电解水制氢——碱水制氢系统简介

碱水制氢系统主要包括碱液循环系统（碱液箱、碱液泵），氧气系统，氢气系统，原料水系统，冷却水系统，充氮和氮气吹扫系统，氧气处理系统（氧分离器等），排污系统，整流系，统控制系统等，各系统协同实现制氢过程。

一、碱液循环系统

电解液循环系统的作用是：

1.从电解槽带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量；将补充的原料水送给电解槽； 对电解槽内电解反应区域进行“搅拌”,以减少浓差极化，降低电耗。降低碱液中的含气 度，降低小室电压，减少能耗等，以使电解槽在稳定条件下工作。

2、碱液循环量的大小影响槽内小室电压和气体纯度。对于一个特定的电解槽，应有 一个合适的循环量。 一般循环量选择为槽内电解液更换次数每小时2~4次。碱液在氢分离 器和氧分离器中，靠重力作用与氢、氧气体分离后，通过氢氧分离器的连通管汇总，经碱 液泵打入碱液过滤器除去机械杂质再送入电解槽形成一个完整的电解循环系统。该系统包括如下路线：

二、氢气系统
氢气从电解小室的阴极侧分解出来，借助于电解液的循环和气液比重差，在氢分离器 中与电解液分离，氢气向上进入氢洗涤冷却器，经洗涤、冷却及除沫后，经在线氢中氧分 析仪分析，不合格氢气通过三通阀经排空管(带阻火器)放空。合格氢气通过三通阀经氢 气送出管到缓冲罐后再送入纯化框架纯化。其路线为：

氢气的排空主要用于不合格氢气、开停机期间，不正常操作或故障排空时。

三、氧气系统
氧气作为水电解制氢装置的副产品具有综合利用价值、氧气系统与氢气 系统有很强的对称性、装置的工作压力和工作温度也都以氧侧为测试点。

它包括：


氧气的排空除与氢气排空作同样考虑外，对于不利用氧气的用户，排空是常开状态。

四、原料水系统
水电解制氢过程唯一的“原材料”是纯水。此外氢气和氧气在离开系统时要带走少量的水 份。因此，必须给系统不断补充原料水。通过补水还维持了电解液液位和浓度的稳定性。 补充水可以从氢侧补入也可同时从氢、氧两侧补入，这里按从两侧补入。原料水通过注入洗涤器然后再溢流到分离器，可以稀释洗涤器中的碱含量，降低产品气的含碱度。为保证 水电解制氢装置压力系统中的气体和碱液在补水泵停转期间不外漏，在补水管道上均装有止回阀。



五、冷却水系统
水的电解过程是吸热反应，制氢过程必须供以电能，但水电解过程消耗的电能超过了 水电解反应的理论电能，因此在电解过程中会放热而超出的热量主要由冷却水带走，以维 持电解反应区正常的温度。电解反应区温度高，可降低能源消耗，但温度过高，电解小室 里的隔膜(石棉材质)将被破坏。本装置要求工作温度不超过90℃pa 如循环水水质较差  易造成冷却管路堵塞，给生产带来不利影响。)循环水总管来的冷却水， 一路通过气动薄  膜调节阀进入氢、氧碱液换热器，冷却循环碱液，通过调节冷却水量，从而使电解槽的工 作温度保持在85±5℃;□另一路进入氢、氧气体洗涤器，用来冷却气体，确保出口气体  的温度不高于40℃。第三路进入可控硅整流柜，使其在正常的温度下运转。

冷却水分三路流入系统：


六、充氮和氮气吹扫系统

装置在调试运行前，要对系统充氮作气密性试验。在正常开机前也要求对系统的气相管路 和设备进行充氮和吹扫，以保证氢氧两侧气相空间的气体远离可燃可爆范围。充氮口设在 氢、氧分离器连通管的中间，氮气引入后流经


七、排污系统
排污系统是由如下排污点组成：
1)电解槽两端排污管口；
2)碱液过滤器排污管口；
3)氢气系统排水器排出口；
4)氧气系统排水器排出口；
5)原料水箱排污管口；
6)碱箱排污管口。

八、整流系统
根据法拉第定律，水电解制氢装置产品气的产量与小室电解电流成正比，通入的电流越大氢气产量越大。

九、控制系统
它主要包括以下四个子系统：
1.压力控制系统
通过安装在氧侧分离器上的压力变送器进行压力测量并将测量信号变为4~20mA 的直 流信号送至PLC,   经过与设定值的比较，通过PID 运算，输出电信号给电气转换器，转换 产生0.02~0.1Mpa 的气信号，以此控制氧侧气动薄膜调节阀的开度来达到控制系统压力稳 定的目的。系统的压力设定可以在人机交流界面行进行。
2.液位控制系统

1)氢分离器液位的控制

在电解过程中，原料水不断消耗，使氢氧分离器液位不断下降，因此需要通过补水泵 补充原料水，以满足电解消耗需要。
通过安装在氢侧的差压变送器进行液位高度测量，并产生标准的4~20mA 电流信 号，输入PLC; 通过与设定的液位上下限报警及联锁报警。液位上下限报警及联锁值的设 定可以在人机界面上进行。

2)氢氧侧压力差的控制

本系统的任务是控制电解槽氢、氧侧的压力平衡。由安装在氧侧分离器和氢侧分离器 上的差压变器分别测量氢、氧侧的气、液相压差，两个4~20mA 测量信号被送入PLC 。氢  侧压力作为测量，二者进行比较个经过PID 运 算(P:  比例，I: 积分，D: 微分(可选项) 正作用运算),运算结果输出给电气转换器，转换产生0.02~0.1Mpa 的气信号，  控制安装在氢气出口管道上的气动薄膜调节阀的开度，从而达到控制两侧压力平衡的目的。控制方框流程图如下：

3.槽温控制系统

电解槽工作温度是装置的一个重要参数，槽温的控制通过安装在氧侧分离器上温度变送器 测量氧槽温，输出一个4~20mA 信号送至PLC, 在此输入PLC 的槽温设定值进行比较，
并进行反作用PID 运算，再输出信号给电气转换器产生0.02~0.1Mpa 的气信号，控制安装 在冷却水管道上的调节阀的开度，从而达到控制氧槽温度的目的。


4.产氢量自动调节系统
用气负荷的变化会带来氢气储罐压力的波动，安装在储罐上的压力变送器就会输出一个
4~20mA 信号送至PLC 与原设定值进行比较，并进行反变换及PID 运算后，输出一个
20~4mA 信号送至整流柜来调整电解电流的大小，从而根据用氢负荷变化的变化实现氢气 产量自动调节的目的。
注意  ※所有数据及控制功能均可在工业控制计算机上显示和进行控制。
制氢系统重要参数检测点：

1)原料纯水液位

2)原料碱液液位

3)系统压力

4)纯化氢侧压力※

5)氢、氧液位

6)碱温度

7)氢、氧压差

8)氢、氧槽温度

9)碱液循环量

10)出电解槽氧含氢量、出电解槽氢含氧量

11)整流柜输出直流电流、电压检测点

12)外送氢气含微氧量

13)外送氢气含微量水量露点显示

14)储罐压力变送器检测点