氫氣除濕的方法分析

2021-08-21 23:52:54 字數 3404 閱讀 7974

作者:admin  2008-09-04 14:20:28

從90年國產第一台冷凝式氫氣乾燥器誕生以來,至今全國已有十餘家氫氣乾燥器的生產廠家。主要生產三種型別的氫氣乾燥器:冷凝式氫氣乾燥器、電子製冷式氫氣乾燥器和再生吸附式氫氣乾燥器。

有些電廠先後選用了幾家的產品,但發電機內氫氣濕度卻一直不能達標,另有些電廠氫氣乾燥器安裝後,發電機內氫氣濕度達標了,但頻繁的故障和較大的維修、維護工作量卻使人頭痛不已。鑑於以上情況,許多發電廠對於如何選擇一種合適的氫氣乾燥裝置感到茫然,於是將目光投向**昂貴的國外同類產品。那麼究竟何種型別的氫氣乾燥器才能真正適合目前在我國各發電廠推廣使用呢?

下面我就這一專題結合我公司十幾年來研製生產和安裝調式氫氣乾燥器所積累的技術和經驗做乙個介紹。

我們先來分析一下發電機內氫氣的除濕要求。

根據dl/t651-1998《氫冷發電機氫氣濕度的技術要求》,執行於環境溫度20℃以上的發電機機內氫氣**不大於0℃,不小於-25℃,執行於環境溫度0-20℃的發電機機內氫氣**不大於-5℃,不小於-25℃。由於發電機氫氣乾燥迴圈只是部分迴圈,為了滿足發電機內氫氣濕度要求,氫氣乾燥器的出口氫氣工作壓力下的**最佳範圍是-15℃—-25℃。

發電機內的水分**主要是密封油中的水分、製氫站來氫中的水分及剛檢修完的機組中內部殘留的水分等。目前國內氫冷發電機頂軸密封潤滑油中的含水量普遍較高,在發電機不漏油的情況下,密封油中的少量水分滲透過密封軸瓦進入到發電機內的氫氣中,在發電機漏油的情況下,大量的水分直接蒸發到發電機內氫氣中。目前我國大部分發電機存在密封油向機內漏油的情況。

總體來看,發電機內的氫氣中水分**普遍較大。

根據我們的經驗,目前能夠使所有漏油較嚴重、氫氣濕度較大的200-600mw發電機內氫氣濕度在72小時內達標的氫氣乾燥器,必需滿足以下條件:氫氣乾燥器必需耐油,並能順利的排油、排汙;對於間歇式除濕的氫氣乾燥器,其氫氣處理量應在80nm3/h以上,出口氫氣工作壓力下的**在-15℃以下的持續除濕時間應不少於2小時,間歇時間應不大於1小時。對於持續除濕的氫氣乾燥器,其氫氣處理量應在50nm3/h以上,出口氫氣工作壓力下的**在-15℃以下。

為確保適用於所有發電機的氫氣除濕,氫氣乾燥器必需滿足以上條件,才能推廣應用,

我們再來分析一下幾種型別的氫氣乾燥器的除濕原理和優缺點。

氫氣去溼的方法有兩種,一種是冷凝式除濕,即:使用製冷裝置將氫氣的溫度降低,使其中的水分以結露或結霜的形式析出,再經過化霜將析出的水分排出,從而達到氫氣去溼的目的。另一種是吸附式除濕,即:

使氫氣在裝有吸濕劑的容器中流動,使其中的水分被吸濕劑吸收,從而達到氫氣去溼的目的。根據使用製冷裝置的不同,冷凝式除濕裝置又分為機械製冷式和電子製冷式二種。通常前者稱冷凝式氫氣乾燥器;後者稱電子製冷式(或稱半導體製冷式)乾燥器。

我們知道,機械製冷技術目前已是一種成熟的技術,它可以比較經濟的實現很大的製冷量和很低的製冷溫度,已被廣泛應用。由於目前環保製冷劑r134a和r404a的問世,機械製冷已不必為環保問題擔心。冷凝式氫氣乾燥器由於採用機械製冷和金屬換熱器結構,因此具有製冷溫度低、效率高,製冷量和溫度容易控制,內部風阻小,除濕流量大、除濕效果好,不受氫氣中的油汙、灰塵影響等優點。

由於機械製冷裝置是轉動承壓裝置,因此存在容易洩漏,易出故障的問題,並且維修專業性強、難度大。這是目前冷凝式氫氣乾燥器普遍存在的問題。但是這些問題通過技術的提高和工藝的改進是不難解決的。

電子製冷是二十世紀五十年代發展起來的人工製冷技術,其製冷方法是:在兩塊金屬板之間按相同方向排列大量的p、n型半導體材料,形成同向的異種導體接觸面,製成製冷元件。當給製冷元件通以一定的直流電流時,異種導體接觸面將發生珀爾貼效應,其一端(熱瑞)溫度公升高放出熱量,另一端(冷瑞)溫度降低吸收熱量,因而達到製冷的目的。

由於電子製冷不存在轉動裝置,因此電子製冷式氫氣乾燥器具有無磨損、無振動、無噪音、不汙染環境、維護量小等優點。但電子製冷技術至今仍無較大發展,原因是找不到一種珀爾貼效應較強的異種導體接觸面,目前半導體製冷元件的珀爾貼效應仍然較弱,製冷效率很低。同時發生珀爾貼效應的異種導體接觸面較薄,材料的導熱係數較大,冷、熱麵的熱傳導較強,因此電子製冷不利於保溫,隨著製冷深度的增加,冷、熱麵的熱傳導加強,電子製冷的製冷效率會進一步變低(30℃對-15℃的能量製冷利用率不到10%,實際製冷係數不到0.

4)。用半導體製冷元件進行低溫製冷很不經濟。這種製冷技術目前還只適用於微小環境的製冷,不適用於要求製冷量較大的發電機的氫氣除濕。

另外,因目前半導體製冷元件的效能、質量等問題的制約,亦使電子製冷式乾燥器的故障率較高。

再生吸附式乾燥器具有出口氫氣濕度小,除濕效果好,振動和噪音小,不易出故障等優點。由於採用吸濕劑除濕,其主要缺點是氫氣處理量小,氫氣中的油汙、灰塵對除濕效果影響很大,甚至使吸濕劑失去除濕能力, 吸濕劑在再生加熱時和冷卻時都會產生溫度的不均勻變化,如加熱時,吸濕劑顆粒外部先熱,內部後熱;冷卻時乾燥劑顆粒外部先冷,內部後冷。由於熱脹冷縮原因產生內應力變化,這種變化最終將導致吸濕劑顆粒粉末化,粉末可能由氫氣流帶入發電機內,造成對發電機的汙染,因此必須定期清洗或更換吸濕劑,維護工作量和工作難度較大。

為克服油汙和吸濕劑粉末化的不良影響,要加裝過濾裝置,使裝置複雜化,同時維護量也加大。如果發電機有漏油的情況,則應慎重選擇該種乾燥器。

通過以上的分析,我們可以看出冷凝式氫氣乾燥器能夠適用於所有的氫冷發電機,再生吸附式乾燥器適用於漏油情況較少的發電機。電子製冷式乾燥器由於電子製冷技術的限制,難以滿足發電機的除濕要求,應盡早淘汰。

由於目前我國大部分發電機存在密封油向機內漏油的情況,因此,只有冷凝式氫氣乾燥器適合目前在我國各發電廠推廣使用。再生吸附式乾燥器由於徹底解決油汙染問題的難度較大,成本較高,目前還不易推廣使用。隨著技術的提高,發電機漏油問題的解決,再生吸附式乾燥器在未來才會有光明的應用前景。

由於冷凝式氫氣乾燥器存在相對容易洩漏,易出故障、維修專業性強、難度大的缺點,因此設計製造和選擇應用冷凝式氫氣乾燥器應考慮以下幾個方面。

1. 結構合理,排油排汙順利,整體外觀盡可能的小巧美觀。

2. 採用防振動結構和防洩漏措施,卻保製冷系統耐振動,不洩漏;採用先進的製冷裝置和技術,杜絕冷凝式氫氣乾燥器容易洩漏,易出故障的問題。

3. 考慮整機的拆、修工藝性,使整機裝、拆、維修、換件都非常容易,並設計簡單易行的維修、維護工藝,使非專業人員參照維修工藝說明書也可以輕鬆的進行維修、維護。

4. 智慧型化的自動控制系統,使用操作盡可能最簡單,並能夠自動分析並指示各種故障或異常情況。跟據指示,參照維修工藝說明,輕鬆的進行維修、維護。使維修、維護工作簡單化。

5. 精密溫控執行,製冷溫度控制在-15℃-35℃之間波動,使壓縮機有充足的休息時間,延長其使用壽命。

6. 對於間歇式除濕的氫氣乾燥器,其氫氣處理量應在80nm3/h以上,製冷溫度在-15℃以下的持續除濕時間應不少於2小時,化霜間歇時間(包括製冷溫度在-15℃以上的時間)應不大於1小時。對於持續除濕的氫氣乾燥器,其氫氣處理量應在50nm3/h以上,製冷除濕溫度應在-15℃以下。

7. 執行安全可靠,整機應按氫氣系統執行防爆要求進行防爆設計。具有必要的防爆效能。

8. 符合環保要求,按綠色環保要求設計。

我公司的新一代產品qlg-ⅴ型冷凝式氫氣乾燥器具備上述的所有特徵,敬請各位留意選用。

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