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汽轮机学习5

启示号
科技
2年前
250

1、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0℃，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20℃时，氢气在100mL水中仅能溶解1.84nmL。
（4）氢的渗透力很强，常温下能够透过橡皮。
2、氢气的化学性质
氢气易燃易爆，最低着火温度是574℃，燃烧时发出浅蓝色火焰，生成水，放出大量的热。
3、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。

4、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：

2009-11-17 13:52:56 上传

5、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。
6、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。
差压调节系统：其作用是维持制氢装置的氢、氧侧压力平衡，防止电解槽隔膜受压损坏、氢氧混合、气体纯度下降等现象的发生。氢、氧侧压力差与氢、氧分离器液位差有关，压力高侧液位低，液位差大即压力差大，所以，差压调节以液位差作为目标调节。氢分离器液位计测得氢分离器的液位信号，氧分离器液位计测得氧分离器液位信号，PLC将这两个信号进行比较运算，然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，改变该阀开度，达到调节氢气流量、维持氢、氧分离器液位相同，氢、氧系统压力平衡的目的。