氢气是性能优异的气体传热介质,在大型汽轮发电机组上多采用氢气作为散热介质。但在运行过程中,氢气容易受到水、油、氧等杂质的污染,危害机组运行的安全,降低发电机组的运行效率。因此,必须采取措施对氢气进行净化处理。氢气的湿度高,污染严重,一直是长期困扰大型汽轮发电机组的安全、高效率运行的关键问题,主要原因在于氢气带油,带水严重,水分离困难,吸附剂易受污染,更换频繁,净化装置在线运行稳定性差。如何在高度污染的条件下进行气体的吸附净化一直是众多学者关注的问题。 针对氢气在线吸附净化工艺的特点,提出了吸附床层直接加热,采用微量再生气强化传质的新工艺。对新工艺进行了模拟和实验研究,并进行了在线试运行,获得了很好的净化效果。总体研究思路为：实验-拟合-建立模型-数值模拟-对比分析。主要进行了以下研究工作： 1.吸附过程是一个传热传质的耦合过程,通过采用红外热成像技术分析吸附床层温度场对解吸行为的影响,对解吸效果、解吸温度、解吸能耗、水分离效率等问题进行了模拟和实验研究,并将数值模拟与实验结果进行对比分析,发现再生气加热再生过程中由于轴向温度和水分分压的不同,存在产生二次冷凝损害吸附剂,水分离效率不高,解吸能耗高等问题。 2.针对氢气在线净化中存在的问题,提出采用吸附床层直接加热。由于吸附剂导热性能差,因而存在径向温度分布不均,必须采用吸附床层强化传热措施。在再生加热过程中,通过微量再生气强化传质。新工艺的再生气用量仅为原有工艺的10％。对新工艺进行了模拟和实验研究,表明能够获得很好的再生效果,提高了吸附床层的有效吸附容量,且解吸能耗大为降低。 3.在Langmuir吸附模型的基础上,根据实验结果,对Langmuir模型进行了修正,建立了吸附速率、吸附量、温度、水蒸气分压、时间的函数关系。将此修正模型用于吸附和解吸过程的模拟计算,计算结果与实验结论基本吻合,对实验现象具有较好的预测性。 4.提出在吸附床层内加入钯催化剂,使氢气中夹带的微量氧气在常温下与氢气反应而除去,防止氧气积累,保证系统的安全,对钯催化剂的用量、除氧效果、操作条件进行了实验研究。 根据上述研究结果,提出了氢气吸附净化装置的优化设计方案。