制氢站培训教材

1、制氢站培训教材制氢站培训教材18/18制氢站培训教材氢气的制取和发电机的冷却感谢你的观看氢气的制取和发电机的冷却第一节发电机的冷却方式发电机冷却的重要性发电机运行时要发生能量耗费，这是有一种能（机械能）转变为另一种能（电能）时所不可以避免的。这些耗费的能量，最后都变为了热量，以致发电机的转子、定子、定子绕组等各零件的温度高升。因为发电机的零件都是有铜质和铁质资料制成的，所以把这类能量耗费叫做铜损和铁损。为了保证发电机能在绕组绝缘资料赞成的温度下长久运行，必然实时地把铜损和铁损所产生的热量导出，使发电机各主要零件的温升常常保持在赞成的范围内。不然，发电机的温升就会连续高升，使绕组绝缘老化，专心降

2、低，甚至烧坏，影响发电机的正常运行。所以，必然连续不停地将发电机产生的热量导出，这就需要强迫冷却。发电机常用的冷却方式发电机的冷倒是经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）多采纳空气冷却，即便空气有发电机内部通过，将热量带出。这类冷却方式效率差，跟着发电机容量的增大已渐渐被裁汰。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经过铜线内部，带出热量使发电机冷却。这类冷却方式比空气冷却见效好，但必然有一套水质办理系统和优秀的机械密封装置。目前，大型机组多采纳这类冷却方式。2.3氢气冷却。氢气对热的传导率是空气的

3、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纳氢气冷却方式，立刻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。目前除了小容量（25MW及以下）汽轮发电机仍采纳空气冷却外，功率超出50MW的汽轮发电机都广泛采纳了氢气冷却，氢气、水冷却介质混用的冷却方式。在冷却系统中，冷却介质可以依据不同的方式组合，概括起来一般有以下几种：2.3.1定、转子绕组和定子铁芯都采纳氢表面冷却，即氢外冷；2.3.2定子绕组和定子铁芯采纳氢表面冷却，转子绕组采纳直接冷却（即氢内冷

4、）；2.3.3定、转子绕组采纳氢内冷，定子铁芯采纳氢外冷；感谢赏析氢气的制取和发电机的冷却感谢你的观看2.3.4定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯采纳氢外冷，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。我厂2600MW机组汽轮发电机采纳水氢氢冷却方式，即发电机定子绕组采纳水内冷，转子绕组采纳氢内冷，定子铁芯采纳氢外冷。第二节冷却介质的性能比较冷却介质的种类和特色氢冷发电机在正常运行时，使用氢气作为冷却介质，在发电机事故及停机检修时，则采纳空气作为冷却介质，CO2、N2，则是气体置换过程

5、中的中间介质。关于直接冷却的发电机，除了使用氢气作为冷却介质外，也可以使用水和油。下边分析比较冷却介质的特色：1.1空气空气长处是低价，所需的附带设施简单，维修方便；弊端是机组的容量遇到限制，并且机组容易脏污。1.2氢气（H2）氢气冷却有以下优、弊端：1.2.1长处：1.2.1.1通风耗费低，机械（指发电机转子上的电扇）效率高。这是因为在标准状态下，氢气的密度是0.08987kg/m3，空气的密度是1.293kg/m3，CO2的密度是1.977kg/m3，N2的密度是1.25kg/m3。因为空气的密度是氢气的14.3倍，二氧化碳是氢气的21.8倍，氮气是氢气的13.8倍，所以，使用氢气作为冷却

6、介质时，可使发电机的通风耗费减到最小程度。1.2.1.2散热快、冷却效率高。因为氢气的导热系数是空气的1.51倍，且氢气扩散性好，能将热量快速导出。所以能将发电机的温起落低10-15。1.2.1.3危险性小。因为氢气不可以助燃，而发电机内充入的氢气中含氧又小于2%，所以一旦发电机绕组被击穿时，着火的危险性很小。1.2.1.4洁净。经过严格办理的冷却用的氢气可以保证发电机内部洁净，通风散热见效坚固，并且不会产生因为脏污惹起的事故。1.2.1.5在氢气冷却的发电机，噪音较小，并且绝缘资料不易受氧化和电晕的破坏。1.2.2弊端：感谢赏析氢气的制取和发电机的冷却感谢你的观看1.2.2.1氢气的浸透性很

7、强，易于扩散泄漏，所以发电机的外壳必然很好的密封。1.2.2.2氢气与空气混淆物能形成爆炸性气体，一旦泄漏，遇火即能惹起爆炸。所以，在用氢冷却的发电机四周禁止明火。1.2.2.3采纳氢气冷却必然设置一套制氢的电解设施和控制系统，这就增添了基建投资及维修开销。氢气冷却虽有以上一些弊端，但只需严格履行相关的安全规章制度和采纳有效的举措仍是靠谱的，而其高效率冷却则是其余冷却介质无可比较的，所以大部分发电机仍是采纳氢冷方式。1.3二氧化碳（CO2）CO2的密度是空气的1.52倍，明显，使用CO2作冷却介质，将会使通风耗费成正比地增添，发电机的温度也会明显高升。CO2的表面散热系数是空气的1.132倍，

8、且有较高的强行对流作用，但CO2的传热能力比空气弱，仅是空气的0.638倍。两项综合比较，用空气冷却和用CO2冷却，对发电机的温升影响基本是同样的。CO2与机壳内的水分化合后，其反响的生成物会在发电机各部分结垢，使通风恶化，并弄脏机件，对绝缘有腐化作用。所以，不同样意使用CO2作为冷却介质长时间运行。可是，我们可以利用CO2与氢气或空气混淆时不会发生爆炸的特色，作为气体置换的中间介质。1.4氮气（N2）氮气的密度、热传导率及表面散热系数都凑近空气，所以，作为冷却介质使用时，其赞成的最大负荷值与空气冷却时同样。其余，氮气拥有比空气轻，比氢气重，并且不助燃的特色，可用来代替二氧化碳作为中间介质使用

9、，这时对其纯度的要求是：氮的含量在96%以上，氧的含量应低于4%。氮气作为化工副产品，常含有腐化性杂质，对发电机的绝缘资料起腐化作用，所以，氮气作为发电机的冷却介质不同样意长久使用。氢气和水的特色比较发电机在采纳直接冷却方式时，广泛采纳氢气和水作为冷却介质。它们与空气的性能比较以下：表13-1空气、氢气及水性能比较吸热能力散热能力冷却绝对压力MPa对比较热相对密度相对流速，相对散介质体积流量m/s吸热量热系数空气0.11111301氢气314.350.2113405感谢赏析氢气的制取和发电机的冷却感谢你的观看水-4.1610000.05208284从表中的吸热和散热能力看，液体冷却介质比气体冷

10、却介质好。水拥有较高的散热性能、粘度小，能经过小而复杂的截面。水的化学性能坚固，不会焚烧，并且拥有价廉的特色。但它增添了水道系统，简单腐化铜线和漏水，使运行的靠谱性降低。氢气冷却拥有通风功率和励磁功率低；装置方便，构造简单，负荷能力高，温度散布平均等长处，使运行靠谱性大为提升。第三节电解制氢原理及其系统、设施电解制氢的原理及其工艺1.1制氢原理高纯度的氢气是经过电解纯水而获取的，因为纯水的导电性能较差，则需加入电解质溶液，以促使水的电解。常用的电解质一般为NaOH或KOH。将直流电通入加入NaOH水溶液的电解槽中，使水电解成为氢气和氧气。其反响式为：1.1.1阴极反响：电解液中的H+（水电解后

11、产生的）受阴极的吸引而移向阴极，最后接受电子而析出氢气，其放电反响是：2H+2eH21.1.2阳极反响：电解液中的受阳极的吸引而旭日极挪动，最后放出电子生成水和氧气，OH其放电反响是：2OHHO+1-2e/O2221.1.3阴、阳极合起来的总反响式为：2H2O2H2+O22工艺流程高纯度的氢气是经过电解纯水而获取的，因为纯水的导电性能较差，则需加入电解质溶液，以促使水的电解。电解产生的氢气和氧气，分别进入氢气分别冲刷器和氧气分别冲刷器，负气体与携带的碱液分别；分别出的碱液经过滤、冷却后，经过碱循环泵打至电解槽。分别后的氢气进入冷却器冷却，与氧气一起经气动差压调理后，经冷却、干燥进入积蓄罐；氧气

12、经过水封直接排入大气；电解耗费的水经过柱塞泵打入氢、氧分别冲刷器进入电解槽内。3氢氧化钠的作用氢氧化钠等电解质是强的电解质，溶解于水后便电离，其电离反响式为：+-这NaOH=Na+OH感谢赏析氢气的制取和发电机的冷却感谢你的观看样是水溶液中有了大批的+-Na与OH。促使溶液的导电性能，便于水的电解。氢氧化钠等电解质在水发生电解时，为什么不被电解而仍留在溶液中呢？现简单说明以下：3.1金属离子在水溶液中的开朗性是不同样样的，我们将它们依开朗性的大小摆列起来，获取下列活动序次：KNaCaMgAlMnInFeNiSnPbHCuHgAgAu上边摆列中，前面的金属比后边的开朗，越今后的金属开朗性越差。在

13、以上活动序次中，H之所以列为金属，这是因为它能起金属的作用，在水中常成H+存在，而且的确能被它前面的的金属置换。比方：Zn+H2SO=ZnSO4+H423.2电极电位。金属的活动序次说明越开朗的金属越简单失掉电子，开朗性较差的金属则简单获取电子（前后金属比较而言）。从电化学理论上讲就是：简单获取电子的金属离子与不简单获取电子的金属离子比较较，因前者的电极电位高能获取电子而转为原子，今后者的电极电位低不可以得到电子转为原子。这类电位叫“电极电位”。+H和Na比较，Na的电极电位为-2.86，而H的电极电位为-1.71。所以在同一水溶液中若同时存在Na+和H+时，H+先放电而成H2。3.3离子的水

14、化。水是极难电离的，但水中溶解有NaOH时，在Na+的四周。环绕着水的分子而成水合Na+，并且因Na+的作用使水分子有了极性方向。当Na+带有极性方向的水分子迁向阴极时，H+第一放电而成H+，而Na+则仍存在于水中。3.4电解液中加五氧化二钒的作用电解液配制时，须加入必然量的五氧化二钒（千分之二浓度）。五氧化二钒的加入，可对电极的活化起催化作用，能改变电极表面状态，增添电极的电导率；有益于除掉电极表面的气泡，降低电解液的含心胸；在铁、镍金属表面产生保护膜，进而起到缓蚀作用。制氢系统电解水制取氢气的主要设施为电解槽。在电解槽后连有若关系统，此中主假如氢侧系统、氧侧系统及补给水系统，其余还有碱液系

15、统。4.1氢侧系统。由电解槽各间隔分解出来的氢气齐聚于总管，经氢侧分别器冲刷器、冷却器、压力调理阀，再经两级干燥吸附后，存入氢罐备用。4.2氧侧系统。由电解槽各间隔分解出来的氧气齐聚于总管，经氧侧分别器冲刷器、压力调理阀和水封槽后，排放大气或存罐备用。4.3补给水系统。在电解水的过程中，水陆续地被耗费掉，所以必然连续不停地增补除盐水。系统经过加水泵将除盐水打至氢分别冲刷器中，来增补电解耗费的除盐水。感谢赏析氢气的制取和发电机的冷却感谢你的观看4.4碱液系统。电解氢氧化钠水溶液时，各系统中的分别冲刷器中分别和冲刷下来的NaOH，经过过滤、冷却后从头打回电解槽中，所以从理论上讲，NaOH是不用耗的

16、，但实质上因为泄漏、氢和氧的水量携带等，NaOH的浓度在渐渐减小，所以每隔一准时期必然增补碱液。我厂制氢系统的主要设施我厂一期4600MW机组发电机冷却方式为水氢氢冷却，氢气由制氢站集中供应。5.1系统概括本期工程设置两套3的水电解制氢装置及相应的设施。设置3的贮氢罐。制氢系10Nm/h6台13m统设施部署在一独立的建筑区内，水电解制氢装置、氢气干燥装置、闭式除盐冷却水装置及电源控制装置部署在室内，贮氢罐及压缩空气积蓄罐露天部署。制氢系统的启动、停止及运行采纳微机进行控制。各设施及系统在启停、运行及事故状况下有工艺参数显示，系统各设施的正常启停、安全运行及事故设有报警功能，实现系统及各设施自动

17、控制和连锁功能，包含送、补氢罐的自动切换等，与协助车间水系统控制室进行通信，可以履行远方监控。电解水制氢系统的产品氢气达到以下质量指标：纯度：99.9%温度：40湿度：露点-50绝对湿度：0.0949g/m3H2水电解制氢系统中的碱液循环次数能达到每小时46次以上。制氢系统运行时氢（氧）气压力坚固，其数值随各装置的额定压力和运行状况而定；氢、氧气压差的颠簸范围小于0.5kPa，必然装设压力调理器。5.2系统构成本工程制氢系统由三套装置构成。分别是制氢装置；氢气充罐及发电机补氢装置；加水、加碱装置。制氢装置主要负责制取氢气，由下述零件构成：电解槽、氢气干燥器、氢分别冲刷器、氧分别冲刷器、氢气气体

18、分别器、氧气气体分别器、排水器、空气过滤器、碱液循环泵等。氢气充罐及发电机补氢装置由：管路、出口减压器、压力开关、压力表等构成。加水、加碱装置由：纯水箱、碱液箱、柱塞式灌水泵等构成。电解槽3电解槽的额定产氢量10Nmhr，运行氢压3.2Mpa。电解槽能在1.53.2MPa间压力下运行；电解槽的专心能在50-110范围内可调。电解槽隔阂的技术说明：气泡不可以经过；能被电解液湿润，使溶液中的离子能顺利地经过；有足够的机械强度；在电解液中不被碱液腐化，不影响电解液的纯度且化学坚固性强。感谢赏析氢气的制取和发电机的冷却感谢你的观看氢气干燥器装备两套干燥系统，此中一套运行，另一套重生备用；重生方式采纳原

19、料气加热重生，且重生过程中无氢气放空；由下述零件构成：吸附器，工艺管路、阀门及一次仪表等；操作压力与制氢系统的运行压力相般配；氢气流经该装置的阻力损失小于0.1MPa。灌水泵灌水泵采纳柱塞式，且其流量能自动可调理，电机采纳防爆电机。储气罐设置有8台容积13.9m3氢气储气罐和1台容积为3的空气储气罐。5m氢气排水水封(2台)氢气排水水封上设有一根排空管、一根补水管、一根溢流管及一根冷凝水接收。除排空管外，补水管、溢流管及冷凝水管与水封筒体的内接收均采纳插入式，且补水管、溢流管的内部管端比冷凝水管的内管端低。阻火器一般设在氢气系统的设施放散管及用氢设施的氢气支气管上，以防备回火，阻截火焰延伸，保

20、证氢氧站及其贮送系统的安全生产及正常供气。氢气检漏测定仪该仪器能对两个及以上样点的氢含量进行自动巡回连续分析。当检测出氢气浓度达到某必然值时，能自动送出信号到控制系统，经过控制系统自动启动排风装置工作。当检测出的浓度已超出该定值，达到另一高值时，能送出报警信号，在控制系统中进行声光报警。该设施的测点响应时间不大于10s，巡回周期不大于2min；凡有氢气设施的房间或简单集聚氢气的地方都设置测点。冷却系统制氢冷却系统采纳除盐水闭式循环冷却方式。该系统主要由螺旋板式换热器、循环冷却水泵、除盐水箱、电控柜、工艺管路、阀门及配件、一次仪表等构成。该系统中除盐水的流量需知足制氢系统冷却水总量的要求,为10

21、m3/h。经循环冷却水泵后的除盐水压力应为0.3MPa0.5MPa,除盐水入口水温45,经闭式循环热互换后的除盐冷却水温度应不超出33。工业冷却水流量需知足冷却3系统设施所需冷却水量的要求，为20m/h，工业冷却水进口温度30。循环冷却水泵应为两台，有联锁装置，互为备用。当工作水泵出现故障时备用水泵自动投入，并发出远传报警信号。氮气系统（氮气瓶两组、8个）感谢赏析氢气的制取和发电机的冷却感谢你的观看供应制氢系统吹扫和置换用气；氮气瓶的最高工作压力为15MPa，容积为40L，气瓶外径为219mm。第四节技术指标1氢氧化钠的质量标准电解质NaOH的纯度，直接影响电解后产生气体的质量和对设施的腐化。

22、当电解液中含有碳酸盐和氯化物时，会在阳极上发生以下有害反响：2CO32-+4e=2CO222Cl-+2e=Cl2+O这类反响不单耗费了电能，并且因氧气中混入了氯气，而降低其纯度。同时生成的二氧化碳立刻又被碱液汲取，而又复原成碳酸钠，以致CO32-的放电反响频频进行下去，白白地耗费了大批电能。其余，反响生成的氯气，也可被碱液汲取变为次氯酸钠和氯化钠，它们又有被阴极复原的可能，也要耗费电能。为了提升气体纯度，降低电能耗费，要求氢氧化钠的纯度达到以下要求：表13-2氢氧化钠的纯度要求KOH或NaOHKCl或NaCl项目和名称硫酸盐含量碳酸盐含量其余金属离子含量含量规范87-900.10.50.1无2

23、增补水的质量标准电解液中的杂质除根源于药品外，若增补水不纯净也会带入杂质。常用的补给水是汽轮机的凝结水，其质量要求以下：外状：透光亮净；电阻率:105.cm；氯离子:2mg/；铁离子:mg/；悬浮物:1mg/。3电解液的质量标准电解液的主要质量指标是NaOH的浓度。在配制和运行监察中，为方便起见，要点是掌握其比重。因为NaOH浓度越高比重越大。其详细标准以下：Na电解液浓度:2026；感谢赏析氢气的制取和发电机的冷却感谢你的观看含铁量:3mg/；氯离子:800mg/。为碱轻电解槽的腐化，在电解液中应加入0.2-0.3%的重铬酸钾或千分之二浓度五氧化二钒。重铬酸钾能在阴极表面生成三氧化铬保护膜，

24、进而保护了阴极，并可防备阳极生成的次氯酸盐和平共处氯酸盐而在阴极上复原而耗费电能；五氧化二钒的加入，可对电极的活化起催化作用，能改变电极表面状态，增添电极的电导率，有益于除掉电极表面的气泡，降低电解液的含心胸，在铁、镍金属表面产生保护膜，进而起到缓蚀作用。4制氢系统中的气体纯度指标电业安全工作规程规定，氢气纯度不低于99.5%，含氧量不该超出0.5%。假如达不到标准，应立刻进行办理，直至合格。其余，氢气绝对湿度不大于5克/米3。5氢冷发电机内的气体纯度指标电业安全工作规程规定，发电机氢冷系统中氢气纯度应不低于96%，含氧量不大于2%；如果达不到标准，应立刻进行办理，直至合格。6氢冷发电机内的氢

25、气湿度指标发电机内氢气在运行氢压下的赞成湿度的高限，应按发电机内的最低温度由表13-3查得；赞成湿度的低限为露点温度td=-25。供发电机充氢、补氢用的新鲜氢气在常压下的赞成湿度为：新建、扩建电厂（站）：露点温度td-50；已建电厂（站）：露点温度td-25。表13-3发电机内最低温度值与赞成氢气湿度高限值的关系发电机内最低温度，510发电机在运行氢压下的赞成湿度高限（露点温度t），-50d注：发电机内最低温度，可按以下规定确立：1）坚固运行中的发电机：以冷氢温度和内冷水进口水温中的较低值，作为发电机内的最低温度值；2）停运和开、停机过程中的发电机：以冷氢温度和内冷水进口水温、定子线棒温度和定

26、子铁芯温度中的最低值，作为发电机内的最低温度值。7置换用中间气体的纯度7.1氮气纯度不低于95%，水分的含量不大于0.1%。7.2二氧化碳气体纯度不低于95%，水分的含量不大于0.1%，并且不得含有腐化性的杂质。感谢赏析氢气的制取和发电机的冷却感谢你的观看电解槽的运行控制标准8.1氢气和氧气侧导气管内的温度不得超出805，一般控制在605，正常运行中不得低于45。8.2电解槽的电流只赞成在厂家规定范围内变化。8.3电解槽的电压范围应控制在厂家规定的范围内，不得起过其最高值，相邻两极电压应控制在1.8-2.4伏，其差值不得超出0.3伏。8.4两个压力调理器的水位差不得超出100毫米。8.5电解系

27、统的压力和贮氢罐的压力是相等的，其压力赞成在110公斤/厘米2的范围内变化。第五节氢冷发电机的气体置换1.气体置换的目的和方法氢气与空气混淆气是一种危险性的气体，在混淆气体中，氢气含量达4%76%范围内，就有发生爆炸的危险，严重时可能造成人身伤亡或设施破坏的恶性事故，所以，禁止氢气中混入空气。但在氢冷发电机由运行转入检修，或检修后起动投入运行的过程中，以及在某些故障下，必然存在着由氢气转为空气或由空气转为氢气的过程。这时，如不采纳举措，必然造成氢所和空气的混淆气体而威迫安全生产。为防备发电机发生着火和爆炸事故，必然借助于中间气体，使空气与氢气互不接触。这类中间气平常使用既不自燃也不助燃的二氧化

28、碳气体或氮气。这类利用中间气体来除掉氢气或空气，或最后用氢气再除掉中间气体的作业，叫做“置换”另一种方法是采纳抽真空的方法，将发电机内的气体抽出，以减少相互混淆。为了便于进行置换和抽真空的操作，在发电机外面装了一套系统，即所谓的氢冷系统。机内气体的置换2.1概括气体置换应在发电机静止或盘车时进行，同时密封油应投入运行。如出现紧迫状况，可在发电机减速时进行气体置换，但不同样意发电机充入二氧化碳气体在高速下运行。2.2除掉发电机内的空气气体在爆炸范围的上限时，混淆气体中氢占76%，空气占24%，而空气中的氧占21%，所以爆炸上限的混淆气体中，氧的含量为24%21%=5.04%。所以在充氢前，必然用惰性气体除掉空气，使气体中氧气含量降低到小于5.04%。按此规律进行气体置换，发电机内将不存在爆炸性的混淆气体。感谢赏析氢气的制取和发电机的冷却感谢你的观看充入两倍发电机容积的CO2气体，空气的含量将降低到14%，所以氧的含量也随之降为2114%=3%。在转子静止或盘车时，利用CO2比重为空气的1.52倍的关系，把CO2从机座底部充入机内，则充入约1.5倍发电机容积的CO2就足以除掉空气，此时机内只有很少许的空气与二氧化碳混淆。从发电机顶部采样，二氧化碳纯度读数应为95%左右。注：二氧化碳必然在气体状态下充入发电机。在水冷定子中，应注意防备二氧化碳与水接触，因为水中溶有二