汽轮机发电1全解

1、1、工质的状态参数有哪几个？焓的意义是什么? （1）状态参数有：温度（T）、比容（u）、压力（p）、热力学能（u）、 焓（h）和熵（s ）。 （2）基本状态参数：温度（T）、比容（u ）、压力（p） （3）焓：m千克工质，其内能与压力位能之和称为焓，单位是 kJ, 用H表示，而1kg压力为p,比容为u的工质，其内能u和压力位能 之和称为比焓。h=u+pu 2、什么是声速？什么是马赫数？（这个东东以前上大学的时候流体 力学里面学过，早忘了，补习下） （1）声速：是在连续介质中微弱扰动产生的压力波传播的速度，以 a表示。也叫音速。 a = V 細=J IcR 蛋 T 式中 k气体定爛指数； 叫气体

2、常数 由此可见，声速是一个常数。与气体的性质及状态有关，因此声速也 是一个状态参数。在流动过因此，声速不是一个固定不变的常数，它 与气体的性质或气流速度的改变首先需要力学条件。可以推导出表 示，即。当于流速变化的几何条件程中，流道各个截面上气体的状态 在不断地变化着，所以各个截面上的声速也在不断地变化。 所以声速 有“当地声速”之称。 （2）马赫数：把气体的流速c与当地声速a的比值叫做马赫数。用 Ma表示。因此Ma= c/a。当M* 1时，气流速度小于当地声速，称为 亚声速；Ma 1时，气流速度大于当地声速，称为超声速；Ma= 1时, 气流速度等于当地声速。 3、气流流速和压力的关系（只说结论

3、，不讲推导了）： 气流在流动过程中如流速增加，则压力必然降低； 如压力升高，则流速必降低。 因为压力降低时焓值降低，即热能减少，而气流在流动过程中总能量 是守恒的，所以动能增加，即气流速度必然增大。 4、流速变化与气流流通截面积变化的关系（学习这个东西为下面学 习喷嘴做铺垫）： 气流速度变化时，由于参数的变化，导致气流流通截面积也发生变化。 可以从等熵流动的基本方程组中推导出有利于流速变化的几何条件： 習=（Ma从公式可知，当流速变化时，气流截面面积的变化规律不但与流速是 增加还是降低有关，而且还与流速是亚音速气流还是超音速气流有 关。 5、喷嘴中气流参数如何变化？不同声速状况气流在喷嘴中流通

4、截面 积如何变化？不同声速状态气流对喷嘴设计的要求如何？（这个问题 讲述了喷嘴构造的设计初衷，值得学习） 喷嘴中汽流参数的变化：压力降低，流速增加。 不同声速状况气流在喷嘴中流通截面积变化：dpv0, de0, 由题4中公式可推导出： 6、汽轮机中采用什么形状的喷嘴? 汽轮机中的喷嘴一般做成斜切喷嘴，如下图所示: - 1 ） Ac a、气流为超声速气流时，马赫数 Ma 1可推出dA0,气流流通截 面积是逐渐扩大的； b、气流为亚声速气流时，马赫数 M* 1,可推出dAv0,气流流通截 面积是逐渐缩小的； c、气流为声速气流时，马赫数 Ma= 1,可推出dA= 0,这时候气流流 通截面积缩小到最

5、小。 (3) 不同声速状态气流对喷嘴设计的要求：对亚声速气流要做成渐 缩喷嘴；对超声速气流要做成渐扩喷嘴；对气流由亚声速连续增加到 超声速时要做成缩放喷嘴，或称拉代尔喷嘴。 喷嘴截面形状与气流截面形状相符合，才能保证气流在喷嘴中充分膨 胀，达到理想加速的效果。各种喷嘴的形状如图所示： ( dp 0, 0, dv 0) 为什么要汽轮机中的喷嘴要做成斜切喷嘴呢？一个原因是使喷嘴气 流有一个很好的方向进入动叶片推动动叶片做功。另一个原因是，当 喷嘴出口压力小于临界压力时，蒸汽在喉部 AB截面只能得到声速气 流，斜切部分是渐扩的，因此蒸汽在斜切部分继续膨胀，在斜切出口 截面得到超声速气流。 7、汽轮机

6、级的反动度？ (1) 定义：所谓反动度，指的是蒸汽在汽轮机动叶栅中的膨胀程度。 用符号p表示。 (2) 算法：反动度等于蒸汽在动叶栅中的理想焓降 hb (也称为等熵 焓降)与整级的滞止等熵焓降之比。如下式： fthAb 式中 h：整级滞止等購焙降，V hb动叶栅中的等燔焙降； h； 贲嘴中的滞止等燔焰降。 (3) 公式所表示的含义：当反动度等于0时，相当于hb= 0,说明蒸 汽在动叶栅中不膨胀，只在喷嘴中膨胀。这样的级较纯冲动级。通常 所说的反动级是指反动度约等于0.5的级，其蒸汽在喷嘴和动叶栅中 的膨胀程度基本相同。反动级的效率比纯冲动级高，因此，一般的冲 动级均带有不大的反动度。 8冲动级

7、、反动级、速度级相关： （1）冲动级：在纯冲动级中，蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀、压力降低， 在动叶栅中不膨胀、压力保持不变，其动叶片为对称叶片，动叶进口 安装角等于动叶的出口安装角，即气流在动叶栅中的速度（指相对速 度）的大小在理论上保持不变，由于叶片形状的弯曲，气流的方向发 生了变化，对动叶片产生一个冲击力，使叶轮旋转作功。纯冲动级做 功能力大，但流动效率低，现代汽轮机中已不采用。 （2）反动级：在反动级中，蒸汽不仅在喷嘴中膨胀加速，而且在汽 流流经动叶栅通道时，继续膨胀加速，即蒸汽在动叶栅中，不仅气流 的方向发生变化，而且其相对速度也有所增加。因此，动叶片不仅受 到喷嘴出口高速气流的冲动力作用

8、，而且还受到蒸汽离开动叶栅时的 反作用力，所以反动级既有冲动力做功又有反动力做功。由于蒸汽 在动叶栅中膨胀加速，是在冲动力和反动力的合力下使叶轮转动做功 的，所以反动级的效率比冲动级高，但做功能力较小。 （3）速度级：速度级的特点是在一个叶轮上装有两列或三列动叶栅， 在两列动叶栅之间有一列装在汽缸上的、固定不动的导向叶栅。 9、现代大功率高参数汽轮机为什么第一级大都采用双列速度级？ 多级汽轮机的第一级往往采用双列速度级，这样可使蒸汽在速度级 后，压力和温度都降低较多，不仅可以减少全机的级数，使汽轮机体 积紧凑，而且可使速度级后面部分的汽缸及叶片等零部件对金属材料 的要求降低，从而降低汽轮机的成

9、本。 10、汽轮机汽缸在工作时要承受那些力呢? （1）汽缸内外的压力差，使汽缸壁承受一定的作用力； （2）隔板和喷嘴作用在汽缸上的力，这是由隔板前后的压力差及汽 流流过喷嘴时的反作用力所引起的； （3）汽缸本身和安装在汽缸上的各零部件的重量； （4） 轴承座与汽缸铸成一体或轴承座螺栓连接汽缸的机组，汽缸还 承受着转子的重量及转子转动时产生的不平衡力； （5）进、排汽管道作用在汽缸上的力； （6）汽轮机在运行中，汽缸各部分存在着温度差引起的热应力。特 别是在快速启动、停机和工况变化时，温度变化大，将在汽缸和法兰 中产生很大的热应力的热变形。 11、多层缸夹层中为什么通入蒸汽？ 原因有二： （1）

10、汽轮机采用多层缸时，通常在内外缸夹层里引入一股中等压力 的蒸汽。当机组正常运行时，由于内缸温度很高，其热量源源不断地 辐射到外缸，有使外缸超温的趋势，这时夹层汽流对外缸起冷却作用。 （2）当机组冷态启动时，为使内外缸尽可能迅速同步加热，以减小 动、静胀差和热应力，缩短启动时间，此时夹层汽流即对汽缸起加热 作用。 12、喷嘴和隔板的作用是什么？ （1）喷嘴：喷嘴是组成汽轮机的主要部件之一。它的作用是把蒸汽 的热能转变为高速汽流的动能，使高速汽流以一定的方向从喷嘴喷 出，进入动叶栅，推动叶轮旋转做功。第一级喷嘴直接安装在汽缸高 压端专门的喷嘴室上。（嘿嘿，发几张喷嘴的图片来大家看看） 喷嘴外形（上

11、下各一半） 喷嘴弧段照片 (2) 隔板：隔板用来安装喷嘴，并将各级叶轮分隔开。冲动式汽轮 机每一级由一个隔板和一个叶轮组成。反动式汽轮机不采用隔板式结 构，各级喷嘴片(也叫静叶栅)直接安装在汽缸上。照样也搞几张照 片来看看： 咼中压隔板 13、汽轮机第一级的喷嘴有什么特点？ 第一级喷嘴直接装在汽缸高压端专门的喷嘴室上， 分成不同数目的弧 段。由于第一级喷嘴工作蒸汽的压力高，其容积流量较小，为使第一 级喷嘴叶片具有一定的高度，以减少流动损失，常将第一级喷嘴做成 部分进汽，即仅在部分圆弧上布置有喷嘴。各喷嘴弧段直接受各调节 汽阀的控制，用它来调节汽轮机进汽量的多少，以适应负荷的需要（现 在基本是4

12、个调门，喷嘴分成上下两半，上半2个导汽管，下半2个导 汽管，分别对应各自的喷嘴弧段）。因此，第一级喷嘴又称调节级喷 嘴。 14、胀差相关学习资料 （1）胀差的定义：汽轮机转子与汽缸的相对膨胀，称为胀差。习惯 上规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的胀差值为正胀差，汽缸膨胀大于转 子膨胀时的胀差值为负胀差。根据汽缸分类又可分为高差、中差、低 I差、低II差。胀差数值是很重要的运行参数，若胀差超限，则热 工保护动作使主机脱扣。 （2）使胀差向正值增大的主要因素简述如下： a、 启动时暖机时间太短，升速太快或升负荷太快。（意思大概就是暖 机不充分，转子和缸体膨胀不均匀吧） b、汽缸夹层、法兰加热装置的加热汽温

13、太低或流量较低，引起汽加 热的作用较弱。（这也是热应力的原因引起） c、滑销系统或轴承台板的滑动性能差，易卡涩。（导致缸体膨胀不顺 畅） d、 轴封汽温度过高或轴封供汽量过大，引起轴颈过份伸长。（转子膨 胀量过大） e、 机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数过高。（相当于转子太 热，缸体的膨胀跟不上转子的膨胀） f、推力轴承磨损，轴向位移增大。（转子蹿动量太大） g、汽缸保温层的保温效果不佳或保温层脱落，在严禁季节里，汽机 房室温太低或有穿堂冷风。（缸体受冷却，膨胀跟不上转子） h、双层缸的夹层中流入冷汽（或冷水）。（缸体受冷却，膨胀跟不上 转子） i、胀差指示器零点不准或触点磨损，引起数字

14、偏差。 j、多转子机组，相邻转子胀差变化带来的互相影响。 k、真空变化的影响。（这么就不知道为什么了？） l、转速变化的影响。（这个同上） m各级抽汽量变化的影响，若一级抽汽停用，则影响高差很明显。 n轴承油温太高。 0、机组停机惰走过程中由于“泊桑效应”的影响。（什么是博桑效应 呢？俺搞不懂） （3）使胀差向负值增大的主要原因： a、负荷迅速下降或突然甩负荷。 b、主汽温骤减或启动时的进汽温度低于金属温度。 c、水冲击 d、汽缸夹、法兰加热装置加热过度。 e、轴封汽温度太低。 f、轴向位移变化。 g、轴承油温太低。 h、启动进转速突升，由于转子在离心力的作用下轴向尺寸缩小，尤 其低差变化明显

15、。 i、汽缸夹层中流入高温蒸汽，可能来自汽加热装置，也可能来自进 汽套管的漏汽或者轴封漏汽。启动时，一般应用加热装置来控制汽缸 的膨胀量，而转子主要依靠汽轮机的进汽温度和流量以及轴封汽的汽 温和流量来控制转子的膨胀量。启动时胀差一般向正方向发展。 汽轮 机在停用时，随着负荷、转速的降低，转子冷却比汽缸快，所以胀差 一般向负方向发展，特别是滑参数停机时尤其严重，必须采用汽加热 装置向汽缸夹层和法兰通以冷却蒸汽， 以免胀差保护动作。汽轮机转 子停止转动后，负胀差可能会更加发展，为此应当维持一定温度的轴 封蒸汽，以免造成恶果。 15、汽轮机滑销系统相关（汽轮机滑销系统在汽轮机的检修或运行管 理中一直

16、是个弱点，甚至得不到足够的重视，在汽机的学习中也常常 被忽略，今天算是补补课吧） 先来个系统图 (1) 汽轮机滑销系统的作用：保证汽缸在受热的时候能顺畅膨胀， 让汽缸和转子的中心保持一致，以防发生意外事故。滑销就是布置在 汽缸台板上的能让汽缸顺畅膨胀、收缩的部件。 (2) 滑销的分类：根据滑销的构造形式、安装位置和不同的作用， 滑销系统通常由立销、纵销、横销、猫爪横销、斜销、角销等。下面 逐一来介绍，尽量附上片，容易理解。如下图： b （a）纵销或横销 轴承座 b （b）立销（固定于轴承座） 口 b （横斷面 （0立销（固定于汽缸上） （d）猫爪横销 （亡）角销 a、立销：立销就是引导汽缸向垂

17、直方向移动； b、纵销：纵销引导轴承座和汽缸沿轴向滑动； C、横销：横销则引导汽缸沿横向滑动并与纵销（或立销）配合，确 定膨胀的固定点，称死点。对凝汽式汽轮机来说，死点多布置在低压 排汽口的中心或附近，这样在汽轮机受热膨胀时，对庞大笨重的凝汽 器影响较小。 （3）高中压缸的上猫爪支撑与下猫爪支撑（先来 2张照片） a、下猫爪支撑方式： b、上猫爪中分面支撑方式（以前单位用的是上猫爪水平中分面支撑 方式，没照过照片，姑且找个结构示意图来看看吧） f缸那爪屋外缸丄:半 辅助键.5如125m） 就轴承箱上严 &丽 （运行平台）一 前箱导鯉7 （0.亦 W） |MJ r|1压外缸卜半 廿向键 Qh 卜

18、半支椁键 上猫爪水平中分面支撑 (4) 上、下缸猫爪支撑结构各自的优缺点： a、上缸猫爪支撑：图上可以看到，该种支撑方式其受力面和汽轮机 汽缸的水平中分面是在同一个平面内，能够很好地保持汽缸和汽轮机 转子的中心一致，但是检修的时候，要在下缸猫爪处加装检修垫铁， 否则下缸会下沉。 b、下缸猫爪支撑：其优点就是检修方便，不用安装检修垫铁。缺点 是其猫爪受力面和汽缸中分面不在一个平面上， 当汽缸受热、猫爪的 温度升高膨胀时，将使汽缸的中心线升高，二支撑在轴承箱上的转子 中心不变，从而造成下缸和转子部件之间间隙变小，严重时引起动、 静摩擦。 16、汽轮机润滑油在轴承中是怎么工作的？ 轴承在工作时，轴颈

19、与轴瓦间形成油膜，建立液体摩擦，使汽轮机 安全稳定地运行。润滑油在下轴瓦水平结合面处进入，随着转动而卷 进来的油首先经过轴和上轴瓦间的间隙， 然后再经过轴和下轴瓦间的 间隙，形成油膜。为了减少摩擦损失和使油能循环起来冷却轴颈，在 轴瓦的乌金面上刻有油槽， 并在结合面附近向两端扩展出去，以保 证油在轴瓦全长上均匀分布。油在轴瓦中润滑后，从轴瓦两端的空隙 中流出。聚集在轴承座中，然后经油管流回油箱。 17、汽轮机运行中为什么会产生轴向推力？ 蒸汽的作用，蒸汽从喷嘴出来后与动叶片的运动方向(圆周速度方向) 是有一个角度的，因此，蒸汽对叶片的作用力除了圆周方向的力外， 还有一个轴向力。另外，各级叶轮和

20、动叶栅前后存在压力差，有压力 差就存在轴向推力。因此，大功率汽轮机的高中压缸、低压缸均采取 反向对称布置，叶轮上均开有单数的平衡孔，这些均是为了减少汽轮 机转子的轴向推力。 当然了，推力轴承是很重要的平衡汽轮机转子推力的重要手段。 关于推力轴承的原理和检修。 下图为高中压转子的布置方式及蒸汽流向： 下图为低压转子的布置及蒸汽流向: 彳氐压转子：中间进汽,两头排汽,对称布置 下图为叶轮上开的平衡孔: 7叶轮上的 平衡孔 动叶片 17、发电机常见漏氢点的处理方法及重要注意事项。 （1）氢气管道砂眼、裂纹：隔离并补焊或更换新管段（两端用堵板 封堵好并用惰性气体或二氧化碳吹扫有砂眼裂纹的管段）。 （2

21、）氢气系统阀门阀杆、法兰漏氢：试紧，试紧无效应隔离更换垫 片或盘根（用铜制工具缓慢试紧）。 （3）氢气系统排污门、排空门内漏：隔离更换或在线封堵。 （4）发电机定子温度出线法兰漏氢：试紧或停机更换垫片。 （5）发电机密封瓦泄漏： 1）密封油压过低造成泄漏的，适当调高密封油压，但不能过高，以 防造成发电机进油。 2）密封瓦磨损量过大造成泄漏的，要停机并排氢，置换完毕后对密 封瓦进行解体检查，对密封瓦进行刮研调节好密封间隙合格后装复， 如磨损过大应更换新瓦。另外，要检查密封瓦座与发电机接触密封面 的密封情况，此处也易引起泄漏。（发张密封瓦泄漏的在线照片给大 家瞧瞧，看到没，密封油被吹着往外喷） （

22、6）密封瓦处大轴轴颈磨损过大，造成泄漏：若磨损量不大，对密 封瓦的密封间隙进行调整即可，如磨损过大，在有条件时应对大轴进 行激光修补处理。 （7）发电机本体外壳有砂眼、裂纹：有条件可带压堵漏，如带压堵 漏行不通，泄漏量太大危及机组安全运行的， 应停机补焊处理或请示 厂家出示处理方案。 （8）发电机氢冷器泄漏：此亦为常见漏点，但查找亦最为繁琐。一 般，每组氢冷器上部均有排空门，将此组氢冷器冷却水隔离（隔离氢 冷器需要机组降负荷，应和发电部门一道协商妥当方可进行， 否则可 能引起发电机线圈温度过高跳机），打开排空门，用测氢仪器对着排 污口，即可查出此组氢冷器是否漏氢。确定泄漏的氢冷器后，办理工 作

23、票，降该组氢冷器隔离，拆开氢冷器进水室及尾端密封端盖，用测 氢仪器确定泄漏的氢冷器换热管并作上记号， 用铜堵头将泄漏的换热 管两端封堵严密。（总封堵数量应不超过总换热管数量的10%，如泄 漏的换热管数量过大，应停机更换新管道）。 （9）发电机大端盖漏氢：发电机大端盖漏氢：这种情况一般都是由 于发电机大端盖密封不好引起（密封胶失效或者密封胶规格不合要 求，或者是大端盖螺栓紧力不够），泄漏严重者每天补氢量高达5、6 百立方，漏点处可听到明显的泄漏声音。坚持运行非常危险。若在运 行时，可采取往里补注密封胶的方法，同时可复紧发电机大端盖螺栓。 也见过有的单位用玻璃胶来补的， 也有带压堵漏的，因各厂的需

24、要而 异。停机时则需重新清理密封面，换用合格的密封胶，并把紧大端盖 螺栓。（此情况在机组大修过程中应引起特别注意，现在有的大修工 程队的资质不怎么样，好多机组的发电机大端盖漏氢都是在大修后发 生的） 18、前面谈到氢气系统的检修查漏， 这里来学一个详细些的氢气系统 运行及检修注意事项，仅供参考： （1）制氢站严禁烟火，严禁吸烟、严禁使用电炉及行灯，应使用防 爆灯，严禁使用能引起火花的工具。工作人员禁止穿铁钉鞋及能产生 静电火花的衣服。 （2）注意氢氧分离器液位情况，严防发生分离器液位差大而发生氢 氧混合。制氢系统投运、停运时排空气或排氢应使用氮气或二氧化碳 置换，氢罐初次充氢或排氢检修时应使用

25、氮气、二氧化碳或水置换， 防止发生氢与空气的混合情况。 （3）经常检查系统设备是否存在泄漏的情况。管道设备可通过在线 或便携氢气测报仪、肥皂水等查漏，禁止用火查漏。 （4）在制氢站禁止使用不防爆或防爆等级不符合要求的电气、电子 设备及工具，如普通手电筒，手机等。 （5）凡是和氧气接触的管道、阀门等都要去除油污。在操作和维修 设备时，手和衣物不能粘有油脂。任何油脂都不允许落入有可能与氧 气接触的设备上，防止油脂遇氧快速氧化、燃烧。 （6）制氢设备运行时，不得进行任何维修工作。一般不得在制氢站 动火作业，迫不得已需动火时，必须停运所有设备，并用氮气对系统 进行吹扫，以排除氢气和氧气，并排去系统碱液

26、。动火前应对动火场 所的氢气浓度进行检测，氢气浓度低于允许值（3%）才可进行动火 作业。 （7）制氢站应备有防火器材，如灭火器、砂子、石棉布等。 （8）制氢站应备有2%的稀硼酸、1 %的醋酸及有关防护用具。在配 制碱液、取碱样及检修碱液设备时，应穿胶靴、胶围裙，戴胶手套， 戴面具。当碱液溅到眼睛内及皮肤上时，应立即用大量清水冲洗，然 后用2%的稀硼酸清洗眼睛或用1%的醋酸清洗皮肤，再用清水清洗。 （9）气体排放时，应缓慢进行，严禁氢气、氧气由压力设备及管道 内急剧放出，当氢气急剧放出时，由于静电原因可能引起自动燃烧和 爆炸。当氧气急剧放出时，管道的氧化层可能引起火花，这些都可能 引起管道设备的

27、燃烧和爆炸。 （10） 运行中禁止同时接触电解槽的不同电极， 不允许金属物质或碱 液掉在电解槽极板和拉紧螺栓之间， 并保持电解槽表面清洁，防止引 起短路。 （11） 万一出现事故或设备管道等大量泄漏碱液或气体时， 应立即切 断整流柜主回路的电源和控制电源， 渐渐泄掉系统压力，再行查找原 因及排除故障。 （12）制氢间禁止存放易燃、易爆物品。 （13）制氢站禁止无关人员入内。因工作、参观等需要进入时，应经 过许可并登记。 （14）为避免氢、氧聚集，制氢站应通风良好。 （15）电解槽前操作地面应放置一块绝缘胶板并保持干燥。 （16）当制氢室发生火情时，立即紧急停运制氢设备，并关闭氢储罐 进出、口门

28、，排除系统压力，用二氧化碳灭火器灭火。由于漏氢而着 火时，应用二氧化碳灭火器灭火，并用石棉布堵漏或采用其它方法切 断气源，不得用水或黄砂灭火。 19、氢气的物理性质： （1）氢气，无毒、无味、无色，是窒息气体，能使人的肺部缺氧。 在标准状态（温度0C,压力101.325kpa）下，其密度为0.0899g/L , 约为空气密度的1/15，是世界上最轻的物质。 (2) 其分子运动速度最快，具有最大的扩散速度和很高的导热性, 其导热能力是空气的6.7倍。 (3) 氢气在各种液体中的溶解度都很小，比如在20C时，氢气在100mL 水中仅能溶解1.8 4nmL。 (4) 氢的渗透力很强，常温下能够透过橡

29、皮。 20、氢气的化学性质 氢气易燃易爆，最低着火温度是574C，燃烧时发出浅蓝色火焰，生 成水，放出大量的热。 21、氢气冷却方式的优缺点： 优点：(1)氢气密度小，作为冷却介质时，可使发电机通风损耗减至 最小，从而提高发电机的效率。 (2) 氢气的表面散热能力高，可很快带走发电机的热损耗。能 使发电机的出、入口风温差得以降低。 (3) 氢气的导热系数高，有利于加强发电机的冷却。 (4) 纯度较高的氢气能保证发电机内部清洁， 通风散热效果稳 定，不会引起脏污事故。 (5) 在氢气中，噪声较小，绝缘材料不易受氧化和电晕的损坏。 缺点： (1) 氢气的渗透性很强，容易扩散泄露。因此发电机的外壳必

30、须很 好地密封。 (2) 氢气、空气混合物能形成爆炸性气体，万一泄漏，遇到明 火会引起爆炸，所以，氢冷机组周围严禁明火。 （3）采用氢冷的机组，要增加制氢设备、控制系统和干燥净化 装置。因此，投资及运行维护费用需增加。 22、电解水制氢相关 在工业上通常采用如下几种方法制取氢气：一是将水蒸气通过灼热的 焦炭（称为碳还原法），得到纯度为75%左右的氢气；二是将水蒸气通 过灼热的铁，得到纯度在97%以下的氢气；三是由水煤气中提取氢气， 得到的氢气纯度也较低；第四种方法就是电解水法，制得的氢气纯度 可高达99%以上，这是工业上制备氢气的一种重要方法。在电解氢氧 化钠（钾）溶液时，阳极上放出氧气，阴极

31、上放出氢气。电解氯化钠 水溶液制造氢氧化钠时，也可得到氢气。 对用于冷却发电机的氢气的纯度要求较高，因此，都是采用电解 水的方法来制氢。 （1）电解制氢工作原理：在一些电解质水溶液中通入直流电时，分 解出的物质与原来的电解质完全没有关系，被分解的是作为溶剂的 水，原来的电解质仍然留在水中。例如硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等 均属于这类电解质。 在电解水时，由于纯水的电离度很小，导电能力低，属于典型的 弱电解质，所以需要加入前述电解质，以增加溶液的导电能力，使水 能够顺利地电解成为氢气和氧气。其化学反应原理如下图： 23、电解制氢设备 (1)电解槽：是水电解制氢的主要设备，在槽内冲入电解液，在直 流

32、电的作用下使水发生分解，在阴极表面产生氢气，阳极表面产生氧 气。我以前单位用的是FDQG10/3.2型水电解制氢装置，其电解槽为 压滤机式结构，由6根大螺栓和2块端压板把极板加紧在一起，外形上 看是圆柱体状。电解槽中间极板与直流电源的正极相接， 两端极板与 接负极，这样就形成了 2个并联电解池，每组电解池包括25个串联电 解小室。电解槽左右各有5个接口，分别是氧气和电解液混合物出口、 氢气和电解液混合物出口、废液排放口、氧电解液进口、氢电解液进 口。 电解槽内部电解小室均由阳极板、阳付极网、氟塑料隔膜石棉布垫片、 阴付极网、阴极板组成。由于电解小室是串联的，相邻的电解小室共 用一个极板，该极板

33、同时 一个电解小室的阳极板及相邻电解小室的 阴极板。大部分氧气、氢气主要在阳付极网、阴付极网表面产生。氟 塑料隔膜石棉布垫片由纯温石棉特级纤维织成， 它具有一定的耐碱性 和对碱液的浸润性，它可以阻隔气体的穿透，但不能阻止离子的运动， 其作用是隔绝电解产生的氢气及氧气，防止氢气、氧气混合。 电解液从端极板进入电解槽，穿过左、右极板和由氟塑料隔膜石棉布 垫片工艺卡叠加形成的液道环到达中间极板内， 再通过中间极板下部 的孔，经板下部液道环，通过进液孔分配到各小室。碱液电解后与氢 气、氧气形成混合物通过两端的管道分别排出。（边学习边敲，这个 东西有点费解，说明书里面讲的有点拗口，糊里糊涂权当小学生学汉

34、 字了）。 （2）氢、氧分离器：分离器是圆柱形压力容器，内部有蛇形冷却管。 其作用主要有：将水电解产生的氢气或氧气与循环的碱液分离； 除掉 气体中的碱雾及液滴并降低气体温度； 监视控制液位，维持电解过程 中所需的电解液容量及氢、氧两侧系统压力平衡。 （3）碱液循环泵：作用是通过泵使循环碱液获得一定的扬程以克服 循环通道上的阻力，保证碱液循环。一般采用防爆型屏蔽电动泵。 （4）加水配碱设备：加水配碱设备的作用是配制电解液，并向制氢 系统提供电解过程中消耗的水，包括纯水箱、碱液箱、配碱泵、补水 泵等设备。 24、电解水制氢系统的主要系统流程 （1）气体系统流程：电解槽接通直流电源，电解电流上升到一

35、定值 时，槽内的水就电解成氢气和氧气。 氢气流程：从槽内电解小室阴极电解出来的氢气与循环碱液一起借助 于碱液循环泵的扬程和气体的升力，通过极板阴极侧的出气孔流过氢 气道环，从左右端极板流出，汇合后进入氢分离器。在氢分离器中， 由于重力的作用，氢气和碱液分离；分离后的氢气通过氢气冷却器降 温，氢气捕滴器、氢气气水分离器除去夹带的水分后，经差压调节阀 进入氢气干燥器，干燥后的氢气进入氢气储存罐。当发电机需要补氢 时，氢气经减压后送入发电机。 氧气流程：从电解槽电解小室阳极侧出来的氧和碱液，从电解槽左、 右端极板流出，汇合后进入氧分离器进行气液分离，经氧气冷却器降 温，氧气捕滴器、氧气气水分离器除去夹带的水分后，经压力调节阀 排空。 电解液循环流程：电解液循环的目的是向电极区补充电解消耗的水纯 水，带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量，以便电解槽稳定工作； 增加电极区电解液的搅拌，减少浓差极化电压；降低碱液中的含气量 度，降低小室电压，减少能耗。 压力调节系统：作用是维持制氢设备的压力在设定值工作。 由压力变 送器测得的氧分离器压力信号，经PLC运算后输出调节阀开度指令信 号，该信号转换成气压信号驱动隔膜调节阀，改变调节阀开度，达到 调节氧气排放量，维持系统压力的目的。