CN2591852Y - 氢气除湿降温装置 - Google Patents

Abstract

一种氢气除湿降温装置，其特性在于：主要包括氢－氢热交换器、温差电致冷器、立式氢气除湿器、水冷器及集污罐；其中，在立式氢气除湿器上部设有氢－氢热交换器，水冷器设于立式氢气除湿器的平面上，水冷器与立式氢气除湿器之间还设有温差电致冷器，在立式氢气除湿器下部设有集污罐；本实用新型主要是解决氢冷发电机组所用氢气湿度及温度超标，确保其湿度及温度指标达到国际或更高的行业标准；另一目的是解决目前氢气干燥器运行性能不稳定、维护频繁、维护量大、氢气管路结露出现腐蚀等问题。

Description

氢气除湿降温装置

技术领域

本实用新型涉及一种氢气除湿降温装置，该装置特别适用于发电厂各类型氢冷发电机组所用氢气的除湿降温，也适于其它气体的除湿降温。

背景技术

氢气作为发电机组定子、转子的冷却介质，能有效地降低发电机温度、减少通风损耗和转子表面摩擦损失，效率明显提高。发电机在运行过程中，常常由于氢源湿度大、含水的密封油漏入机内过多、发电机内氢冷却器泄露、发电机内部线棒、水接头、水盒等部位渗水等原因而使发电机内的氢气湿度过高，氢气湿度超标就会严重影响发电机定子、转子绕组的对地绝缘性，从而影响发电机组的效率和使用寿命以及发电机组的安全运行。因此作好氢冷发电机组的氢气监测及氢气除湿降温，是确保氢冷发电机组安全运行的重要工作。

以往对氢冷发电机组所用氢气的除湿，采用吸附原理的干燥器，可以使氢气的露点温度达到-40℃以下，而且氢气温度还会有所增高。氢气过于干燥会造成绝缘收缩，引起固定结构部分松弛，严重的会影响到绝缘垫块，使其干裂。不符合原电力部安生技[1996]60号文件(露点应小于-5℃，同时又不低于-25℃)的规定。国内运行的氢冷发电机组普遍严重漏油，会使吸附剂受到油分子的污染，引起吸附剂中毒失效。吸附式干燥器的工作过程是一个升温过程，被处理后的氢气是热干氢气，对于冷却发电机来说是不相符的。从原理上来讲更适于制氢站的氢气干燥。

目前广泛使用的冷凝式干燥器是利用水蒸汽遇冷凝结的原理，通过制冷循环将氢气温度减低至所需露点温度以下，多余的水份被凝结成霜或液态水，然后经过热氢化霜排出。就其原理而言主要有两个类型：

1、压缩机冷凝式干燥器

该类型设备制冷速度快操作简单，但存在着严重的不足，由于其采用的压缩机组是转动承压设备，震动大、使用时现场环境恶劣、温度高及运输过程中损坏等因素，容易造成制冷剂泄露、零部件损坏等一些机械方面故障，使之运行稳定性差，存在一定的维护量，用户往往束手无策，生产厂家售后服务工作量大，难以满足用户的需求。另外，该设备所采用的制冷剂是氟利昂，是对环境污染严重的物质，随着全球性限制氟利昂的使用，保护大气层的呼声越来越高，因此，压缩机冷凝式干燥器的发展也受到了限制。

2、半导体制冷式干燥器

半导体制冷是利用珀尔贴效应而发展起来的一门电子制冷新技术。牡丹江第二发电厂科技开发公司生产的BLNG-F型氢气干燥器利用的就是这种技术，该型氢气干燥器无需制冷工质，不存在制冷剂泄露及机械故障，设备紧凑，对环境没有污染，是一种值得发展的干燥技术。目前，半导体制冷式干燥器还存在着一些不足，如半导体组件的选配功率低、数量少，使制冷深度达不到要求。所有的管路、容器均不是防腐材料，长期运行易于腐蚀。另外，该设备的冷却水系统中的管路口径小及水箱内的通流面积小，不能有效地降低制冷组件工作时产生的热量，使其制冷量受到很大的影响。更为主要的是制冷组件的接线方式，即先并联几个支路，然后在每个支路中再串联若干个制冷组件。若某个并联支路有一个制冷组件损坏，均将使该支路断路，导致整个设备不能正常运行。更换制冷组件时由于工艺及条件受到现场环境的制约，往往达不到设计所需，导致恶性循环。这些问题如能获得解决，半导体制冷式氢气干燥器将具有很大的发展前途。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺点，本实用新型提供一种氢气除湿降温装置。

本实用新型采用的技术方案是：一种氢气除湿降温装置，其特性在于：主要包括氢-氢热交换器、温差电致冷器、立式氢气除湿器、水冷器及集污罐；其中，在立式氢气除湿器上部设有氢-氢热交换器，水冷器设于立式氢气除湿器的平面上，水冷器与立式氢气除湿器之间还设有温差电致冷器，在立式氢气除湿器下部设有集污罐。

上述温差电致冷器在立式氢气去湿器的一侧均匀布置。

水冷器具有U型通道。

温差电致冷器具有独特的接线方式，即温差电致冷器先串联若干组，每组中再并联若干温差电致冷器。

温差电致冷器冷端与立式氢气去湿器紧密接触，而热端与水冷器紧密接触，立式氢气去湿器内部有氢气流通管，底部接集污罐，温差电致冷器外接直流电源。

立式氢气去湿器由在一排平面布置的不锈钢材质的气体流通管上铸铝合金构成，气体流通管上部中的一半连通至氢-氢热交换器入口，另一半接氢-氢热交换器的出口，气体流通管下部全部接在集污罐上。

氢-氢热交换器外型为圆柱形状，结构是内部有若干根气体连通管，两端用圆形孔板限位固定；在氢-氢热交换器的两端分别设有氢气入口法兰及出口法兰，在其两端头设有端头堵板。

在氢气由氢-氢热交换器与立式除湿器之间设有入口母管、出口母管，在入口母管、出口母管之间设有堵板；在立式除湿器下端设有集污罐，在集污罐的一端头设有排污门。

本实用新型适于发电厂氢冷发电机组所用氢气的除湿降温。

根据目前氢气干燥设备存在的问题，按照氢冷发电机组所用的氢气湿度标准及规范，本实用新型提供了一种氢气除湿降温装置，该装置的显著特点是采用温差电致冷器为制冷组件、氢-氢热交换器控制干冷氢气温度、立式氢气除湿器、独特的循环冷却水系统及温差电致冷器科学的接线方式。

本实用新型主要是解决氢冷发电机组所用氢气湿度及温度超标，确保其湿度及温度指标达到国际或更高的行业标准；另一目的是解决目前氢气干燥器运行性能不稳定、维护频繁、维护量大氢气管路结露出现腐蚀等问题。

附图说明

图1、2是本实用新型的结构示意正、侧视图；

图3是本实用新型温差电致冷器排列侧视示意图；

图4是本实用新型中立式氢气除湿器结构示意主视图；

图5、图6是本实用新型中氢-氢热交换器结构示意主、侧视图；

图7是本实用新型中循环冷却水系统图；

图8是本实用新型中温差电致冷器接线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

一种氢气除湿降温装置，它是实现将氢冷发电机组所用氢气进行冷凝除湿以及使除湿后的氢气温度达到15℃-20℃的干冷氢气的器件。氢-氢热交换器在提高冷干氢气的同时对热湿氢气进行预冷。去湿后的冷干氢气经氢-氢热交换器与入口热湿氢气进行热交换，其温度可上升至15℃-20℃，再经氢气管道进入发电机组对发电机进行冷却。

如图1、2所示，本实用新型主要包括氢-氢热交换器1、温差电致冷器2、立式氢气除湿器3、水冷器4及集污罐5；在立式氢气除湿器3上部设有氢-氢热交换器1，水冷器4设于立式氢气除湿器3的平面上，水冷器4与立式氢气除湿器3之间还设有温差电致冷器2，在立式氢气除湿器3下部设有集污罐5。

如图4所示，立式氢气除湿器3上有氢气除湿器入口母管6、氢气除湿器出口母管7、氢气除湿器连通管8、排污门14、氢气除湿器出入口母管间堵板9；

如图5、6所示氢-氢热交换器上有氢气入口法兰18、氢气出口法兰19、连通管16、孔板15、端头堵板17；

如图7所示循环冷却水系统上有循环冷却水入口母管11、循环冷却水出口母管10、水冷器4、水冷器入口管13、水冷器出口管12；

如图8所示温差电致冷器的接线方式为将其先串联若干组，每组中再并联若干个温差电致冷器。若其中的一个或几个温差电致冷器发生故障，将不会影响其它的温差电致冷器正常工作运行，而制冷量只是减少了温差电致冷器总数量分之一或之几，不会影响设备的正常运行。

如图1、2所示其中，温差电致冷器2在立式氢气除湿器3的一侧均匀排布，  (如图4所示)其冷端与立式氢气除湿器3紧密接触，而热端与水冷器4紧密接触，立式氢气除湿器内部有氢气流通管8，底部接集污罐5，温差电致冷器2外接直流电源。

立式氢气除湿器3是实现氢气与温差电致冷器2进行热交换的器件，其结构是在一排同一平面布置的气体流通管上铸铝合金，从而形成的具有良好导热性的合金板，气体流通管中上部的一半接氢-氢热交换器的入口6，另一半接氢-氢热交换器的出口7，气体流通管的下部均接在集污罐5上。

如图5、6所示，氢-氢热交换器1是实现除湿后的氢气温度达到15℃-20℃的干冷氢气的器件，其外型为圆柱形状，结构是内部有若干根气体连通管16，两端用圆形孔板15限位固定；在氢-氢热交换器1的两端分别设有氢气入口法兰18及出口法兰19，在其两端头设有端头堵板17；入口氢气从气体连通管16内通过，出口氢气从气体连通管16之间的空隙通过，一方面可以对入口氢气进行预冷，另一方面可以使出口氢气温度达到15℃-20℃之间，使氢气更好地对发电机进行冷却，减少热损耗。U型通道的循环水冷却器，大流量的流通口径，加大了循环冷却水的流量，提高了冷却效果。

温差电致冷器2是采用TEC1-12712型，结构尺寸为50mm×50mm×3.9mm，额定工作电压为直流≤13.97V，也可以选用其它型号的温差电致冷器，如TEC1-12709型。温差电致冷器的特性是通以要求的直流电源时，其一个端面吸收热量(冷端)，另一个端面将放出热量(热端)。

水冷器4的作用是将温差电致冷器2工作时热端产生的热量，经过水冷器4内的循环水带走。

如图7所示，冷却循环水系统是给温差电致冷器进行散热工作的，若干个水冷器4并联在冷却水出、入母管上，冷却水由冷却水入口母管11经过水冷器入口管13，进入水冷器4，再经过水冷器4中的U形通道流经水冷器出口管12到达冷却水出口母管10。至此形成循环。

本实用新型的工作过程如下：

将本实用新型串联在氢冷发电机组的氢气循环管路中，氢气由氢-氢热交换器1的入口18经过氢气除湿器入口母管6进入立式除湿器3，再通过氢气除湿器出口母管7流入到氢-氢热交换器1中，再由氢-氢热交换器1的氢气出口19流出。(如图4所示)在氢气由氢-氢热交换器1与立式除湿器3之间设有入口母管6、出口母管7，在入口母管6、出口母管7之间设有堵板9；在立式除湿器3下端设有集污罐5，在集污罐5的一端头设有排污门14。

给温差电致冷器2通以其要求的直流电源时，温差电致冷器2的冷端吸收立式氢气除湿器3的热量使之温度降低，从而使流经在氢气除湿器3中的氢气被降温，氢气中的水份被凝结出来进而结成霜，被除湿后的氢气由氢气除湿器出口母管7流入氢-氢热交换器1，在氢-氢热交换器1中与设备氢气进行热交换，通过氢-氢热交换器1氢气出口19流出，温差电致冷器2冷端吸收的热量及自身工作产生的热量由热端放出并由水冷器4内的循环水带走。

温差电致冷器2工作一定时间后，切断直流电源，因为立式除湿器3的冷源已停止工作，所以热湿氢气将使立式除湿器3的温度上升，在立式除湿器3外表温度达到0℃以上时，氢气在立式除湿器3内凝出的霜缓成水流入氢气除湿器3下部的集污罐中，由排污阀排走。

缓霜工作结束后，再通以要求的直流电源，本实用新型又重复上述工作过程。

本实用新型用于氢冷发电机组所用氢气除湿降温时的工况参数如下：

温差电致冷器的致冷量    7680W(循环冷却水温度小于35℃时)

氢气入口温度：          ≤50℃

氢气出口温度：          15℃-20℃

氢气处理量：            ≤4m³/分

氢气工作压力：          ≤0.6Mpa

冷却水流量：            ≥3m³/小时

冷却水温度：            ≤35℃

常压下出口氢气含湿量：  ≤1.0g/m³

机内氢气露点温度：      -10℃--25℃

适用于发电机组容量：    50MW-800MW

设备容器及管路材质均为不锈钢

本实用新型的工作过程是由微电脑控制系统实现自动工作运行的。

本实用新型是按如下过程工作：

按动控制系统的启动键，控制系统控制固态继电器接通电源系统给温差电致冷器2通以要求的直流电源，进入除湿降温工作运行，同时电脑计时器开始工作，设定的时间一结束控制系统通过固态继电器自动切断电源，进入缓霜运行，在缓霜运行状态中，由立式氢气除湿器3中的测温元件采集到的温度信号，送入控制系统中，当温度超过设定值时，控制系统控制固态继电器自动接通电源返回除湿降温运行工作，从而实现自动控制连续运行。在氢-氢热交换器1的氢气出、入口上还各装有一个测温元件，在冷却循环水入口母管上也装有一个测温元件。另外，在水冷器上安装了热偶保护器，当其温度超过某一数值，控制系统会通过固态继电器切断电源系统并报警。

控制系统采用微电脑集中控制，5.7寸液晶汉字显示屏，有出、入口氢温监测，立式除湿器温度监测，循环冷却水温度监测，循环冷却水流量监测，直流电流、直流电压监测，压力露点温度、压力绝对湿度自动换算显示，运行状态、时间显示，水冷器超温保护显示，断电自动恢复功能。

根据使用现场的要求还可以设计远程在线监控功能。

本实用新型具有的优点：

1、以温差电致冷器制冷方式取代了常规压缩机制冷技术，消除了因制冷剂泄露而污染环境的可能性；

2、静态工作、安装简捷，没有转动部件，无噪音、无振动、无磨损，运行安全、稳定可靠；

3、温差电致冷器的接线方式消除了维护量，达到免维护；

4、设备出口氢气温度可以控制在15℃-20℃之间，使氢气更好的对发电机进行冷却，减少热损耗；

5、立式除湿器使氢气中的油质不能存留，提高了换热效率；

6、容器及管路的材质均采用不锈钢材料，避免了腐蚀隐患；

7、大流量的循环冷却水系统，使温差电致冷器的热量更有效地排放，增加了温差电致冷器的制冷量。

综上所述，为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型创作精神所作的结构上的等效替换，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1、一种氢气除湿降温装置，其特性在于：主要包括氢-氢热交换器、温差电致冷器、立式氢气除湿器、水冷器及集污罐；其中，在立式氢气除湿器上部设有氢-氢热交换器，水冷器设于立式氢气除湿器的平面上，水冷器与立式氢气除湿器之间还设有温差电致冷器，在立式氢气除湿器下部设有集污罐。

2、如权利要求1所述的一种氢气除湿降温装置，其特性在于：上述温差电致冷器在立式氢气去湿器的一侧均匀布置。

3、如权利1所述的一种氢气除湿降温装置，其特性在于：水冷器具有U型通道。

4、如权利1或2所述的一种氢气除湿降温装置，其特征在于：温差电致冷器具有独特的接线方式，即温差电致冷器先串联若干组，每组中再并联若干温差电致冷器。

5、如权利1所述的一种氢气除湿降温装置，其特征在于：温差电致冷器冷端与立式氢气去湿器紧密接触，而热端与水冷器紧密接触，立式氢气去湿器内部有氢气流通管，底部接集污罐，温差电致冷器外接直流电源。

6、如权利1所述的一种氢气除湿降温装置，其特征在于：立式氢气去湿器由在一排平面布置的不锈钢材质的气体流通管上铸铝合金构成，气体流通管上部中的一半连通至氢-氢热交换器入口，另一半接氢-氢热交换器的出口，气体流通管下部全部接在集污罐上。

7、如权利1所述的一种氢气除湿降温装置，其特征在于：氢-氢热交换器外型为圆柱形状，结构是内部有若干根气体连通管，两端用圆形孔板限位固定；在氢-氢热交换器的两端分别设有氢气入口法兰及出口法兰，在其两端头设有端头堵板。

8、如权利1或7所述的一种氢气除湿降温装置，其特征在于：在氢气由氢-氢热交换器与立式除湿器之间设有入口母管、出口母管，在入口母管、出口母管之间设有堵板；在立式除湿器下端设有集污罐，在集污罐的一端头设有排污门。

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