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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水电解制氢,尤其涉及一种梯级补水的水电解制氢系统及控制方法。
技术介绍
1、水电解制氢作为一种清洁、可持续的制氢方式,是实现清洁能源转换和储存的重要途径,逐渐成为氢能发展的重要方向之一。由于电解水是一种利用电能电解水产生氧气和氢气的过程,在制氢系统运行时不断有原料水(指在制氢系统中参与电解循环的水,下文同)的消耗,故需要向系统内定时补充原料水以保障制氢系统连续、安全工作。目前,常规水电解制氢系统中的补水基本依靠隔膜泵(或柱塞泵)完成,利用隔膜泵(或柱塞泵)高扬程的特点直接向制氢系统内注入原料水实现补水。然而,随着制氢系统工作压力以及对系统集成度的要求不断升高,这种利用高压泵直接向制氢系统补水的缺点显露无疑:
2、(1)噪声大、振动强。隔膜泵(或柱塞泵)在工作过程中因泵头做活塞运动不断产生振动,且背压越高,振动和噪声就越强。
3、(2)系统复杂,占地面积大。常规水电解制氢系统中补水装置至少包含水箱、隔膜泵(或柱塞泵)、安全阀、阻尼器、手动阀以及管路系统,其工艺复杂、占地面积大,不利于系统集成。
4、(3)功耗大,运行费用高。常规水电解制氢系统中,补水泵需要将原料水从低压加压到高压,故其电机功率较大,且与制氢压力线性相关。
技术实现思路
1、为了解决常规水电解制氢系统的补水装置中振动、噪声等问题,本专利技术提出一种梯级补水的水电解制氢系统及控制方法,通过巧妙的运行控制及三维空间布局,梯级实现制氢系统的补水操作,同时不需要额外的功率输入。
2、本专利技术采用的技术方案如下:
3、一方面,本专利技术提出一种梯级补水的水电解制氢系统,包括:
4、原料水循环回路、储水罐进气管路、氧气分离器补水管路、储水罐排气管路以及储水罐补水管路;
5、所述原料水循环回路内设置有氧气分离器,所述氧气分离器的排气端通过储水罐进气管路连接储水罐的进气端,所述氧气分离器的补水端通过氧气分离器补水管路连接储水罐的出水端;所述储水罐的排气端连接储水罐排气管路,且补水端连接储水罐补水管路;
6、所述储水罐的空间位置高于氧气分离器,通过储水罐进气管路、氧气分离器补水管路、储水罐排气管路以及储水罐补水管路的阀门联动,能够完成对储水罐的相对低压补水以及氧气分离器的相对高压补水,从而实现对原料水循环回路的梯级补水。
7、进一步地,所述原料水循环回路包括氧气分离器、原料水循环泵、原料水换热器和电解槽,所述氧气分离器、原料水循环泵、原料水换热器和电解槽首尾连接;所述氧气分离器上设置有用于液位监测的第二液位计。
8、进一步地,所述储水罐进气管路上设置有第一自动阀,当水电解制氢系统需要补水时,则导通第一自动阀为储水罐充气。
9、进一步地,所述氧气分离器补水管路上设置有第三止回阀,所述第三止回阀被配置为防止氧气分离器内的水倒灌入储水罐。
10、进一步地,所述储水罐与氧气分离器因高度所形成的压力差需大于第三止回阀开启压力与氧气分离器补水管路沿程阻力之和。
11、进一步地,所述储水罐排气管路上设置有第二自动阀和第一止回阀,当水电解制氢系统完成补水后,则导通第二自动阀将储水罐排至微正压,为储水罐补水做准备;所述第一止回阀被配置为防止空气倒灌进入储水罐。
12、进一步地,所述储水罐补水管路上设置有第二止回阀和第三自动阀,当储水罐上第一液位计监测的液位低于预设值时,则导通第三自动阀为储水罐补水;所述第二止回阀被配置为防止储水罐的水倒灌导致储水罐补水管路入口端压力升高。
13、进一步地,所述储水罐上设置有压力变送器、就地压力表和第一液位计,所述压力变送器与就地压力表被配置为监测储水罐压力且相互对照,所述第一液位计被配置为监测储水罐液位。
14、进一步地,所述氧气分离器补水管路的出口端设置于氧气分离器的最低液面以下,所述储水罐补水管路的出口设置于储水罐的最低液面以下。
15、另一方面,本专利技术提出一种梯级补水的水电解制氢系统控制方法,包括:
16、水电解制氢系统运行时,储水罐上的压力变送器和第一液位计实时监测储水罐状态,当第一液位计监测的液位低于预设值且压力变送器监测的压力为微正压时,则导通储水罐补水管路为储水罐补水;
17、随着电解过程的进行,原料水循环回路中原料水不断被消耗,当氧气分离器上第二液位计监测的液位低于预设值时,则关闭储水罐排气管路上的第二自动阀和储水罐补水管路上的第三自动阀,导通储水罐进气管路上的第一自动阀,为储水罐充气憋压,再将储水罐内的超纯水补进氧气分离器中;
18、当完成水电解制氢系统补水后,关闭第一自动阀,导通第二自动阀,在压力变送器监测的压力至微正压后,关闭第二自动阀,完成一个补水循环。
19、本专利技术的有益效果在于:
20、由于常规水电解制氢系统的补水装置中振动、噪声等问题,本专利技术通过储水罐及其附属管路的联动,梯级实现对制氢系统的补水,其特点和优势如下:
21、1、本专利技术优化了制氢系统补水工艺,摒弃了常规系统中的动设备,避免了补水泵运行时的振动、噪声以及高功耗等问题。
22、2、本专利技术利用水电解的产品气对储水罐进行充压和泄压,梯级实现制氢系统补水。其中,低压补水功率低,高压补水动力自给自足,整个补水过程温和、可持续。
23、3、本专利技术通过自动阀和控制系统相结合,对制氢系统实时监测,实现制氢系统补水的低能耗、有序化、自动化,极大地保障了补水过程的安全性。
24、综上所述,本专利技术以储水罐为中介,储水罐低压时用纯水设备为储水罐补水达到设计液位,再通过氧气为储水罐充压,结合重力场实现为氧气分离器补水。本专利技术通过优化制氢系统工艺,去掉了常规制氢系统中的补水泵,避免了补水泵运行带来的振动问题,减少了设备占地,提高系统集成度,同时降低了制氢系统的运行功耗。
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1.一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,包括:原料水循环回路(S101)、储水罐进气管路(S102)、氧气分离器补水管路(S103)、储水罐排气管路(S104)以及储水罐补水管路(S105);
2.根据权利要求1所述的一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,所述原料水循环回路(S101)包括氧气分离器(1)、原料水循环泵(3)、原料水换热器(4)和电解槽(5),所述氧气分离器(1)、原料水循环泵(3)、原料水换热器(4)和电解槽(5)首尾连接;所述氧气分离器(1)上设置有用于液位监测的第二液位计(2)。
3.根据权利要求1所述的一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,所述储水罐进气管路(S102)上设置有第一自动阀(6),当水电解制氢系统需要补水时,则导通第一自动阀(6)为储水罐(8)充气。
4.根据权利要求1所述的一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,所述氧气分离器补水管路(S103)上设置有第三止回阀(7),所述第三止回阀(7)被配置为防止氧气分离器(1)内的水倒灌入储水罐(8)。
5.根据权利要求4所述的一种梯级
6.根据权利要求1所述的一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,所述储水罐排气管路(S104)上设置有第二自动阀(11)和第一止回阀(12),当水电解制氢系统完成补水后,则导通第二自动阀(11)将储水罐(8)排至微正压,为储水罐(8)补水做准备;所述第一止回阀(12)被配置为防止空气倒灌进入储水罐(8)。
7.根据权利要求1所述的一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,所述储水罐补水管路(S105)上设置有第二止回阀(14)和第三自动阀(15),当储水罐(8)上第一液位计(13)监测的液位低于预设值时,则导通第三自动阀(15)为储水罐(8)补水;所述第二止回阀(14)被配置为防止储水罐(8)的水倒灌导致储水罐补水管路(S105)入口端压力升高。
8.根据权利要求1所述的一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,所述储水罐(8)上设置有压力变送器(9)、就地压力表(10)和第一液位计(13),所述压力变送器(9)与就地压力表(10)被配置为监测储水罐(8)压力且相互对照,所述第一液位计(13)被配置为监测储水罐(8)液位。
9.根据权利要求1所述的一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,所述氧气分离器补水管路(S103)的出口端设置于氧气分离器(1)的最低液面以下,所述储水罐补水管路(S105)的出口设置于储水罐(8)的最低液面以下。
10.一种梯级补水的水电解制氢系统控制方法,应用于权利要求1所述的水电解制氢系统,其特征在于,所述控制方法包括:
...【技术特征摘要】
1.一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,包括:原料水循环回路(s101)、储水罐进气管路(s102)、氧气分离器补水管路(s103)、储水罐排气管路(s104)以及储水罐补水管路(s105);
2.根据权利要求1所述的一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,所述原料水循环回路(s101)包括氧气分离器(1)、原料水循环泵(3)、原料水换热器(4)和电解槽(5),所述氧气分离器(1)、原料水循环泵(3)、原料水换热器(4)和电解槽(5)首尾连接;所述氧气分离器(1)上设置有用于液位监测的第二液位计(2)。
3.根据权利要求1所述的一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,所述储水罐进气管路(s102)上设置有第一自动阀(6),当水电解制氢系统需要补水时,则导通第一自动阀(6)为储水罐(8)充气。
4.根据权利要求1所述的一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,所述氧气分离器补水管路(s103)上设置有第三止回阀(7),所述第三止回阀(7)被配置为防止氧气分离器(1)内的水倒灌入储水罐(8)。
5.根据权利要求4所述的一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,所述储水罐(8)与氧气分离器(1)因高度所形成的压力差需大于第三止回阀(7)开启压力与氧气分离器补水管路(s103)沿程阻力之和。
6.根据权利要求1所述的一种梯级补水的水电解制氢系统,其特征在于,所述储水...
【专利技术属性】
技术研发人员:李历浪,杨锦,孙浩然,陈明,闫旭东,罗强,
申请(专利权)人:东方电气集团东方锅炉股份有限公司,
类型:发明
国别省市:
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