300MW制氫系統(tǒng)講解幻燈片

2*300MW制氫系統(tǒng)余秋良2008年8月8日概述2×300MW發(fā)電機(jī)冷卻方式為水-氫-氫，發(fā)電機(jī)氫氣容積為66×2m3，額定氫壓0.30MPa(g)運(yùn)行時(shí)的漏氫量：≤10m3/24h。制氫系統(tǒng)采用中船重工集團(tuán)公司七一八研究所生產(chǎn)的CNDQ—10/3.2型中壓微機(jī)控制水電解制氫一體化裝置。整套裝置由框架Ⅰ、整流柜、控制柜、配電裝置、(計(jì)算機(jī)管理)自動(dòng)控制系統(tǒng)、框架Ⅱ、框架Ⅲ等幾部分組成。電解槽電源采用將380V交流電經(jīng)可控硅整流裝置變?yōu)?6V直流電供給方式。電解質(zhì)采用氫氧化鉀溶液。電解制氫原理

由浸沒在電解液中的一對(duì)電極中間隔以防止氣體滲透的隔膜而構(gòu)成的水電解池，當(dāng)通以一定的直流電時(shí)，水就發(fā)生分解，在陰極析出氫氣，陽(yáng)極析出氧氣。其反應(yīng)式如下：陰極反應(yīng)：2H2Ｏ+2e→2OH－+H2↑

陽(yáng)極反應(yīng)：2OH－–2e→H2O+1/2O2↑

總反應(yīng)：2H2O→2H2↑+O2↑陽(yáng)極電解產(chǎn)生氧氣陰極電解生成氫氣電解槽工藝流程氫氣系統(tǒng)：在整流柜輸出的直流電作用下，各電解小室的陰極上產(chǎn)生的氫氣與強(qiáng)制循環(huán)的堿液，經(jīng)過氫氣氣道環(huán)由兩端端壓板引出到氫氣分離洗滌器，經(jīng)氣液分離和洗滌后，至氫氣冷卻器，再經(jīng)水分離器，最后通過氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥和手動(dòng)閥進(jìn)入氫氣干燥系統(tǒng)，再分別送至各儲(chǔ)氫罐。

氧氣系統(tǒng)：在各電解小室的陽(yáng)極上產(chǎn)生的氧氣，與強(qiáng)制循環(huán)的堿液，經(jīng)過氧氣氣道環(huán)，由兩端端壓板引出至氧分離器。經(jīng)氣、液分離后通過氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥和手動(dòng)閥排空。

堿液系統(tǒng)：氫、氧兩個(gè)分離器內(nèi)的堿液由內(nèi)部設(shè)置的冷卻蛇管進(jìn)行冷卻。通過二分離器底部的連通管混合，經(jīng)堿液冷卻器冷卻，由堿液循環(huán)泵，經(jīng)過濾器過濾后打回電解槽循環(huán)使用。

補(bǔ)給水系統(tǒng)：電解過程中消耗的水，由補(bǔ)水泵間斷的送入氫分離洗滌器上部的篩板上，通過溢流管進(jìn)入下部與堿液混合，以補(bǔ)充所消耗的水，并經(jīng)常更換洗滌水層。紅色：氧氣黃色：氫氣虛線：水系統(tǒng)電解槽過濾器堿箱循環(huán)泵氫分離洗滌氧分離洗滌補(bǔ)水泵除鹽水箱氫氣冷卻器氣動(dòng)差壓調(diào)節(jié)器氫氣干燥裝置氫罐儲(chǔ)存冷卻器排空氫氣分配裝置#3、#4發(fā)電機(jī)水電解制氫裝置的結(jié)構(gòu)本裝置由框架Ⅰ、整流柜、控制柜、配電裝置、計(jì)算機(jī)管理自動(dòng)控制系統(tǒng)、框架Ⅱ、框架Ⅲ等幾部分組成。堿液循環(huán)泵循環(huán)泵啟動(dòng)在配電裝置上啟動(dòng)，系統(tǒng)啟動(dòng)前，應(yīng)先啟動(dòng)循環(huán)泵，堿液打循環(huán)。堿液流量計(jì)：正常運(yùn)行在500~550ml、min放氣閥：堿液打循環(huán)是應(yīng)進(jìn)行放氣，排除堿液系統(tǒng)內(nèi)空氣堿液循環(huán)泵氫氣過濾器流量調(diào)節(jié)閥氫氧分離器氫、氧分離器主要作用利用重力分離氫氣、氧氣和堿液氫氣洗滌器的作用是冷卻氫氣和清洗氫氣，防止氫氣帶堿氧分離器氫分離器干燥器壓力調(diào)節(jié)閥氧側(cè)手動(dòng)放空閥氧側(cè)緊急放空閥氫側(cè)緊急放空閥液位調(diào)節(jié)閥氧壓力系統(tǒng)壓力氫壓力洗滌器減壓閥：防止系統(tǒng)壓力過高過快排空充罐手動(dòng)門充罐氫側(cè)手動(dòng)放閥氧液位氫液位整流柜

整流柜由整流變壓器、整流裝置組成，用于供給電解所需直流電源。可控硅整流裝置的主回路、控制回路、觸發(fā)回路及變壓器均裝在一個(gè)柜子內(nèi)。可控硅采用水冷方式，柜體對(duì)外有進(jìn)、出水管。主電源開按鈕裝置正常運(yùn)行觸發(fā)電源、主電源燈亮觸發(fā)電源主電源左糟電流輸出電壓輸出電流右槽電流計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)儲(chǔ)氫罐壓力發(fā)電機(jī)充氫壓力充罐氣動(dòng)閥控制補(bǔ)氫氣動(dòng)閥控制槽壓設(shè)定電流設(shè)定氫液位槽溫電流電壓氫產(chǎn)量氧液位氫中氧氧中氫三通閥配電裝置

配電裝置主要設(shè)備為配電柜，用于對(duì)制氫系統(tǒng)所有動(dòng)力裝置的供電，對(duì)循環(huán)泵、加水泵、風(fēng)機(jī)等動(dòng)力設(shè)備的啟停進(jìn)行控制。(制氫站電源來自煤400VA、B段）整流柜電源框架Ⅱ框架Ⅱ?yàn)闅錃夥峙溲b置，與制氫裝置、儲(chǔ)氫罐及發(fā)電機(jī)供氫管道相連接。沖罐氣動(dòng)閥制氫系統(tǒng)來壓力變宋器，壓力>0.6MPa，自動(dòng)關(guān)閉氣動(dòng)閥充氫壓力表一般控制0.4MPa三通閥充氫旁路閥充氫減壓閥，一般調(diào)整好不動(dòng)充氫手動(dòng)門#3發(fā)電機(jī)#4發(fā)電機(jī)充罐壓力變送器充罐母管充氫母管充氫氣動(dòng)閥框架Ⅲ框架Ⅲ用于堿液的配制和儲(chǔ)存、原料水的儲(chǔ)存以及為制氫裝置提供原料水及堿液。補(bǔ)水電磁閥，水位<250mm自動(dòng)補(bǔ)水管道泵來補(bǔ)水手動(dòng)門堿液箱：為系統(tǒng)補(bǔ)充消耗的堿液原料水箱：為系統(tǒng)補(bǔ)充消耗的除鹽水加水泵補(bǔ)水管堿箱補(bǔ)水門補(bǔ)水泵：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)堿液、原料水的補(bǔ)充排污門堿液去系統(tǒng)堿液來堿箱除鹽冷卻裝置用于冷卻堿液、整流柜、電解槽、氫氣冷卻器等設(shè)備，循環(huán)使用，啟動(dòng)系統(tǒng)之前啟動(dòng)，系統(tǒng)停止后，最后停止。要求除鹽冷卻水壓力不能<0.4MPa，水箱水位≤300mm時(shí)，電磁閥自動(dòng)打開補(bǔ)水，除鹽冷卻水泵兩臺(tái)，互為備用。除鹽冷卻水進(jìn)水工業(yè)冷卻水進(jìn)水工業(yè)冷去水入口總閥除鹽冷卻水出水工業(yè)水出水蛇形冷卻器除鹽冷卻水箱除鹽冷卻水泵控制箱除鹽冷卻水泵電接點(diǎn)壓力表水位計(jì)補(bǔ)水電磁閥管道泵來補(bǔ)水手動(dòng)門

CNDQ—10/3.2水電解制氫一體化裝置主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)

目規(guī)范項(xiàng)

目規(guī)范氫氣產(chǎn)量10Nm3/h氧氣產(chǎn)量5Nm3/h氫氣純度(V/V)≥99.8%氧氣純度(V/V)≥99.2%氫氣濕度≤H2O/Nm3H2氫氣露點(diǎn)≤－氫氣含堿量≤1mg/Nm3氫氣出口溫度≤工作壓力3.2MPa（0.5～3.2MPa）工作溫度～工作電流直流額定電壓56V直流電耗≤4.8Kwh/m3H2主電源動(dòng)力電源容量75KVA純水耗量/h冷卻水用量/h整流柜冷卻水出口背壓＜0.1MPa堿液濃度26%～30%KOH自控氣源壓力0.5～0.7Mpa氣源耗量/h主電源動(dòng)力電電壓N380V50HzC相～220V50Hz

整流柜電源0.5KV380V三相四線50Hz控制柜電源AC220V50Hz冷卻水溫度≤冷卻水壓力0.4～0.6MPa冷卻水水質(zhì)≤6德國(guó)度干燥器溫控溫度～干燥器加熱終止溫度干燥器再生周期24h環(huán)境溫度0～氣體標(biāo)準(zhǔn)控制標(biāo)準(zhǔn)取樣部位分析項(xiàng)目標(biāo)

準(zhǔn)備注電解裝置氫

氣≥99.8%氧

氣≥99.2%濕

度＜/Nm3H2發(fā)電機(jī)底部和氫氣干燥器入口氫

氣＞96%氧

氣＜2%濕

度4g/m3發(fā)電機(jī)氮?dú)猓?5%由氮?dú)庵脫Q氫氣氮?dú)猓?%由空氣置換氮?dú)獾獨(dú)猓?5%由氮?dú)庵脫Q空氣氫

氣≥98%由氫氣置換氮?dú)猬F(xiàn)場(chǎng)燒焊處附近氫氣含量氫

氣≤1%并經(jīng)總工批準(zhǔn)主油箱、發(fā)電機(jī)附近氫

氣≤1%并經(jīng)總工批準(zhǔn)制氫系統(tǒng)啟動(dòng)啟動(dòng)前，系統(tǒng)氮?dú)庵脫Q，一般置換三次。通過氫、氧兩側(cè)手動(dòng)放空閥泄壓。在配電裝置上啟動(dòng)堿液循環(huán)泵，使堿液打循環(huán)，并通過調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)堿液流量在500~550ml/min。并由泵體和過濾器的排氣閥，放盡系統(tǒng)內(nèi)空氣。堿液過濾器排氣閥，也是系統(tǒng)氮?dú)庵脫Q處堿液流量計(jì)泵體放氣閥流量調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)放氣閥溫度調(diào)節(jié)閥制氫系統(tǒng)啟動(dòng)維持系統(tǒng)壓力0.1MPa打開氫、氧兩側(cè)手動(dòng)放空閥。并保持氫氧液位平衡氫側(cè)手動(dòng)放空閥保持壓力0.1MPa氧側(cè)手動(dòng)放空閥氫液位氧液位制氫系統(tǒng)啟動(dòng)2.在槽壓和電流框輸入壓力和電流值，直到壓力3.0MPa、電流：800A1.點(diǎn)擊“開機(jī)”按鈕3S，按鈕變紅，裝置啟動(dòng)3.壓力、電流達(dá)到額定值投入氧中氫分析儀表按同樣的方法投入氫中氧分析儀表4.在氫氣純度達(dá)到99.8%時(shí)，點(diǎn)擊“干燥投入”按鈕“干燥投入”指示燈亮，表示干燥投入5.露點(diǎn)-45時(shí)開始充罐6.打開充罐手動(dòng)門投入露點(diǎn)儀7.點(diǎn)擊產(chǎn)品氫充罐，氫氣充罐產(chǎn)品氫充罐指示燈亮制氫裝置緊急停運(yùn)制氫裝置運(yùn)行過程中遇有下列情況應(yīng)緊急停運(yùn)

帶壓部分突然泄漏，大量氣體或堿液外噴，有可能釀成重大事故。

氫站周圍出現(xiàn)緊急事故，有可能波及到制氫裝置發(fā)生燃燒或爆炸等重大事故時(shí)。

緊急停運(yùn)按以下步驟進(jìn)行：

緊急停車時(shí)，立即切斷整流主回路電源，迅速用手動(dòng)方法，使補(bǔ)水泵停止工作。

開氫氣、氧氣排空門或緊急排空門，調(diào)節(jié)各自動(dòng)閥開度，使氫氧分離器中的氫氣、氧氣放空，但要密切注意氫氧分離器液位有所顯示并均衡，嚴(yán)防氫氧混合發(fā)生爆炸事故，壓力降為零時(shí)關(guān)閉所有閥門。

切斷控制箱電源、氣源，切斷整流柜的同步電源。

做好緊急停車記錄，及時(shí)向有關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，聽候檢查和處理。制氫裝置緊急停運(yùn)后，應(yīng)對(duì)整套設(shè)備進(jìn)行徹底檢查，各儀表均應(yīng)進(jìn)行必要的檢查和校定，確認(rèn)設(shè)備良好后方能再次啟動(dòng)。。注意：不到萬(wàn)不得已時(shí)，不得使用這種方法。水電解制氫裝置安全注意事項(xiàng)設(shè)備應(yīng)良好接地，以防止產(chǎn)生靜電引起氫氣燃燒和爆炸。如裝置停車時(shí)間較長(zhǎng)，超過半年不啟動(dòng)，應(yīng)將電解槽內(nèi)堿液排出，并充滿除鹽水。

鑒于電解槽帶電操作，在電解槽前操作地面上應(yīng)放置一塊絕緣橡膠板。

電解間應(yīng)安置防爆燈，室內(nèi)應(yīng)有良好的通風(fēng)，并安裝氫氣報(bào)警裝置。

凡是和氫氣、氧氣接觸的管道，閥門等都要用四氯化碳清洗以去除油污。

裝置運(yùn)行中不得進(jìn)行任何檢修工作，若必須修理則需先停車，但不能動(dòng)火焊電焊。迫不得已需要在制氫間焊接時(shí)，首先應(yīng)對(duì)制氫間空氣中氫氣濃度進(jìn)行分析，必須低于爆炸極限（體積比4%），并在需焊管道內(nèi)事先通入氮?dú)獯祾?，以排除殘留的氫氣和氧氣?/p>

制氫間嚴(yán)禁明火，操作人員禁止吸煙，不準(zhǔn)穿帶釘子的鞋，應(yīng)穿防靜電工作服和防靜電鞋，帶防護(hù)眼鏡。操作時(shí)使用防爆工具，嚴(yán)禁鐵器工具相互撞擊，以免產(chǎn)生火花。選用銅質(zhì)或鈹銅合金工具。制氫間內(nèi)必須備有2～3%的硼酸溶液，以防萬(wàn)一裝置泄漏，堿液噴濺到臉上或身上時(shí)及時(shí)清洗。在配制堿液時(shí)要戴上橡膠手套。制氫間必須設(shè)置如二氧化碳、砂子、石棉布等防火器材。

排空或緊急排空時(shí)，一般僅將氫氣排空門打開，通過自控系統(tǒng)進(jìn)行，非到萬(wàn)不得已不允許打開氫、氧氣出口門來放氣卸壓。因?yàn)闅錃庥蓧毫艿兰眲》懦鰰r(shí)，由于靜電原因可能引起自燃并爆炸：氧氣急劇放出時(shí)，管道內(nèi)的氧化層可能引起火花，從而促使燃燒或爆炸，所以隨便打開氫、氧氣出口門來卸壓是非常危險(xiǎn)的。

在操作和維修設(shè)備時(shí)，手和衣服不能沾有油脂，任何油脂都不允許落入有可能與氧

氣接觸的設(shè)備上。不允許堿液掉到電解槽極板之間或級(jí)板與拉緊螺栓之間，更不允許任何金屬雜質(zhì)掉落到電解槽上，以防引起電極間短路。平時(shí)電解槽上可蓋一塊絕緣板。

制氫間不允許存放易燃易爆物品，嚴(yán)禁帶入火種，嚴(yán)禁無關(guān)人員入內(nèi)。制氫站防火、滅火規(guī)定制氫站防火規(guī)定：制氫站內(nèi)不得裝設(shè)電爐、不得使用明火。制氫站內(nèi)不得使用可能引起火花的工具和行燈。制氫室內(nèi)及附近嚴(yán)禁吸煙。制氫室內(nèi)禁止存放易燃易爆物品。制氫站照明應(yīng)使用防爆燈具。制氫站內(nèi)應(yīng)設(shè)置足夠的二氧化碳、四氯化碳、干粉等輕便滅火器器材或氮?dú)狻⒄羝麥缁鹣到y(tǒng)及石棉布、砂子等消防器材。

制氫站滅火規(guī)定：制氫站滅火時(shí)應(yīng)停止設(shè)備運(yùn)行，并盡可能放掉系統(tǒng)壓力。用氮?dú)鉀_洗氫氣系統(tǒng)。用二氧化碳滅火器滅火。如因漏氣造成著火時(shí)，應(yīng)用氮?dú)鉁缁鸹蛴檬薏济芊饴馓?，?yán)重時(shí)切斷氣源解除漏氣。冷卻、隔離，防止火災(zāi)擴(kuò)大。常見故障與處理故障現(xiàn)象產(chǎn)生原因排除方法裝置突然停車供電系統(tǒng)停電。檢查供電系統(tǒng)維修電氣設(shè)備。整流電源發(fā)生故障。冷卻水中斷或流量過小，壓力不足引起跳閘。解決冷卻水存在的缺陷。電流突然升高引起過流或出現(xiàn)短路引起跳閘。將整流器輸出電位器調(diào)至零位，再按復(fù)位，重新調(diào)電流，如再出故障，則仔細(xì)檢查并排除短路故障。槽壓過高聯(lián)鎖使整流柜跳閘降低槽壓堿液循環(huán)量下限聯(lián)鎖使整流柜跳閘

增加循環(huán)量或清洗過濾器槽溫過高聯(lián)鎖使整流柜跳閘改變槽溫設(shè)定值氣體純度下降或純度報(bào)警氫、氧兩分離器液位太低。補(bǔ)充除鹽水至正常高度。堿液循環(huán)量過大。調(diào)整堿液循環(huán)量在規(guī)定范圍內(nèi)。堿液濃度過低。調(diào)整堿液濃度在規(guī)定范圍內(nèi)。故障現(xiàn)象產(chǎn)生原因排除方法電解液停止循環(huán)或循環(huán)量下限聯(lián)鎖1、堿液過濾網(wǎng)堵塞。清洗堿液過濾器濾網(wǎng)。2、堿液循環(huán)量調(diào)節(jié)閥開度太小。調(diào)整循環(huán)量調(diào)節(jié)閥開度，保持循環(huán)量適度。3、循環(huán)泵內(nèi)有氣體。用排氣閥I-J2排放循環(huán)泵內(nèi)的氣體。4、循環(huán)泵損壞更換備用泵，對(duì)泵進(jìn)行檢修。5、流量計(jì)及指示報(bào)警儀誤差過大或指示失靈校準(zhǔn)流量計(jì)，檢修指示報(bào)警儀。原料水供水不足或液位報(bào)警1