專利名稱：一種氣體干燥裝置及其用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開了一種氣體干燥裝置及其用途，該裝置特別適合于對火力發(fā)電廠大型發(fā)電機所用氫氣的干燥，也適合對其它各種氣體進行干燥。
火力發(fā)電廠中用的發(fā)電機其定子線圈在工作過程中需要冷卻，一般采用空氣冷卻、水冷卻或氫氣冷卻。
目前，大型發(fā)電機中的定子線圈絕大多數采用氫氣冷卻，由于冷卻氣體直接與定子線圈接觸吸收其熱量，故氣體中的含濕量(含水量)對線圈的絕緣性有很大影響，這就需要對氫氣進行除濕干燥。
以往對大型發(fā)電機所用氫氣的除濕，采用物理吸附方式，即讓氫氣流過盛滿硅膠、無水氯化鈣、分子篩等吸附劑的干燥罐，利用這些吸附劑易吸附水分子的物理特性進行除濕。但由于吸附劑吸附深度有限(易達到飽合)，易受氫氣內夾帶的油分子污染，往往經常更換吸附劑也無法達到氫氣濕度標準；而在有氫氣的現場環(huán)境中做更換吸附劑的操作比較危險，操作也很復雜繁重，且材料消耗十分巨大，至使長期以來，發(fā)電廠氫冷發(fā)電機組氫氣濕度一直嚴重超標，并因此發(fā)生了一系列與氫氣濕度相關的發(fā)電機線圈短路事故，損失很大。
本專利申請人在參考國外同類型產品的基礎上，研制成功了LNG-I型冷凝式氫氣干燥裝置，采用了與物理吸附除濕截然不同的除濕原理，即氣體在一定的壓力下，其飽合水蒸汽的含有量與溫度存在一一對應的關系，因此可以采用降低氣體溫度的方法，達到對氣體除濕的目的，即要達到某一濕度指標，只需達到某一溫度值，通過對氣體冷卻的方法來這到去除其中所含水份的目的。從原理上講，冷凝除濕與氣體冷凝是不同的。這種冷凝式氫氣干燥裝置主要由氟里昂壓縮制冷系統(tǒng)、蒸發(fā)器(氫氣在其內部被降溫，使其中水份凝結出來，從而被除濕或干燥)和控制系統(tǒng)組成。冷凝式氫氣干燥裝置與吸附式氫氣干燥裝置相比雖有如下特點(1.)除濕深度低；(2.)安全性能高；(3.)操作簡單。但卻存在著嚴重的不足，由于冷凝式氣體干燥裝置制冷壓縮機組系轉動承壓設備，振動大、現場使用時條件惡劣、環(huán)境溫度高、加之運輸中損壞等原因，容易造成制冷劑泄漏、零部件損壞及其它一些機械方面故障，影響運行可靠性，使得設備存在一定的維護量，用戶由于缺乏專業(yè)維護人員，往往束手無策。加之設備生產廠家售后服務工作量大，難以滿足使用單位的需求。另外，冷凝式氫氣干燥裝置采用的制冷劑(氟里昂)是一種對環(huán)境污染十分嚴重的物質，易漏泄，隨著環(huán)保呼聲的日益強烈，全球將禁用氟里昂制冷劑，這些均使得人們迫切需要一種新型適用的氣體干燥裝置出現，特別是在大型火力發(fā)電廠的氫冷發(fā)電機上。
本發(fā)明的目的是提供一種氣體干燥裝置及其用途。
本發(fā)明的目的是這樣實現的一種氣體干燥裝置，它有除濕熱交換器、半導體制冷組件、冷卻水箱，半導體制冷組件一端與除濕熱交換器緊緊接觸，另一端與冷卻水箱緊緊接觸，除濕熱交換器內部有氣體流通管，氣體流通管的底端接排污閥，半導體制冷組件外接直流電源。
其中，半導體制冷組件在除濕熱交換器的一側或兩側均勻布置。
除濕熱交換器是實現被除濕氣體與半導體制冷組件進行熱力交換的器件，其結構是在一排氣體流通管上鑄鋁而形成導熱性好的鋁塊，氣體流通管中的一部分流通管上部接進口，另一部分流通管的上部接出口，流通管下部均接在集水罐上。
本發(fā)明所述裝置適于對火力發(fā)電廠大型發(fā)電機組所用氫氣的干燥。


圖1是本發(fā)明結構示意側視圖；圖2是本發(fā)明結構示意主視圖；圖3是本發(fā)明結構示意后視圖；圖4是本發(fā)明另一種結構形式示意圖；下面結合附圖對本發(fā)明的結構作進一步的詳細說明實施例1一種氣體干燥裝置，它是實現使氣體降溫從而將氣體所含水分凝結出來的器件，如圖所示，其結構是它有除濕熱交換器1、半導體制冷組件2、冷卻水箱3；如圖2所示，除濕熱交換器1有上連箱9、集水罐8、氣體流通管4；圓柱形上連箱9的中部由隔板10分為兩個互不連通的腔，一個腔上開有進口6，另一腔上開有出口7，本發(fā)明所述裝置可選多根氣體流通管4，本實施例選用十根，其中五根一端與進口腔相連通，另一端與集水罐8相通，另五根一端與出口腔相連通，另一端也與集水罐8相通，從而形成兩級流程結構；沿一排均布豎直方置的十根氣體流通管4被整體鑄造成導熱性能良好且表面平整的鋁板，圓柱形集水罐8的底端裝有排污閥5，上述各部分組成熱交換器1；半導體制冷組件2是采用市面上銷售的TEC1-3139型半導體制冷組件，結構尺寸為55×55×8mm，額定工作電壓為直流≤4.1V，選用其它型號的半導體制冷組件也可以，如TEC1-1771型；按常規(guī)熱力工程計算及制冷設計要求，確定半導體制冷組件2的數量(假定選用40塊或其它)將半導體制冷組件2按冷熱端面方向一致，根據今后工作時所接外界直流電源參數的選擇要求將半導體制冷組件串、并聯后，隨意分成若干組，每組(如4塊或其它)由專門設計的一個冷卻水箱將其緊緊壓接固定在除濕熱交換器1鋁板的一面(如圖1所示，鋁板的另一面可加裝保溫材料11，用束與外界隔熱)或兩面(如圖4所示)。
可作成各種形狀的冷卻水箱3可由鋁板制成；多個(如8個或其它)冷卻水箱3由冷卻水管串、并聯接，組成冷卻水系統(tǒng)，即冷卻水從進水管12流到冷卻水箱3內，由出水管13流出，對半導體制冷組件2的熱端進行冷卻。
本發(fā)明的工作過程如下將本發(fā)明所述裝置串聯于氫冷發(fā)電機組氫氣循環(huán)管路中，被除濕氫氣由上連箱9的進口6進入除濕熱交換器1，經氣體流通管4后，由出口7流出，如圖3所示；按半導體制冷組件2的工作要求(如選用40塊半導體制冷組件，若每20塊串聯后再并聯時可通以82V以下的工作電壓)給其通以直流電，半導體制冷組件2的冷端吸收除濕熱交換器1的熱量使之降溫，從而使流經在氣體流通管4內的氣體被降溫，氣體中的水份被凝結出來進而結成霜，被干燥的氫氣由氣體流通管4的出口7流出，半導體制冷組件7冷端吸收的熱量及其自身工作產生的熱量由熱端放出并由冷卻水箱3內的循環(huán)水帶走。
用于發(fā)電機氫氣干燥時的工況參數如下氫氣進口溫度 ≤60℃氫氣出口溫度 ≤-9℃氫氣流量 ≤50標準立方米/小時氫氣工作壓力 ≤0.6兆帕常壓下氫氣含濕量 ≤15克/立方米(進氫口)≤2.5克/立方米(出氫口)適用發(fā)電機組容量 50～600兆瓦冷卻水流量≤3噸/小時半導體制冷組件的制冷量990瓦(冷卻循環(huán)水溫最高溫度為35℃時的最小制冷量)半導體制冷組件2工作一定時間(如3～5小時)后，切斷直流電源或反向通以直流電源，在除濕熱交換器1外表溫度達到0℃以上時，氫氣凝出的霜緩成水流入氣體流通管4下部的集水罐8中，由排污閥5排走；緩霜工作結束后，接通直流電源或正向通以直流電，本實施例所述裝置又重復上述氫氣除濕工作過程。
本發(fā)明所述裝置的工作也可由根據常規(guī)控制原理設計的控制系統(tǒng)來實現自動運行。
本實施例可是按如下過程工作的操作自動控制系統(tǒng)啟動鍵，控制系統(tǒng)控制固態(tài)繼電器接通直流電源系統(tǒng)給半導體制冷組件2通以直流電，進入除濕運行，同時，計時器開始工作(其時間值事先已人為調整；如3～5小時)此時間一結束；控制器通過固態(tài)繼電器自動切斷直流電源，或反向通以直流電源，而進入緩霜運行，在緩霜運行中，由設在熱交換器鋁板內一次溫度元件采集的溫度信號，送入比較器時時與限值器設定值(事先已設定，如0～5℃)相比較，當其超過設定值時，控制器控制固態(tài)斷電器自動返回除濕運行，從而實現自動連續(xù)工作，在熱交換器1的入口6和出口7還可各裝一個一次溫度元件，運行中按動選擇鍵，可隨時監(jiān)視三個溫度測點的溫度情況，并以數字方式顯示出來。此外，在冷卻水箱上安裝有熱保護器，當因斷水等情況，使之溫度超過某一數值時(如50度)，通過控制器切斷直流電源系統(tǒng)，并報警顯示。
本發(fā)明的優(yōu)點是由于本發(fā)明以半導體致冷方式取代了常規(guī)壓縮制冷技術，不僅具有除濕深度低、安全性能高、操作簡單的特點；還由于整個裝置無轉動部件，也無需頻繁更換任合物件，具有設備無磨損、無磨擦、無振動、運行可靠性及穩(wěn)定性高等特點；另外由于采用了無氟制冷，完全避免了對環(huán)境的污染。
從以下幾個方面作進一步說明1.除濕效果的比較采用氟里昂壓縮制冷系統(tǒng)，受氫氣熱負荷、環(huán)境溫度及其使用極限的限制，一般蒸發(fā)器內極限制冷溫度為-25℃左右；而采用半導體制冷原理，就所采用的半導體制冷組件，從理論上講冷熱兩端可以產生60℃以上的溫度差，即可以達到-40℃以下的低溫；若從性能價格比考慮，達到-25℃是完全可以實現的。在冬季，冷卻水溫度低，半導體制冷組件冷端溫度將更低，完全會超過氟里昂壓縮制冷系統(tǒng)的除濕效果。
2.直接經濟效益比較原壓縮制冷冷凝式氫氣干燥裝置在現場運行時，基礎及設備振動，容易造成制冷管路活接松動、壓力表管斷裂而泄漏制冷劑、零部件損壞等事故。從而影響干燥裝置的運行可靠性，難以長期穩(wěn)定地工作，且需要一定的維護和材料消耗。每臺裝置年維擴費用平均為三千多元，同時要有專人維擴，每臺平均人工費用一千元左右。
而本發(fā)明所述裝置，由于無任何轉動部件，半導體制冷組件可靠性又高，因此，可達到免維護水平，每臺每年均可少花四千元。
3.間接經濟效益分析由于本發(fā)明所述裝置自身可靠性和穩(wěn)定性的提高，使得設備投入率也隨之相應提高，這有利于長期穩(wěn)定地將發(fā)電機內氫氣濕度控制在合格的范圍以內，有利于提高發(fā)電機的絕緣水平，可避免發(fā)電機線圈短路事故的發(fā)生。一次發(fā)電機定子端部線圈短路事故造成的直接經濟損失少則數萬元，多則數十萬。因事故給社會少發(fā)供電造成的間接損失就更大了。
本發(fā)明所涉內容并不僅限實施例中所述內容。
權利要求
1.一種氣體干燥裝置；其特征在于它有除濕熱交換器(1)、半導體制冷組件(2)、冷卻水箱(3)；半導體制冷組件(2)一端接除濕熱交換器(1)，另一端接冷卻水箱(3)，除濕熱交換器(1)上有氣體流通管(4)，氣體流通管(4)的底端接有排污閥(5)，半導體制冷組件(7)外接直流電源。
2.如權利要求1所述的一種氣體干燥裝置，其特征在于半導體制冷組件(2)在除濕熱交換器(1)的一側或兩側均勻布置。
3.如權利要求1或2所述的一種氣體干燥裝置，其特征在于除濕熱交換器(1)是在一排平面布置的氣體流通管(4)上鑄鋁構成的，氣體流通管(4)中的一部流通管上部接進口(6)，另一部分流通管的上部接出口(7)，流通管下部均接在集水罐(8)上。
4.根據權利要求1或2所述氣體干燥裝置的用途是，其特征在于它適于對火力發(fā)電廠大型發(fā)電機組所用氫氣的干燥。
5.根據權利要求5所述氣體干燥裝置的用途是，其特征在于它適于對火力發(fā)電廠大型發(fā)電機組所用氮氣的干燥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體干燥裝置及其用途，特別適合于對火力發(fā)電廠大型發(fā)電機所用氬氣的干燥，也適合對其它各種氣體進行干燥。它有除濕熱交換器、半導體制冷組件、冷卻水箱，半導體制冷組件一端接除濕熱交換器，另一端接冷卻水箱，除濕熱交換器上有氣體流通管，氣體流通管的底端接排污閥，半導體制冷組件外接直流電源，它克服了已有干燥裝置的不足，具有運行可靠性高等優(yōu)點，完全可以避免對環(huán)境的污染。
文檔編號B01D53/26GK1150058SQ9511825
公開日1997年5月21日 申請日期1995年11月13日 優(yōu)先權日1995年11月13日
發(fā)明者張春盛, 孫克明, 曹龍廷, 李殿君, 金永生 申請人:牡丹江第二發(fā)電廠電力科技開發(fā)公司