汽輪機學習5
1、氫氣的物理性質：
（1）氫氣，無毒、無味、無色，是窒息氣體，能使人的肺部缺氧。在标準狀态（溫度0℃，壓力101.325kpa）下，其密度為0.0899g/L，約為空氣密度的1/15，是世界上最輕的物質。
（2）其分子運動速度最快，具有最大的擴散速度和很高的導熱性，其導熱能力是空氣的6.7倍。
（3）氫氣在各種液體中的溶解度都很小，比如在20℃時，氫氣在100mL水中僅能溶解1.84nmL。
（4）氫的滲透力很強，常溫下能夠透過橡皮。
2、氫氣的化學性質
氫氣易燃易爆，最低着火溫度是574℃，燃燒時發出淺藍色火焰，生成水，放出大量的熱。
3、氫氣冷卻方式的優缺點：
優點：（1）氫氣密度小，作為冷卻介質時，可使發電機通風損耗減至最小，從而提高發電機的效率。
（2）氫氣的表面散熱能力高，可很快帶走發電機的熱損耗。能使發電機的出、入口風溫差得以降低。
（3）氫氣的導熱系數高，有利于加強發電機的冷卻。
（4）純度較高的氫氣能保證發電機内部清潔，通風散熱效果穩定，不會引起髒污事故。
（5）在氫氣中，噪聲較小，絕緣材料不易受氧化和電暈的損壞。
缺點：
（1）氫氣的滲透性很強，容易擴散洩露。因此發電機的外殼必須很好地密封。
（2）氫氣、空氣混合物能形成爆炸性氣體，萬一洩漏，遇到明火會引起爆炸，所以，氫冷機組周圍嚴禁明火。
（3）采用氫冷的機組，要增加制氫設備、控制系統和幹燥淨化裝置。因此，投資及運行維護費用需增加。
4、電解水制氫相關
在工業上通常采用如下幾種方法制取氫氣：一是将水蒸氣通過灼熱的焦炭（稱為碳還原法），得到純度為75%左右的氫氣；二是将水蒸氣通過灼熱的鐵，得到純度在97% 以下的氫氣；三是由水煤氣中提取氫氣，得到的氫氣純度也較低；第四種方法就是電解水法，制得的氫氣純度可高達 99% 以上，這是工業上制備氫氣的一種重要方法 。在電解氫氧化鈉（鉀）溶液時，陽極上放出氧氣，陰極上放出氫氣。電解氯化鈉水溶液制造氫氧化鈉時，也可得到氫氣。
對用于冷卻發電機的氫氣的純度要求較高，因此，都是采用電解水的方法來制氫。
（1）電解制氫工作原理：在一些電解質水溶液中通入直流電時，分解出的物質與原來的電解質完全沒有關系，被分解的是作為溶劑的水，原來的電解質仍然留在水中。例如硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等均屬于這類電解質。
在電解水時，由于純水的電離度很小，導電能力低，屬于典型的弱電解質，所以需要加入前述電解質，以增加溶液的導電能力，使水能夠順利地電解成為氫氣和氧氣。其化學反應原理如下圖：
5、電解制氫設備
（1）電解槽：是水電解制氫的主要設備，在槽内沖入電解液，在直流電的作用下使水發生分解，在陰極表面産生氫氣，陽極表面産生氧氣。我以前單位用的是FDQG10/3.2型水電解制氫裝置，其電解槽為壓濾機式結構，由6根大螺栓和2塊端壓闆把極闆加緊在一起，外形上看是圓柱體狀。電解槽中間極闆與直流電源的正極相接，兩端極闆與接負極，這樣就形成了2個并聯電解池，每組電解池包括25個串聯電解小室。電解槽左右各有5個接口，分别是氧氣和電解液混合物出口、氫氣和電解液混合物出口、廢液排放口、氧電解液進口、氫電解液進口。
電解槽内部電解小室均由陽極闆、陽付極網、氟塑料隔膜石棉布墊片、陰付極網、陰極闆組成。由于電解小室是串聯的，相鄰的電解小室共用一個極闆，該極闆同時 一個電解小室的陽極闆及相鄰電解小室的陰極闆。大部分氧氣、氫氣主要在陽付極網、陰付極網表面産生。氟塑料隔膜石棉布墊片由純溫石棉特級纖維織成，它具有一定的耐堿性和對堿液的浸潤性，它可以阻隔氣體的穿透，但不能阻止離子的運動，其作用是隔絕電解産生的氫氣及氧氣，防止氫氣、氧氣混合。
電解液從端極闆進入電解槽，穿過左、右極闆和由氟塑料隔膜石棉布墊片工藝卡疊加形成的液道環到達中間極闆内，再通過中間極闆下部的孔，經闆下部液道環，通過進液孔分配到各小室。堿液電解後與氫氣、氧氣形成混合物通過兩端的管道分别排出。（邊學習邊敲，這個東西有點費解，說明書裡面講的有點拗口，糊裡糊塗權當小學生學漢字了）。
（2）氫、氧分離器：分離器是圓柱形壓力容器，内部有蛇形冷卻管。其作用主要有：将水電解産生的氫氣或氧氣與循環的堿液分離；除掉氣體中的堿霧及液滴并降低氣體溫度；監視控制液位，維持電解過程中所需的電解液容量及氫、氧兩側系統壓力平衡。
（3）堿液循環泵：作用是通過泵使循環堿液獲得一定的揚程以克服循環通道上的阻力，保證堿液循環。一般采用防爆型屏蔽電動泵。
（4）加水配堿設備：加水配堿設備的作用是配制電解液，并向制氫系統提供電解過程中消耗的水，包括純水箱、堿液箱、配堿泵、補水泵等設備。
6、電解水制氫系統的主要系統流程
（1）氣體系統流程：電解槽接通直流電源，電解電流上升到一定值時，槽内的水就電解成氫氣和氧氣。
氫氣流程：從槽内電解小室陰極電解出來的氫氣與循環堿液一起借助于堿液循環泵的揚程和氣體的升力，通過極闆陰極側的出氣孔流過氫氣道環，從左右端極闆流出，彙合後進入氫分離器。在氫分離器中，由于重力的作用，氫氣和堿液分離；分離後的氫氣通過氫氣冷卻器降溫，氫氣捕滴器、氫氣氣水分離器除去夾帶的水分後，經差壓調節閥進入氫氣幹燥器，幹燥後的氫氣進入氫氣儲存罐。當發電機需要補氫時，氫氣經減壓後送入發電機。
氧氣流程：從電解槽電解小室陽極側出來的氧和堿液，從電解槽左、右端極闆流出，彙合後進入氧分離器進行氣液分離，經氧氣冷卻器降溫，氧氣捕滴器、氧氣氣水分離器除去夾帶的水分後，經壓力調節閥排空。
電解液循環流程：電解液循環的目的是向電極區補充電解消耗的水純水，帶走電解過程中産生的氫氣、氧氣和熱量，以便電解槽穩定工作；增加電極區電解液的攪拌，減少濃差極化電壓；降低堿液中的含氣量度，降低小室電壓，減少能耗。
壓力調節系統：作用是維持制氫設備的壓力在設定值工作。由壓力變送器測得的氧分離器壓力信号，經PLC運算後輸出調節閥開度指令信号，該信号轉換成氣壓信号驅動隔膜調節閥，改變調節閥開度，達到調節氧氣排放量，維持系統壓力的目的。
差壓調節系統：其作用是維持制氫裝置的氫、氧側壓力平衡，防止電解槽隔膜受壓損壞、氫氧混合、氣體純度下降等現象的發生。氫、氧側壓力差與氫、氧分離器液位差有關，壓力高側液位低，液位差大即壓力差大，所以，差壓調節以液位差作為目标調節。氫分離器液位計測得氫分離器的液位信号，氧分離器液位計測得氧分離器液位信号，PLC将這兩個信号進行比較運算，然後輸出調節閥開度指令信号，該信号轉換成氣壓信号，驅動隔膜調節閥，改變該閥開度，達到調節氫氣流量、維持氫、氧分離器液位相同，氫、氧系統壓力平衡的目的。
（1）氫氣，無毒、無味、無色，是窒息氣體，能使人的肺部缺氧。在标準狀态（溫度0℃，壓力101.325kpa）下，其密度為0.0899g/L，約為空氣密度的1/15，是世界上最輕的物質。
（2）其分子運動速度最快，具有最大的擴散速度和很高的導熱性，其導熱能力是空氣的6.7倍。
（3）氫氣在各種液體中的溶解度都很小，比如在20℃時，氫氣在100mL水中僅能溶解1.84nmL。
（4）氫的滲透力很強，常溫下能夠透過橡皮。
2、氫氣的化學性質
氫氣易燃易爆，最低着火溫度是574℃，燃燒時發出淺藍色火焰，生成水，放出大量的熱。
3、氫氣冷卻方式的優缺點：
優點：（1）氫氣密度小，作為冷卻介質時，可使發電機通風損耗減至最小，從而提高發電機的效率。
（2）氫氣的表面散熱能力高，可很快帶走發電機的熱損耗。能使發電機的出、入口風溫差得以降低。
（3）氫氣的導熱系數高，有利于加強發電機的冷卻。
（4）純度較高的氫氣能保證發電機内部清潔，通風散熱效果穩定，不會引起髒污事故。
（5）在氫氣中，噪聲較小，絕緣材料不易受氧化和電暈的損壞。
缺點：
（1）氫氣的滲透性很強，容易擴散洩露。因此發電機的外殼必須很好地密封。
（2）氫氣、空氣混合物能形成爆炸性氣體，萬一洩漏，遇到明火會引起爆炸，所以，氫冷機組周圍嚴禁明火。
（3）采用氫冷的機組，要增加制氫設備、控制系統和幹燥淨化裝置。因此，投資及運行維護費用需增加。
4、電解水制氫相關
在工業上通常采用如下幾種方法制取氫氣：一是将水蒸氣通過灼熱的焦炭（稱為碳還原法），得到純度為75%左右的氫氣；二是将水蒸氣通過灼熱的鐵，得到純度在97% 以下的氫氣；三是由水煤氣中提取氫氣，得到的氫氣純度也較低；第四種方法就是電解水法，制得的氫氣純度可高達 99% 以上，這是工業上制備氫氣的一種重要方法 。在電解氫氧化鈉（鉀）溶液時，陽極上放出氧氣，陰極上放出氫氣。電解氯化鈉水溶液制造氫氧化鈉時，也可得到氫氣。
對用于冷卻發電機的氫氣的純度要求較高，因此，都是采用電解水的方法來制氫。
（1）電解制氫工作原理：在一些電解質水溶液中通入直流電時，分解出的物質與原來的電解質完全沒有關系，被分解的是作為溶劑的水，原來的電解質仍然留在水中。例如硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等均屬于這類電解質。
在電解水時，由于純水的電離度很小，導電能力低，屬于典型的弱電解質，所以需要加入前述電解質，以增加溶液的導電能力，使水能夠順利地電解成為氫氣和氧氣。其化學反應原理如下圖：
5、電解制氫設備
（1）電解槽：是水電解制氫的主要設備，在槽内沖入電解液，在直流電的作用下使水發生分解，在陰極表面産生氫氣，陽極表面産生氧氣。我以前單位用的是FDQG10/3.2型水電解制氫裝置，其電解槽為壓濾機式結構，由6根大螺栓和2塊端壓闆把極闆加緊在一起，外形上看是圓柱體狀。電解槽中間極闆與直流電源的正極相接，兩端極闆與接負極，這樣就形成了2個并聯電解池，每組電解池包括25個串聯電解小室。電解槽左右各有5個接口，分别是氧氣和電解液混合物出口、氫氣和電解液混合物出口、廢液排放口、氧電解液進口、氫電解液進口。
電解槽内部電解小室均由陽極闆、陽付極網、氟塑料隔膜石棉布墊片、陰付極網、陰極闆組成。由于電解小室是串聯的，相鄰的電解小室共用一個極闆，該極闆同時 一個電解小室的陽極闆及相鄰電解小室的陰極闆。大部分氧氣、氫氣主要在陽付極網、陰付極網表面産生。氟塑料隔膜石棉布墊片由純溫石棉特級纖維織成，它具有一定的耐堿性和對堿液的浸潤性，它可以阻隔氣體的穿透，但不能阻止離子的運動，其作用是隔絕電解産生的氫氣及氧氣，防止氫氣、氧氣混合。
電解液從端極闆進入電解槽，穿過左、右極闆和由氟塑料隔膜石棉布墊片工藝卡疊加形成的液道環到達中間極闆内，再通過中間極闆下部的孔，經闆下部液道環，通過進液孔分配到各小室。堿液電解後與氫氣、氧氣形成混合物通過兩端的管道分别排出。（邊學習邊敲，這個東西有點費解，說明書裡面講的有點拗口，糊裡糊塗權當小學生學漢字了）。
（2）氫、氧分離器：分離器是圓柱形壓力容器，内部有蛇形冷卻管。其作用主要有：将水電解産生的氫氣或氧氣與循環的堿液分離；除掉氣體中的堿霧及液滴并降低氣體溫度；監視控制液位，維持電解過程中所需的電解液容量及氫、氧兩側系統壓力平衡。
（3）堿液循環泵：作用是通過泵使循環堿液獲得一定的揚程以克服循環通道上的阻力，保證堿液循環。一般采用防爆型屏蔽電動泵。
（4）加水配堿設備：加水配堿設備的作用是配制電解液，并向制氫系統提供電解過程中消耗的水，包括純水箱、堿液箱、配堿泵、補水泵等設備。
6、電解水制氫系統的主要系統流程
（1）氣體系統流程：電解槽接通直流電源，電解電流上升到一定值時，槽内的水就電解成氫氣和氧氣。
氫氣流程：從槽内電解小室陰極電解出來的氫氣與循環堿液一起借助于堿液循環泵的揚程和氣體的升力，通過極闆陰極側的出氣孔流過氫氣道環，從左右端極闆流出，彙合後進入氫分離器。在氫分離器中，由于重力的作用，氫氣和堿液分離；分離後的氫氣通過氫氣冷卻器降溫，氫氣捕滴器、氫氣氣水分離器除去夾帶的水分後，經差壓調節閥進入氫氣幹燥器，幹燥後的氫氣進入氫氣儲存罐。當發電機需要補氫時，氫氣經減壓後送入發電機。
氧氣流程：從電解槽電解小室陽極側出來的氧和堿液，從電解槽左、右端極闆流出，彙合後進入氧分離器進行氣液分離，經氧氣冷卻器降溫，氧氣捕滴器、氧氣氣水分離器除去夾帶的水分後，經壓力調節閥排空。
電解液循環流程：電解液循環的目的是向電極區補充電解消耗的水純水，帶走電解過程中産生的氫氣、氧氣和熱量，以便電解槽穩定工作；增加電極區電解液的攪拌，減少濃差極化電壓；降低堿液中的含氣量度，降低小室電壓，減少能耗。
壓力調節系統：作用是維持制氫設備的壓力在設定值工作。由壓力變送器測得的氧分離器壓力信号，經PLC運算後輸出調節閥開度指令信号，該信号轉換成氣壓信号驅動隔膜調節閥，改變調節閥開度，達到調節氧氣排放量，維持系統壓力的目的。
差壓調節系統：其作用是維持制氫裝置的氫、氧側壓力平衡，防止電解槽隔膜受壓損壞、氫氧混合、氣體純度下降等現象的發生。氫、氧側壓力差與氫、氧分離器液位差有關，壓力高側液位低，液位差大即壓力差大，所以，差壓調節以液位差作為目标調節。氫分離器液位計測得氫分離器的液位信号，氧分離器液位計測得氧分離器液位信号，PLC将這兩個信号進行比較運算，然後輸出調節閥開度指令信号，該信号轉換成氣壓信号，驅動隔膜調節閥，改變該閥開度，達到調節氫氣流量、維持氫、氧分離器液位相同，氫、氧系統壓力平衡的目的。
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