制氫站培訓(xùn)教材

1、氫氣的制取和發(fā)電機(jī)的冷卻第一節(jié)發(fā)電機(jī)的冷卻方式1. 發(fā)電機(jī)冷卻的重要性發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要發(fā)生能量消耗，這是有一種能（機(jī)械能）轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N能（電能）時(shí)所不可避免的。這些損耗 的能量，最后都變成了熱量，致使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子、定子繞組等各部件的溫度升高。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的部件都是有銅質(zhì)和鐵質(zhì)材料制成的，所以把這種能量消耗叫做銅損和鐵損。為了保證發(fā)電機(jī)能在繞組絕緣材料允許的溫度下長(zhǎng)期運(yùn)行，必須及時(shí)地把銅損和鐵損所產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出，使發(fā)電機(jī)各主要部件的溫升經(jīng) 常保持在允許的范圍內(nèi)。否則，發(fā)電機(jī)的溫升就會(huì)繼續(xù)升高，使繞組絕緣老化，出力降低，甚至燒壞，影響發(fā)電機(jī) 的正常運(yùn)行。因此，必須連續(xù)不斷地將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出

2、，這就需要強(qiáng)制冷卻。2. 發(fā)電機(jī)常用的冷卻方式發(fā)電機(jī)的冷卻是通過冷卻介質(zhì)將熱量傳導(dǎo)出去來實(shí)現(xiàn)的。常用的冷卻方式有：2.1空氣冷卻。容量小的發(fā)電機(jī)（兩萬千瓦以下）多采用空氣冷卻，即使空氣有發(fā)電機(jī)內(nèi)部通過，將熱量帶出。這種冷卻方式效率差，隨著發(fā)電機(jī)容量的增大已逐漸被淘汰。2.2水冷卻。把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子繞組線圈的銅線作成空心，運(yùn)行中使高純度的水通過銅線內(nèi)部，帶出熱量使發(fā)電機(jī)冷卻。這種冷卻方式比空氣冷卻效果好，但必須有一套水質(zhì)處理系統(tǒng)和良好的機(jī)械密封裝置。目前，大型 機(jī)組多采用這種冷卻方式。2.3氫氣冷卻。氫氣對(duì)熱的傳導(dǎo)率是空氣的六倍以上，加以它是最輕的一種氣體，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的阻力最小，所以大型發(fā)電

3、機(jī)多采用氫氣冷卻方式，即將氫氣密封在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，使其循環(huán)。循環(huán)的氫氣再由另設(shè)的冷卻器通水 冷卻。氫氣冷卻有可分為氫氣與銅線直接接觸的內(nèi)冷式（直接冷卻）和氫氣不直接與銅線接觸的外冷式兩種。當(dāng)前除了小容量（25MW及以下）汽輪發(fā)電機(jī)仍采用空氣冷卻外，功率超過50MW勺汽輪發(fā)電機(jī)都廣泛采用了氫氣冷卻，氫氣、水冷卻介質(zhì)混用的冷卻方式。在冷卻系統(tǒng)中，冷卻介質(zhì)可以按照不同的方式組合，歸納起來一般有 以下幾種：2.3.1定、轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵芯都采用氫表面冷卻，即氫外冷；2.3.2定子繞組和定子鐵芯采用氫表面冷卻，轉(zhuǎn)子繞組采用直接冷卻（即氫內(nèi)冷）；2.3.3定、轉(zhuǎn)子繞組采用氫內(nèi)冷，定子鐵芯采用氫外冷；2.3.

4、4定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，定子鐵芯采用氫外冷，即水氫氫冷卻方式；2.3.5定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，定子鐵芯空氣冷卻，即水水空冷卻方式；2.3.6定、轉(zhuǎn)子繞組水內(nèi)冷，定子鐵芯氫外冷，即水水氫冷卻方式。我廠2X 600MW機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)采用水氫氫冷卻方式，即發(fā)電機(jī)定子繞組采用水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組采用氫內(nèi)冷，定子鐵芯采用氫外冷。第二節(jié)冷卻介質(zhì)的性能比較1. 冷卻介質(zhì)的種類和特性氫冷發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，使用氫氣作為冷卻介質(zhì)，在發(fā)電機(jī)事故及停機(jī)檢修時(shí)，則采用空氣作為冷卻介質(zhì)，CQ、則是氣體置換過程中的中間介質(zhì)。對(duì)于直接冷卻的發(fā)電機(jī)，除了使用氫氣作為冷卻介質(zhì)外，也可以使用水 和油。下面分析比較冷卻介質(zhì)的特

5、性：1.1空氣空氣優(yōu)點(diǎn)是低廉，所需的附加設(shè)備簡(jiǎn)單，維修方便；缺點(diǎn)是機(jī)組的容量受到限制，而且機(jī)組容易臟污。1.2 氫氣（H2）氫氣冷卻有如下優(yōu)、缺點(diǎn)：1.2.1 優(yōu)點(diǎn)：121.1 通風(fēng)損耗低，機(jī)械（指發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的風(fēng)扇）效率高。這是因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氫氣的密度是0.08987kg/m 3，空氣的密度是 1.293kg/m 3, CQ的密度是1.977kg/m3, Nb的密度是1.25kg/m 3。由于空氣的密度是氫 氣的14.3倍，二氧化碳是氫氣的21.8倍，氮?dú)馐菤錃獾?3.8倍，所以，使用氫氣作為冷卻介質(zhì)時(shí)，可使發(fā)電機(jī)的通風(fēng)損耗減到最小程度。1.2.1.2 散熱快、冷卻效率高。因?yàn)闅錃獾膶?dǎo)熱

6、系數(shù)是空氣的1.51倍，且氫氣擴(kuò)散性好，能將熱量迅速導(dǎo)出。因此能將發(fā)電機(jī)的溫升降低10-15 C。1.2.1.3 危險(xiǎn)性小。由于氫氣不能助燃，而發(fā)電機(jī)內(nèi)充入的氫氣中含氧又小于2%所以一旦發(fā)電機(jī)繞組被擊穿時(shí)，著火的危險(xiǎn)性很小。1.2.1.4 清潔。經(jīng)過嚴(yán)格處理的冷卻用的氫氣可以保證發(fā)電機(jī)內(nèi)部清潔，通風(fēng)散熱效果穩(wěn)定，而且不會(huì)產(chǎn)生由于臟污引起的事故。1.2.1.5在氫氣冷卻的發(fā)電機(jī)，噪音較小，而且絕緣材料不易受氧化和電暈的損壞。1.2.2 缺點(diǎn)：1.2.2.1 氫氣的滲透性很強(qiáng)，易于擴(kuò)散泄露，所以發(fā)電機(jī)的外殼必須很好的密封。1.2.2.2 氫氣與空氣混合物能形成爆炸性氣體，一旦泄露，遇火即能引起爆炸

7、。因此，在用氫冷卻的發(fā)電機(jī)四周嚴(yán)禁明火。1.2.2.3采用氫氣冷卻必須設(shè)置一套制氫的電解設(shè)備和控制系統(tǒng)，這就增加了基建投資及維修費(fèi)用。氫氣冷卻雖有以上一些缺點(diǎn)，但只要嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)的安全規(guī)章制度和采取有效的措施還是可靠的，而其高效率冷卻則是其它冷卻介質(zhì)無可比擬的，所以大多數(shù)發(fā)電機(jī)還是采用氫冷方式。1.3二氧化碳（CQ）CQ的密度是空氣的1.52倍，顯然，使用 CQ作冷卻介質(zhì)，將會(huì)使通風(fēng)損耗成正比地增加，發(fā)電機(jī)的溫度也會(huì) 顯著升高。CQ的表面散熱系數(shù)是空氣的1.132倍，且有較高的強(qiáng)行對(duì)流作用，但CQ的傳熱能力比空氣弱，僅是空氣的0.638倍。兩項(xiàng)綜合比較，用空氣冷卻和用CQ冷卻，對(duì)發(fā)電機(jī)的溫升影

8、響基本是一樣的。CQ與機(jī)殼內(nèi)的水分化合后，其反應(yīng)的生成物會(huì)在發(fā)電機(jī)各部分結(jié)垢，使通風(fēng)惡化，并弄臟機(jī)件，對(duì)絕緣有腐蝕作用。所以，不允許使用 CQ作為冷卻介質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。 但是，我們可以利用CO與氫氣或空氣混合時(shí)不會(huì)發(fā)生爆 炸的特點(diǎn)，作為氣體置換的中間介質(zhì)。1.4 氮?dú)猓∟b）氮?dú)獾拿芏?、熱傳?dǎo)率及表面散熱系數(shù)都接近空氣，所以，作為冷卻介質(zhì)使用時(shí)，其允許的最大負(fù)荷值與空氣冷卻時(shí)相同。另外，氮?dú)饩哂斜瓤諝廨p，比氫氣重，并且不助燃的特點(diǎn)，可用來代替二氧化碳作為中間介質(zhì)使用，這時(shí)對(duì)其純度的要求是：氮的含量在96%以上，氧的含量應(yīng)低于 4%氮?dú)庾鳛榛じ碑a(chǎn)品，常含有腐蝕性雜質(zhì)，對(duì)發(fā)電機(jī)的絕緣材料起腐蝕作用

9、，所以，氮?dú)庾鳛榘l(fā)電機(jī)的冷卻介 質(zhì)不允許長(zhǎng)期使用。2. 氫氣和水的特性比較發(fā)電機(jī)在采用直接冷卻方式時(shí)，普遍采用氫氣和水作為冷卻介質(zhì)。它們與空氣的性能比較如下：表13-1空氣、氫氣及水性能比較冷卻介質(zhì)絕對(duì)壓力MPa相對(duì)比熱相對(duì)密度吸熱能力散熱能力體積流量相對(duì)吸熱量流速，m/s相對(duì)散熱系數(shù)空氣0.11111301氫氣314.350.2113405水-4.1610000.05208284從表中的吸熱和散熱能力看，液體冷卻介質(zhì)比氣體冷卻介質(zhì)好。水具有較高的散熱性能、粘度小，能通過小而 復(fù)雜的截面。水的化學(xué)性能穩(wěn)定，不會(huì)燃燒，而且具有價(jià)廉的特點(diǎn)。但它增加了水路系統(tǒng)，容易腐蝕銅線和漏水， 使運(yùn)行的可靠性降

10、低。氫氣冷卻具有通風(fēng)功率和勵(lì)磁功率低；裝配方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，負(fù)荷能力高，溫度分布均勻等優(yōu)點(diǎn)，使運(yùn)行可 靠性大為提高。第三節(jié)電解制氫原理及其系統(tǒng)、設(shè)備1.電解制氫的原理及其工藝1.1 制氫原理高純度的氫氣是通過電解純水而獲得的，由于純水的導(dǎo)電性能較差，則需加入電解質(zhì)溶液，以促進(jìn)水的電解。 常用的電解質(zhì)一般為 NaOH或KOH將直流電通入加入 NaOH水溶液的電解槽中，使水電解成為氫氣和氧氣。其反應(yīng)式為:1.1.1陰極反應(yīng)：電解液中的H+ （水電解后產(chǎn)生的）受陰極的吸引而移向陰極，最后接受電子而析出氫氣，其放電反應(yīng)是：+A2H+2e t H2 f1.1.2陽極反應(yīng)：電解液中的OH 受陽極的吸引而向陽

11、極移動(dòng)，最后放出電子生成水和氧氣，其放電反應(yīng)是:_ 12OH -2e t H2O +1.1.3 陰、陽極合起來的總反應(yīng)式為：2H2O t 2H2T + 02 f2工藝流程高純度的氫氣是通過電解純水而獲得的，由于純水的導(dǎo)電性能較差，則需加入電解質(zhì)溶液，以促進(jìn)水的電解。電解產(chǎn)生的氫氣和氧氣，分別進(jìn)入氫氣分離洗滌器和氧氣分離洗滌器，使氣體與攜帶的堿液分離；分離出的堿液經(jīng)過濾、冷卻后，通過堿循環(huán)泵打至電解槽。分離后的氫氣進(jìn)入冷卻器冷卻，與氧氣一同經(jīng)氣動(dòng)差壓調(diào)節(jié)后，經(jīng)冷卻、干燥進(jìn)入貯存罐；氧氣經(jīng)過水封直接排入大氣；電解消耗的水經(jīng)過柱塞泵打入氫、氧分離洗滌器進(jìn)入電解槽內(nèi)。3 氫氧化鈉的作用氫氧化鈉等電解質(zhì)

12、是強(qiáng)的電解質(zhì)，溶解于水后便電離，其電離反應(yīng)式為：NaOH = Na+ + OH-這樣是水溶液中有了大量的Na+與0H。促進(jìn)溶液的導(dǎo)電性能，便于水的電解。氫氧化鈉等電解質(zhì)在水發(fā)生電解時(shí)，為何不被電解而仍留在溶液中呢？現(xiàn)簡(jiǎn)略說明如下：3.1 金屬離子在水溶液中的活潑性是不相同的，我們將它們依活潑性的大小排列起來，得到下列活動(dòng)順序：K Na Ca Mg Al Mn In Fe Ni Sn Pb HCu HgAg Au上面排列中，前面的金屬比后面的活潑，越往后的金屬活潑性越差。在以上活動(dòng)次序中，H之所以列為金屬，這是因?yàn)樗芷鸾饘俚淖饔?，在水中常成H+存在，而且確實(shí)能被它前面的的金屬置換。例如：Zn

13、+ H 2SQ = ZnSO4 +H2 f3.2電極電位。 金屬的活動(dòng)次序說明越活潑的金屬越容易失去電子，活潑性較差的金屬則容易得到電子（前后金屬比較而言）。從電化學(xué)理論上講就是：容易得到電子的金屬離子與不容易得到電子的金屬離子相比較，因前者的電極電位高能得到電子而轉(zhuǎn)為原子，而后者的電極電位低不能得到電子轉(zhuǎn)為原子。這種電位叫“電極電位”?？诤蚇a+比較，Na+的電極電位為-2.86，而口的電極電位為-1.71。所以在同一水溶液中若同時(shí)存在2+和口時(shí)，Hf先放電而成Hb。3.3離子的水化。 水是極難電離的，但水中溶解有NaOH時(shí)，在Na+的周圍。圍繞著水的分子而成水合”玄+,而且因Na+的作用使

14、水分子有了極性方向。當(dāng)Na+帶有極性方向的水分子遷向陰極時(shí)，H+首先放電而成H+,而Na+則仍存在于水中。3.4電解液中加五氧化二釩的作用電解液配制時(shí)，須加入一定量的五氧化二釩（千分之二濃度）。五氧化二釩的加入，可對(duì)電極的活化起催化作 用，能改變電極表面狀態(tài)，增加電極的電導(dǎo)率；有利于除去電極表面的氣泡，降低電解液的含氣度；在鐵、鎳金屬 表面產(chǎn)生保護(hù)膜，從而起到緩蝕作用。4. 制氫系統(tǒng)電解水制取氫氣的主要設(shè)備為電解槽。在電解槽后連有若干系統(tǒng)，其中主要是氫側(cè)系統(tǒng)、氧側(cè)系統(tǒng)及補(bǔ)給水系 統(tǒng)，另外還有堿液系統(tǒng)。4.1氫側(cè)系統(tǒng)。由電解槽各間隔分解出來的氫氣匯集于總管，經(jīng)氫側(cè)分離器洗滌器、冷卻器、壓力調(diào)節(jié)閥

15、，再經(jīng)兩級(jí)干燥吸附后，存入氫罐備用。4.2氧側(cè)系統(tǒng)。由電解槽各間隔分解出來的氧氣匯集于總管，經(jīng)氧側(cè)分離器洗滌器、壓力調(diào)節(jié)閥和水封槽后，排放大氣或存罐備用。4.3補(bǔ)給水系統(tǒng)。在電解水的過程中，水陸續(xù)地被消耗掉，所以必須連續(xù)不斷地補(bǔ)充除鹽水。系統(tǒng)通過加水泵 將除鹽水打至氫分離洗滌器中，來補(bǔ)充電解消耗的除鹽水。4.4堿液系統(tǒng)。電解氫氧化鈉水溶液時(shí)，各系統(tǒng)中的分離洗滌器中分離和洗滌下來的NaOH經(jīng)過過濾、冷卻后重新打回電解槽中，所以從理論上講，NaOH是不消耗的，但實(shí)際上因?yàn)樾孤?、氫和氧的水量攜帶等，NaOH勺濃度在逐漸減小，因此每隔一定時(shí)期必須補(bǔ)充堿液。5. 我廠制氫系統(tǒng)的主要設(shè)備我廠一期4X 60

16、0MV機(jī)組發(fā)電機(jī)冷卻方式為水一氫一氫冷卻，氫氣由制氫站集中供給。5.1系統(tǒng)概述本期工程設(shè)置兩套 10Nm/h的水電解制氫裝置及相應(yīng)的設(shè)備。設(shè)置6臺(tái)13 m的貯氫罐。制氫系統(tǒng)設(shè)備布置在一獨(dú)立的建筑區(qū)內(nèi)，水電解制氫裝置、氫氣干燥裝置、閉式除鹽冷卻水裝置及電源控制裝置布置在室內(nèi)，貯氫罐及壓 縮空氣儲(chǔ)存罐露天布置。制氫系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止及運(yùn)行采用微機(jī)進(jìn)行控制。各設(shè)備及系統(tǒng)在啟停、運(yùn)行及事故情況下有工藝參數(shù)顯示，系統(tǒng)各設(shè)備的正常啟停、安全運(yùn)行及事故設(shè)有報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)及各設(shè)備自動(dòng)控制和連鎖功能，包括送、補(bǔ)氫罐 的自動(dòng)切換等，與輔助車間水系統(tǒng)控制室進(jìn)行通訊，能夠執(zhí)行遠(yuǎn)方監(jiān)控。電解水制氫系統(tǒng)的產(chǎn)品氫氣達(dá)到如

17、下品質(zhì)指標(biāo)：純度：99.9% 溫度：w 40 C 濕度：露點(diǎn)w -50 C絕對(duì)濕度：w 0.0949g/ m 3H2水電解制氫系統(tǒng)中的堿液循環(huán)次數(shù)能達(dá)到每小時(shí)46次以上。制氫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)氫（氧）氣壓力穩(wěn)定，其數(shù)值隨各裝置的額定壓力和運(yùn)行情況而定；氫、氧氣壓差的波動(dòng)范圍小于0.5kPa，必須裝設(shè)壓力調(diào)節(jié)器。5.2系統(tǒng)組成本工程制氫系統(tǒng)由三套裝置組成。分別是制氫裝置；氫氣充罐及發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫裝置；加水、加堿裝置。制氫裝置 主要負(fù)責(zé)制取氫氣，由下述部件組成：電解槽、氫氣干燥器、氫分離洗滌器、氧分離洗滌器、氫氣氣體分離器、氧 氣氣體分離器、排水器、空氣過濾器、堿液循環(huán)泵等。氫氣充罐及發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫裝置由：管路、

18、出口減壓器、壓力開 關(guān)、壓力表等組成。加水、加堿裝置由：純水箱、堿液箱、柱塞式注水泵等組成。電解槽電解槽的額定產(chǎn)氫量 10Nm/hr,運(yùn)行氫壓3.2Mpa。電解槽能在1.53.2MPa間壓力下運(yùn)行；電解槽的出力能在50% -110 %范圍內(nèi)可調(diào)。電解槽隔膜的技術(shù)說明： 氣泡不能通過；能被電解液潤(rùn)濕，使溶液中的離子能順利地通過;有足夠的機(jī)械強(qiáng)度；在電解液中不被堿液腐蝕，不影響電解液的純度且化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)。氫氣干燥器配備兩套干燥系統(tǒng)，其中一套運(yùn)行，另一套再生備用；再生方式選用原料氣加熱再生，且再生過程中無氫氣放空；由下述部件組成：吸附器，工藝管路、閥門及一次儀表等；操作壓力與制氫系統(tǒng)的運(yùn)行壓力相匹配

19、；氫氣流經(jīng)該裝置的阻力損失小于 O.IMPa。注水泵注水泵選用柱塞式，且其流量能自動(dòng)可調(diào)節(jié)，電機(jī)選用防爆電機(jī)。儲(chǔ)氣罐設(shè)置有8臺(tái)容積13.9m3氫氣儲(chǔ)氣罐和1臺(tái)容積為5m?的空氣儲(chǔ)氣罐。氫氣排水水封（2臺(tái)）氫氣排水水封上設(shè)有一根排空管、一根補(bǔ)水管、一根溢流管及一根冷凝水接管。除排空管外，補(bǔ)水管、溢流管及冷凝水管與水封筒體的內(nèi)接管均采用插入式，且補(bǔ)水管、溢流管的內(nèi)部管端比冷凝水管的內(nèi)管端低。阻火器一般設(shè)在氫氣系統(tǒng)的設(shè)備放散管及用氫設(shè)備的氫氣支氣管上，以防止回火，阻止火焰蔓延，保證氫氧站及其貯送系統(tǒng)的安全生產(chǎn)及正常供氣。氫氣檢漏測(cè)定儀該儀器能對(duì)兩個(gè)及以上樣點(diǎn)的氫含量進(jìn)行自動(dòng)巡回連續(xù)分析。當(dāng)檢測(cè)出氫氣

20、濃度達(dá)到某一定值時(shí)，能自動(dòng)送出信號(hào)到控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)裝置工作。當(dāng)檢測(cè)出的濃度已超過該定值，達(dá)到另一高值時(shí)，能送出報(bào)警信號(hào)，在控制系統(tǒng)中進(jìn)行聲光報(bào)警。該設(shè)備的測(cè)點(diǎn)響應(yīng)時(shí)間不大于10s，巡回周期不大于 2min ;凡有氫氣設(shè)備的房間或容易集聚氫氣的地方都設(shè)置測(cè)點(diǎn)。冷卻系統(tǒng)制氫冷卻系統(tǒng)采用除鹽水閉式循環(huán)冷卻方式。該系統(tǒng)主要由螺旋板式換熱器、循環(huán)冷卻水泵、除鹽水箱、電控柜、工藝管路、閥門及配件、一次儀表等組成。該系統(tǒng)中除鹽水的流量需滿足制氫系統(tǒng)冷卻水總量的要求，為10m/h。經(jīng)循環(huán)冷卻水泵后的除鹽水壓力應(yīng)為0.3MPa 0.5MPa,除鹽水入口水溫w 45C ,經(jīng)閉式循環(huán)熱交換后的除

21、鹽冷卻水溫度應(yīng)不超過33 C。工業(yè)冷卻水流量需滿足冷卻系統(tǒng)設(shè)備所需冷卻水量的要求，為20m3/h ,工業(yè)冷卻水進(jìn)口溫度w30C。循環(huán)冷卻水泵應(yīng)為兩臺(tái)，有聯(lián)鎖裝置，互為備用。當(dāng)工作水泵出現(xiàn)故障時(shí)備用水泵自動(dòng)投入，并發(fā)出遠(yuǎn)傳報(bào) 警信號(hào)。15MPa容積為40L，氣瓶外徑為 219mm氮?dú)庀到y(tǒng)（氮?dú)馄績(jī)山M、8個(gè)）提供制氫系統(tǒng)吹掃和置換用氣；氮?dú)馄康淖罡吖ぷ鲏毫榈谒墓?jié) 技術(shù)指標(biāo)1氫氧化鈉的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)NaOH的純度，直接影響電解后產(chǎn)生氣體的品質(zhì)和對(duì)設(shè)備的腐蝕。當(dāng)電解液中含有碳酸鹽和氯化物時(shí)， 會(huì)在陽極上發(fā)生下列有害反應(yīng)：22CO3- + 4e = 2CO 2f +Q2Cl- + 2e = Cl 2

22、f這種反應(yīng)不但消耗了電能，而且因氧氣中混入了氯氣，而降低其純度。同時(shí)生成的二氧化碳立刻又被堿液吸收, 而又復(fù)原成碳酸鈉，致使 CQ2-的放電反應(yīng)反復(fù)進(jìn)行下去，白白地消耗了大量電能。另外，反應(yīng)生成的氯氣，也可被 堿液吸收變成次氯酸鈉和氯化鈉，它們又有被陰極還原的可能，也要消耗電能。為了提高氣體純度，降低電能消耗，要求氫氧化鈉的純度達(dá)到如下要求：表13-2氫氧化鈉的純度要求項(xiàng)目和名稱KQH或 NaQH含量KCl 或 NaCI含量硫酸鹽含量碳酸鹽含量其它金屬離子規(guī)范 87-90v 0.1v 0.5v 0.1無2 .補(bǔ)充水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)電解液中的雜質(zhì)除來源于藥品外，若補(bǔ)充水不純凈也會(huì)帶入雜質(zhì)。常用的補(bǔ)給水

23、是汽輪機(jī)的凝結(jié)水，其質(zhì)量要求如下：外狀：透明清潔；電阻率：5 10 Q .cm;氯離子：v 2mg/ L;鐵離子：vl mg/L;懸浮物：v 1mg/ L。3. 電解液的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)電解液的主要質(zhì)量指標(biāo)是 NaQH的濃度。在配制和運(yùn)行監(jiān)督中，為方便起見，重點(diǎn)是掌握其比重。因?yàn)镹aQH濃度越高比重越大。其具體標(biāo)準(zhǔn)如下：NaOH電解液濃度：2026%;含鐵量：v 3mg/L;氯離子：v 800mg/ L。為堿輕電解槽的腐蝕，在電解液中應(yīng)加入 0.2-0.3%的重鉻酸鉀或千分之二濃度五氧化二釩。重鉻酸鉀能在陰極表面生成三氧化鉻保護(hù)膜，從而保護(hù)了陰極，并可防止陽極生成的次氯酸鹽和平共處氯酸鹽而在陰極上還原

24、而消耗 電能；五氧化二釩的加入，可對(duì)電極的活化起催化作用，能改變電極表面狀態(tài)，增加電極的電導(dǎo)率，有利于除去電 極表面的氣泡，降低電解液的含氣度，在鐵、鎳金屬表面產(chǎn)生保護(hù)膜，從而起到緩蝕作用。4 制氫系統(tǒng)中的氣體純度指標(biāo)電業(yè)安全工作規(guī)程規(guī)定，氫氣純度不低于99.5%，含氧量不應(yīng)超過 0.5%。如果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)立即進(jìn)行處理，直至合格。另外，氫氣絕對(duì)濕度不大于5克/米3。5 氫冷發(fā)電機(jī)內(nèi)的氣體純度指標(biāo)電業(yè)安全工作規(guī)程規(guī)定，發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)中氫氣純度應(yīng)不低于96%含氧量不大于2%如果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)立即進(jìn)行處理，直至合格。6 氫冷發(fā)電機(jī)內(nèi)的氫氣濕度指標(biāo)發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣在運(yùn)行氫壓下的允許濕度的高限，應(yīng)按發(fā)電機(jī)

25、內(nèi)的最低溫度由表13-3查得；允許濕度的低限為露點(diǎn)溫度td=-25 C。供發(fā)電機(jī)充氫、補(bǔ)氫用的新鮮氫氣在常壓下的允許濕度為：新建、擴(kuò)建電廠（站）：露點(diǎn)溫度tdW-50 C；已建電廠（站）：露點(diǎn)溫度 tdW-25 C。表13-3 發(fā)電機(jī)內(nèi)最低溫度值與允許氫氣濕度高限值的關(guān)系發(fā)電機(jī)內(nèi)最低溫度，C510發(fā)電機(jī)在運(yùn)行氫壓下的允許濕度高限（露點(diǎn)溫度td）,C-50注：發(fā)電機(jī)內(nèi)最低溫度，可按如下規(guī)定確定：（1 ）穩(wěn)定運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)：以冷氫溫度和內(nèi)冷水入口水溫中的較低值，作為發(fā)電機(jī)內(nèi)的最低 溫度值；（2 ）停運(yùn)和開、停機(jī)過程中的發(fā)電機(jī)：以冷氫溫度和內(nèi)冷水入口水溫、定子線棒溫度和定子 鐵芯溫度中的最低值，作為

26、發(fā)電機(jī)內(nèi)的最低溫度值。7. 置換用中間氣體的純度7.1氮?dú)饧兌炔坏陀?5%水分的含量不大于0.1%。7.2 二氧化碳?xì)怏w純度不低于95%水分的含量不大于 0.1%，并且不得含有腐蝕性的雜質(zhì)。8. 電解槽的運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn)8.1氫氣和氧氣側(cè)導(dǎo)氣管內(nèi)的溫度不得超過80 5 C, 一般控制在 60 5 C,正常運(yùn)行中不得低于45C。8.2電解槽的電流只允許在廠家規(guī)定范圍內(nèi)變化。8.3電解槽的電壓范圍應(yīng)控制在廠家規(guī)定的范圍內(nèi)，不得起過其最高值，相鄰兩極電壓應(yīng)控制在1.8-2.4伏,其差值不得超過 0.3伏。8.4兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)器的水位差不得超過100毫米。110公斤/厘米2的范圍內(nèi)變化。8.5電解系統(tǒng)的壓力

27、和貯氫罐的壓力是相等的，其壓力允許在第五節(jié)氫冷發(fā)電機(jī)的氣體置換1. 氣體置換的目的和方法氫氣與空氣混合氣是一種危險(xiǎn)性的氣體，在混合氣體中，氫氣含量達(dá)4%- 76%范圍內(nèi)，就有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)可能造成人身傷亡或設(shè)備損壞的惡性事故，因此，嚴(yán)禁氫氣中混入空氣。但在氫冷發(fā)電機(jī)由運(yùn)行轉(zhuǎn)入檢修， 或檢修后起動(dòng)投入運(yùn)行的過程中，以及在某些故障下， 必然存在著由氫氣轉(zhuǎn)為空氣或由空氣轉(zhuǎn)為氫氣的過程。這時(shí)，如不采取措施，勢(shì)必造成氫所和空氣的混合氣體而威脅安全生產(chǎn)。為防止發(fā)電機(jī)發(fā)生著火和爆炸事故，必須借助于中間氣體，使空氣與氫氣互不接觸。這種中間氣通常使用既不自燃也不助燃的二氧化碳?xì)怏w或氮?dú)?。這種利用中間氣體

28、來排除氫氣或空氣，或最后用氫氣再排除中間氣體的作業(yè)，叫做“置換”另一種方法是采用抽真空的辦法，將發(fā)電機(jī)內(nèi)的氣體抽出，以減少互相混雜。為了便于進(jìn)行置換和抽真空的操作，在發(fā)電機(jī)外部裝了一套系統(tǒng)，即所謂的氫冷系統(tǒng)。2. 機(jī)內(nèi)氣體的置換2.1概述氣體置換應(yīng)在發(fā)電機(jī)靜止或盤車時(shí)進(jìn)行，同時(shí)密封油應(yīng)投入運(yùn)行。如出現(xiàn)緊急情況，可在發(fā)電機(jī)減速時(shí)進(jìn)行氣 體置換，但不允許發(fā)電機(jī)充入二氧化碳?xì)怏w在高速下運(yùn)行。2.2排除發(fā)電機(jī)內(nèi)的空氣氣體在爆炸范圍的上限時(shí)，混合氣體中氫占76%空氣占24%而空氣中的氧占21%所以爆炸上限的混合氣體中，氧的含量為24% 21%= 5.04%。因此在充氫前，必須用惰性氣體排除空氣，使氣體中氧氣含量降低到小于5.04%。按此規(guī)律進(jìn)行氣體置換，發(fā)電機(jī)內(nèi)將不存在爆炸性的混合氣體。充入兩倍發(fā)電機(jī)容積的 CO氣體，空氣的含量將降低到 14%因此氧的含量也隨之降為21 X 14% = 3%。在轉(zhuǎn)子靜止或盤車時(shí)，利用 CO比重為空氣的1.52倍的關(guān)系，把 CO從機(jī)座底部充入機(jī)內(nèi)，則充入約1.5倍發(fā)電機(jī)容積的CQ就足以排除空氣，此時(shí)機(jī)內(nèi)只有極少量的空氣與二氧化碳混合。從發(fā)電機(jī)頂部采樣，二氧化碳純度讀數(shù)應(yīng)為95%左右。注：二氧化碳必須在氣體狀態(tài)下充入發(fā)電機(jī)。在水冷定子中，應(yīng)注意防止二氧化碳與