HS—200型制氢装置的技术与经济分析

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HS—200型制氢装置的技术与经济分析

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2008-9-24 10:42:09

HS—200型制氢装置的技术与经济分析梁世荣张乐荣 0 概述 南海市发电A厂2×200MW机组，安装了两台美国能源公司（TELE DYNE）生产的HS—200型制氢装置，其出力及氢气品质很好地满足了本厂发电机组对氢气的各种要求。本文主要结合该装置在本厂的运行情况论述其技术特点、运行方式及经济性。 1. 设备结构及参数 HS—200制氢装置是由两个并排的单独箱柜装配而成。一是氢气发生器柜，一是电源柜，各个柜的重量约是900kg。氢气发生器柜装有电解过程所需要的一切机械部件、必需品及管路设备，而电解过程所产生的氢气、氧气也都由此柜输出。电源柜装有变压器、控制仪表的所有元件，电源柜内部的一个单独的控制箱内排列着装置有效运行所需的一切指示灯及仪表。表一 HS—200制氢装置的主要技术参数项目数据给水最小电阻率 Kohm-cm 200 给水最大消耗量升/时 11 预加压气体压力范围 Kg/cm² 4～7 电源额定电压 V 380 最大产氢量米³/时 11.2 　 2．启动、运行、停机方式 2．1启动方式 该制氢装置的启动操作十分简单，只要把开关按钮转到on位置上，就可使装置开始运转。此时装置自动依次进入：预加压阶段：为使电解槽在开始之前建立起单循环条件，启动的第一步是由氮气给装置的氢侧加压，时间为30分钟。加压结束，KOH泵开始运转进行电解液的循环，如果KOH储罐中的KOH液位于正常值，则系统会自动补水，使KOH液位达到正常值。同时装置开始用氮气对装置的氧气管道系统进行吹扫，时间约2分钟。接着电解开始：该阶段电解槽的电流处在空载状态，空载电流为70安培，电解最初两分钟的氢气是放空的。随着电解的进行，装置慢慢地加压。 2．2运行方式 在装置压力足以切换氢气和氧气这两个压力开关上的低设定之前，HS制氢装置都保持在启动模式，当装置压力接近低设定时，电解槽电流开始增加。随着电流增加，氢气压力会迅速上升，从而系统进入运行模式。 2．3停机方式 正常的停机操作十分简单，只要把开关按钮转到OFF位置即可使装置停止运行。为保证装置的运行安全可靠，装置本身对重要的运行参数进行了在线监控，当这些参数超出设定值时，装置本身会自动停机。有11种情况会造成装置在运行时停机。每种停机情况都有一只独立的指示灯或闩锁继电器灯辨认，以便查找原因，恢复运行。停机情况列表如下：装置停机情况指示灯设定值氧气中的氢气温度高 DS8 高于环境温度93℃ KOH温度高 DS7 85℃ KOH液位高 K14 S6（刻度） KOH液位低 K8 S5（刻度）氢气压力高 K9 9.1kg/cm² 氧气压力高 K10 8.1 kg/cm² 氢气压力低 K11 6.3 kg/cm² 氧气压力低 K12 5.6 kg/cm² KOH流量低 K7 23升/分给水纯高低 FQI 200kohm-cm 电源电压低 DS23 降低15% 　 3．主要技术特点及功能 3．１电解液 　　由于水的电离常数很低，电阻较高，所以纯水的电解效率很低，减性电解采用强碱水溶液以提供大量氢氧根离子（ＯＨˉ），并减小电极之间的电阻。当电极之间加上一定的电压，直流电流通过时，在每个电极上将会发生单独的半电池化学反应，反映速率与电极之间通过的电流大小成正比。在阳极： 4ＯＨˉ→Ｏ_２＋2Ｈ_２Ｏ＋4ｅ在阴极： 4Ｈ_２Ｏ＋4ｅ→2Ｈ_２＋4ＯＨˉ 总反应： 2Ｈ_２Ｏ→2Ｈ_２＋Ｏ₂ ＨＳ制氢装置采用的电解液为浓度２５％的ＫＯＨ水溶液。其ＫＯＨ要求为试剂纯。具体要求如下：（固体８５％片状为例，液体的相应要求按此换算即可）氢氧化钾ＫＯＨ ≥ ８５％碳酸钾Ｋ_２ＣＯ_３ ≤ ２．０％氯化物ＣＬ ≤ ０．０１％氮的化合物（如Ｎ） ≤ ０．００１％磷酸盐ＰＯ_４≤ ５ＰＰｍ硫酸盐（ＳＯ_４） ≤ ０．００３％氢氧化铵沉淀物 ≤ ０．０２％重金属（如Ａｇ） ≤ ０．００１％铁Ｆｅ ≤ ０．００１％镍Ｎｉ ≤ ０．００１％钠Ｎａ ≤ ０．０５％ 3．3电解槽 ＨＳ制氢装置的核心是电解槽，这是将水分解成氢气和氧气的基本过程的地方．电解槽有一系列单独的电解池所组成，其中氢气和氧气在各个电极表面产生，每个电解池中的电极用浸有电解液的多孔性隔膜材料隔开。电解槽采用压滤器结构。电解槽的布置要求电解能通过每个电解池进行循环。HS制氢装置电解槽的独特之处在于它只需要电解液通过每个电解池的阳极（氧气）半电池一侧进行循环。 3．3电解液子系统 HS制氢装置在运行过程中，起电解液在闭合的管路中不断循环，不断地向电解槽的各电解池供水，同时排除过程产生的热量。各电解池所产生的氧气随电解液一起带走并在KOH储罐中分离，电解液在热交换中冷却。流量开关及温度传感器为电解液流量及温度控制提供了保证。当电解液流量过低或电解液温度过高时装置都会停止运行。 3．4给水子系统 给水子系统将电解所需的高纯度水输送到KOH储罐的电解液中，该系统包括一只过滤器（装在HS制氢装置的外部）、水纯度监控装置、高压水泵等。HS制氢装置在最高氢气产率11.2米³/时，约消耗11升/时的水。在其他产气率时，给水消耗率与其成正比。如过水的电阻率低于200千欧厘米，装置将发出报警信号，并在10秒钟内停止运行。该系统还保证电解液子系统中的KOH储罐的液位，实现自动补水。 3．5冷却水子
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