全国唯一的一家从事水电解制氢技术研究的科研单位，至今已有四十多年的历史。

我所研制开发的水电解制氢装置是在总结以前的科研成果并吸收国内外同类装置优点的基础上研制而成的。

经过多年的努力，逐步形成了现今具有相当规模的系列产品。

从0.5m3/h～300m3/h的不同型号和不同规格的水电解制氢装置，我所均已设计生产。

这些产品已广泛地应用于航天、电力、电子、冶金、化工、气象和玻璃制造等工业部门，并有多台已出口国外。

我所研制生产的水电解制氢装置配套齐全。

设备的主要技术指标接近或达到国外同类装置的先进水平。

槽体密封性能好，在反复开停机的条件下确保槽体不漏。

在自动控制方面，可根据用户的要求采用气动控制、程序控制和最先进的微机控制。

设备具有很高的自动化和标准化程度，便于操作和维护。

在设计和生产过程中，我们严格遵循质量第一，用户至上的原则，严把质量关，确保不合格的产品不出厂。

同时，我们还为用户提供周到的售后服务，指导安装调试，代培运行操作人员。