一种大规模宽功率波动水电解制氢装置及制氢方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种大规模宽功率波动水电解制氢装置，包括电解槽，电解槽内包括多个小室；气体洗涤系统，通过管道与电解槽内每个小室连通；碱液循环系统，用于将气体洗涤器中的液体与电解槽连通，实现碱液的循环利用；出气端控制系统，气体洗涤器的出气口经由出气端控制系统连接大气或用户，用于实现出气端的智能控制。本发明专利技术可以实现系统的自动调节，提升了系统的宽功率波动适应性；同时采用液位分档的方式，对系统的不同异常工况加以判定，最大化保证了系统波动工况下的系统安全。保证了系统波动工况下的系统安全。保证了系统波动工况下的系统安全。

【技术实现步骤摘要】
一种大规模宽功率波动水电解制氢装置及制氢方法


[0001]本专利技术属于可再生能源水电解制氢设备领域，具体涉及一种大规模宽功率波动水电解制氢装置及制氢方法。

技术介绍

[0002]氢能是一种理想的二次能源，与其他能源相比，氢热值高，且燃烧产物为水，是最环保的能源，氢能被认为是未来人类社会的终极能源。随着碳中和目标的提出，清洁氢能源的发展势在必行，可再生能源制氢可以很好利用弃风弃光能源，使得低成本电制氢成为可能。
[0003]电解水过程能耗较高且由于风电、光伏等电源的波动性，因此对电解水制氢系统的耐功率波动范围和系统控制提出了更高的要求，另外可再生能源制氢目前还存在成本较高、经济性较差、系统配置困难、能量利用率低以及能源管理等问题，在现有的制氢系统单元中，需要配置大量的电气元件用于电力转换以及实体设备配置，从而造成了低能量利用率，因此高效的可再生能源制氢方式是目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术存在的问题，本申请提出一种大规模宽功率波动水电解制氢装置，包括：
[0005]电解槽，所述电解槽内包括多个小室，在各个小室的内部水被电解为氢气和氧气；
[0006]气体洗涤系统，通过管道与所述电解槽内每个小室连通，用于将所述电解槽产生的氢气和氧气进行气液分离及冷却，同时通过洗涤系统保证出口气体品质；
[0007]碱液循环系统，用于将所述气体洗涤器中的液体与所述电解槽连通，实现碱液的循环利用；
[0008]出气端控制系统，所述气体洗涤器的出气口经由所述出气端控制系统连接大气或用户，用于实现出气端的智能控制。
[0009]进一步的，所述气体洗涤系统包括：
[0010]氢分离洗涤器和氧分离洗涤器，所述氢分离洗涤器和所述氧分离洗涤器之间设有液位控制系统，通过对比两个洗涤器的实际液位进行系统控制调节。
[0011]进一步的，所述液位控制系统包括：
[0012]液位计，用于显示所述氢分离洗涤器和所述氧分离洗涤器内洗涤液的液位；
[0013]差压变送器，用于测量所述氢分离洗涤器和所述氧分离洗涤器内的压力；
[0014]液位差控制器，用于根据液位计的显示结果以及差压变送器的测量结果，对系统各种工况进行判定，并控制出气端控制系统作出相应动作，保证系统长期处于安全液位范围内。
[0015]进一步的，所述碱液循环系统包括连接于所述气体洗涤系统的出液口与所述电解槽之间的循环管道，所述循环管道上设有：
[0016]管道过滤器，用于防止进入电解槽的碱液中含有杂质；
[0017]碱液循环泵，选用变频泵，用于根据系统需求以不同转速输出；
[0018]气动阀门，连接于碱液循环泵两端的循环管道上，构成所述碱液循环泵的旁路，配合碱液循环泵用于满足系统不同工况下对碱液流量的需求；
[0019]碱液流量计，用于实时测量循环管道内碱液的流量。
[0020]进一步的，所述出气端控制系统包括：
[0021]两个薄膜调节阀并联成的第一调节管路，所述第一调节管路与所述气体洗涤系统的出气口连通；
[0022]两个气动球阀并联成的第二调节管路，所述第二调节管路与大气连通；
[0023]所述第一调节管路与所述第二调节管路串联。
[0024]进一步的，所述气体洗涤器的出气口与所述第二调节管路之间还设有放空旁路，所述放空旁路上设有放空阀门。
[0025]进一步的，所述电解槽的极板上设置有小室电压监测装置，所述气体洗涤系统的出液口和出气口设有测温装置，所述小室电压监测装置和所述测温装置均与所述液位控制系统、所述出气端控制系统电连接，参与整个装置的自动控制。
[0026]进一步的，还包括：
[0027]补水系统，包括与所述气体洗涤系统连接的氢侧气动阀门、氧侧气动阀门以及及后级止回阀组成；
[0028]冷却水系统，包括与分离器的内部盘管相连接，用于系统的冷却。
[0029]一种如上述的大规模宽功率波动水电解制氢装置的制氢方法，包括以下步骤：
[0030]正常运行时，碱液在电解槽的小室内被电解，生成氧气和氢气；
[0031]氢气处理后输送给用户，氧气处理后排入大气；
[0032]运行负荷低于阈值时，出气端控制系统采用单通道形式工作；
[0033]运行负荷高于阈值时，出气端控制系统采用双通道形式工作。
[0034]进一步的，还包括以下步骤：
[0035]正常停机时，出气端控制系统、冷却水系统和碱液循环系统均正常工作，保证电解槽内部的气体带出；
[0036]非正常停机时，根据氢、氧不同的液位差值进行判断，当氢侧液位低于下限连锁值时，按照正常停机逻辑执行；当氢侧液位进一步低于联锁值一定液位后，或氧侧液位高于上限联锁值时，关闭氢氧侧后级的气动阀门，使系统处于封闭状态，避免氢氧串气。
[0037]本专利技术提出的大规模宽功率波动水电解制氢装置，与现有技术相比，其有益效果在于：
[0038]通过在氢、氧气出口设计双调节阀，实现大容量制氢设备的宽功率调节变化时的全工况响应，同时原三通阀设计修改为双直通球阀可以进一步提升系统的安全性；
[0039]通过采用变频泵以及旁路自动球阀设计，改变离心泵转速来改变泵的特性曲线位置，最大化匹配电解槽的不同气量条件下的碱液需求流量，该方法没有附加的能量损失，经济高效，同时可以实现系统的自动调节，提升了系统的宽功率波动适应性；
[0040]通过区分氢氧液位的不同条件，提升系统停机的安全性，同时采用液位分档的方式，对系统的不同异常工况加以判定，最大化保证了系统波动工况下的系统安全；
[0041]通过同时监测单个小室的电压可以有效判断系统流量分布、反应情况，有效辅助系统的安全运行，同时可减少人员的操作进一步提升了安全性能。
附图说明
[0042]图1为本专利技术制氢装置的原理框架图；
[0043]图2为本专利技术电解槽槽压调节的原理示意图；
[0044]图3为本专利技术液位控制系统的原理示意图；
[0045]图4为本专利技术冷却水系统的原理示意图；
[0046]图5为本专利技术整流输出的原理示意图；
[0047]图6为本专利技术补水系统的原理示意图。
[0048]附图序号及名称：1、电解槽，2、氢气分离洗涤器，3、氧气分离洗涤器，4、氢侧气水分离器，5、氧侧气水分离器，6、管道过滤器，7、碱液循环泵，8、碱液流量计，9、小室电压测试系统，10、电解槽氢侧出口压力变送器，11、电解槽氧侧出口压力变送器，12、电解槽氢侧出口铂电阻，13、电解槽氧侧出口铂电阻，14、氢分离洗涤器第一液位计，15、氢分离洗涤器第一差压变送器，16、氢分离洗涤器第二差压变送器，17、氧分离洗涤器液位计，18、氧分离洗涤器第一差压变送器，19、氧分离洗涤器第二差压变送器，20、液位差控制器，21、氢分离洗涤器第二液位计，22、氢分离洗涤器第三差压变送器，23、氧分离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大规模宽功率波动水电解制氢装置，其特征在于，包括：电解槽，所述电解槽内包括多个小室，在各个小室的内部水被电解为氢气和氧气；气体洗涤系统，通过管道与所述电解槽内每个小室连通，用于将所述电解槽产生的氢气和氧气进行气液分离及冷却，同时通过洗涤系统保证出口气体品质；碱液循环系统，用于将所述气体洗涤器中的液体与所述电解槽连通，实现碱液的循环利用；出气端控制系统，所述气体洗涤器的出气口经由所述出气端控制系统连接大气或用户，用于实现出气端的智能控制。2.根据权利要求1所述的大规模宽功率波动水电解制氢装置，其特征在于，所述气体洗涤系统包括：氢分离洗涤器和氧分离洗涤器，所述氢分离洗涤器和所述氧分离洗涤器之间设有液位控制系统，通过对比两个洗涤器的实际液位进行系统控制调节。3.根据权利要求2所述的大规模宽功率波动水电解制氢装置，其特征在于，所述液位控制系统包括：液位计，用于显示所述氢分离洗涤器和所述氧分离洗涤器内洗涤液的液位；差压变送器，用于测量所述氢分离洗涤器和所述氧分离洗涤器内的压力；液位差控制器，用于根据液位计的显示结果以及差压变送器的测量结果，对系统各种工况进行判定，并控制出气端控制系统作出相应动作，保证系统长期处于安全液位范围内。4.根据权利要求3所述的大规模宽功率波动水电解制氢装置，其特征在于，所述碱液循环系统包括连接于所述气体洗涤系统的出液口与所述电解槽之间的循环管道，所述循环管道上设有：管道过滤器，用于防止进入电解槽的碱液中含有杂质；碱液循环泵，选用变频泵，用于根据系统需求以不同转速输出；气动阀门，连接于碱液循环泵两端的循环管道上，构成所述碱液循环泵的旁路，配合碱液循环泵用于满足系统不同工况下对碱液流量的需求；碱液流量计，用于实时测量循环管道内碱液的流量。5.根据权利要求4所述的大规模宽功率波动水电解制氢装置，其特征在于，所述出...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦文强，李闯，谭建鑫，宋时莉，张世渊，井延伟，郝珍，肖宠，孙俊凯，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一八研究所，
类型：发明
国别省市：