水电解制氢装置培训讲义(氢气纯化装置)
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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。
水电解制氢装置讲义第七一八研究所目录前言 (1)通用部分第一章氢气 (1)第一节氢气的制备 (1)第二节氢气的性质和用途 (6)第二章水电解制氢 (8)第一节水电解制氢装置的工作原理 (8)第二节水电解制氢装置的用途与技术参数 (9)第三节水电解制氢装置 (12)1。
水电解制氢装置的组成 (12)2。
工艺流程简介 (12)3. 电解槽 (15)4. 处理器(框架I) (20)第四节其它设备 (30)1。
控制柜 (30)2。
整流装置 (30)3. 计算机系统 (30)4. 框架Ⅱ (30)5。
框架Ⅲ (31)6. 柱塞泵 (31)7. 碱箱、水箱 (33)8. 阻火器 (33)第三章安装 (35)1. 制氢站 (35)2。
工艺部分 (36)3。
自控部分 (40)4。
整流部分 (42)第四章设备维护、安全事项与故障的排除 (43)第五章配制电解液 (50)第一节物料及器材 (50)第二节碱液配制方法 (51)专用部分第六章微机控制系统的操作规程 (57)第一节开机前的准备 (57)第二节开机顺序 (76)第七章气动仪表控制系统的操作规程 (80)第一节开机前的准备 (80)第二节开机顺序 (82)附录1 NaOH溶液温度比重对照表 (84)附录2 氢氧化钾溶液比重表 (85)附录3 KOH溶液比重-—温度——浓度关系表 (86)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0。
制氢装置的运行培训资料一、启动前准备(一)制氢机清洗制氢机正式投运前应进行除盐水清洗,以除去设备在加工过程中存留在各部件内部的机械杂质。
清洗前设备的所有阀门应处于关闭状态;启动冷却水泵供冷却水。
接通控制柜电源。
打开除盐水罐进水门,此时水罐为空的,UFC磁翻转液位计下限自动接通,水罐自动补水门开,当水位到达上限时此门自动关闭。
打开碱液循环泵冷却水进水门(注:只要泵运转,此门都应打开以冷却电机);打开除盐水罐供水门、系统供水(碱)门、碱液过滤器出口门、碱液过滤器入口门、氧侧事故排空门、氢侧事故排空门,手动启动碱液循环泵,慢慢打开流量调节门。
当氢、氧分离器液位升到中部时,关流量调节门,停碱液循环泵,关系统供水(碱)门。
打开碱液循环泵进口门,启动碱液循环泵,用流量调节门调节流量至最大,冲洗系统1~2小时。
关闭流量调节门,打开系统回水(碱)门、除盐水罐回水门、电解槽回水(碱)门、除盐水罐排污门,将系统水抽回除盐水罐并排放;关系统回水(碱)门,停泵,关碱液循环泵进口门、除盐水罐回水门、电解槽回水(碱)门,当除盐水罐内水放完后关闭除盐水罐排污门,打开碱液过滤器排污门和电解槽两侧排污门,放净系统内存水。
按上述方法反复进行2〜3次,直至排出液清洁为止;若发现排出液不清洁,应联系检修清洗碱液过滤器滤网。
此外,首次试运时,还应用10%电解液整体试运48小时以上,启、停机操作同正常运行操作,以进一步清洗制氢机。
(二)气密实验设备安装完毕后,需对制氢系统进行全面的气密实验。
按清洗中有关步骤将除盐水打入制氢系统至氢、氧分离器液位计中部。
将氮气钢瓶与系统充氮口连接,关闭框架I与外界联系的所有阀门。
打开系统内阀门,通过系统充氮门向系统内充入氮气,使系统压力缓缓升至3.2Mpa,关系统充氮门,用肥皂水检查所有阀门接头、法兰连接及管路焊口等部位,如有泄漏,排除后继续进行,直至不漏为止;保压12小时以上,泄漏量平均每小时不超过0.5%为合格。
水电解制氢装置培训讲义
(纯化工艺部分)
•制氢工程部
2015-6-161
培训内容
概述
纯化流程
常见故障及排除方法
2015-6-162
概述
2015-6-163
1、催化脱氧
氢气中含有的氧杂质通常可采用催化转化的方法来去除。
脱氧催化剂大多是由具有高脱氧活性的金属(如钯脱氧的工作原理
脱氧催化剂大多是由具有高脱氧活性的金属(如钯、装置中使用的催化剂为钯金属--2015-6-164
装置中使用的催化剂为钯金属半导体体系,具有脱氧活性高、脱氧深度深、气体处理量大、强度高等特性,常温下即可催化反应发生,而且无需预处理(活化)和再生。
脱氧深度可达生。
脱氧深度可达1ppm 1ppm及以下。
及以下。
2、脱氧器的结构
¾内筒:电加热元件
电缆接入口
a 口(气体入口)
¾保温层
进入经电加热元
2015-6-165原料氢气从原料氢气从a a 口进入,经电加热元件加热后进入催化剂床层,氢气和氧气
在催化剂的作用下发生化合反应生成水,
水以气态的形式随氢气从水以气态的形式随氢气从b b 口流出脱氧
器。
3、温度控制
在催化剂床层的上部和下部各装有一个铂电阻。
分别用来检测催化剂床层上部和下部的温度。
下部铂电阻检测温度达到设定温度时,会暂停电加热元2015-6-166
如果电加热元件已开启而没有通气,那么电加热元件产生的热量就无法散发出去,并且没有气流的传导,测温元件也不能及时将电加热元件的真实温度传至控制系统停止加热,造成电加热元件自身过热,直至烧断。
干燥器的工作原理
1、变温吸附干燥
变温吸附干燥技术在气体制取工业应用广泛。
它是利解吸出来(即吸附剂的再生)。
从而达到循环工作的目的。
2015-6-167
解来即附剂从到循作
2、分子筛的吸附原理
分子筛是一类具有均匀微孔的硅铝酸盐化合物,其孔般
径相当于一般分子大小,由于微孔表面的分子或原子存在子的氢则不易被吸附而顺利通过微孔从而达到消除水分2015-6-168
子的氢则不易被吸附而顺利通过微孔,从而达到消除水分的目的。
分子筛的吸附作用属物理吸附,过程可逆。
3、干燥器的结构
¾内筒:电加热元件
电缆接入口
a 口(气体出入口)
¾外筒:分子筛
干燥过程
2015-6-169
4、干燥过程需要被干燥的气体从b 口进入
干燥器,流经吸附剂床层,气体
中的水分被吸附剂吸附,干燥后
的气体从a 口流出干燥器。
干燥
过程电加热元件不工作。
5、吸附剂的再生
当吸附剂吸附饱和时,需要进行再生处理,吸附水的解吸为吸热过程。
2015-6-1610
生结束。
再生温度越高,再生气的含水量越小,再生越完全。
6、再生时的温度控制
吸附剂床层的上部和下部各装有一个铂电阻。
分别检测吸附剂床层的上部和下部温度因为水分的解吸为吸检测吸附剂床层的上部和下部温度。
因为水分的解吸为吸元件,避免再生气流超温。
当检测值低于设定值后,再次2015-6-1611
启动电加热元件。
上部铂电阻(联锁铂电阻)的检测值达到设定值后,则停止加热,吸附剂的再生结束。
氢气纯化装置根据干燥器的数量可分为两塔流程和三塔流程两塔流程采用原料氢气作为再生气塔流程是纯化流程
塔流程。
两塔流程采用原料氢气作为再生气,三塔流程是2015-6-1612
2015-6-1613
1、QCYZ 型氢气纯化装置
脱氧器:内装脱氧催化剂,用来除去氢气中的氧气杂
质。
干燥器:内装分子筛,用来除去氢气中的水份。
冷却器:管壳式换热器,将高温氢气冷却至常温或低
积液器积存液体并排至水封
2015-6-1614
积液器:积存液体,并排至水封。
水封:安全排液、排气。
阻火器:设置在氢气放空管上,防止回火,保证生产
安全。
2015-6-1615冷却器结构图气水分离器(过滤器)结构图
2015-6-1616
2、QCNB 型氢气纯化装置
装置的工作状态干燥器A 的工作状态干燥器B 的工作状态干燥器C 的工作状态表4-1
Z1工作再生吸附加热阶段——干燥器内的电加热元件开始工作,干燥器内的温度逐渐上升吸附在分子筛上的水分被逐渐解吸当干2015-6-1617内的温度逐渐上升,吸附在分子筛上的水分被逐渐解吸,当干燥器上部温度达到联锁值后,认为再生完成,电加热元件自动停止加热;
吹冷阶段——干燥器停止加热后,气流继续按原路流过干燥器,以使干燥器降温,直至干燥器切换至工作状态;¾吸附状态:干燥器不加热,处理气量同再生气量。
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序号故障现象原因排除方法
1产品氢气含氧量超标取样管道吹除不彻底或分析仪故障脱氧器工作温度低;彻底吹除取样管道或检修分析仪
提高脱氧器控制温度、联锁温度定
值;
常见故障及排除方法
催化剂性能下降。
更换催化剂。
干燥剂性能降低更换新的干燥剂2015-6-1620
干燥剂性能降低。
更换新的干燥剂。
3加热温度达不到要求测温元件或控制元件失灵。
再生气量不合适电加热元件损坏;检查、维修或更换测温元件、控制
元
件。
调整再生气量
更换新的电加热元件;
由于氢气的高渗透性、易燃性,应严格按照操作规程和安全规程来进行操作。
(对于新安装的氢气纯化装置或经过修理和长期闲置安全注意事项
的设备应进行:1、气密性检查:用氮气充压至工作压泄漏率的计算2015-6-1621
泄漏率的计算:(%/h )
¾用电安全。
¾防止高温烫伤。
欢迎提出宝贵意见
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谢谢大家!。