CN115679377A - 一种带余热回收利用的电解水制氢系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种带余热回收利用的电解水制氢系统，包括电解槽、第一温度检测元件，氢侧、氧侧分离器，热交换器，电解液冷却器，电解液循环泵及余热利用系统，含氢气液混合物从电解槽氢侧出口出来，进入氢侧分离器；含氧气液混合物从电解槽氧侧出来，进入氧侧分离器；氢侧、氧侧分离器分离出来的电解液汇合进入热交换器加热或冷却换热介质，然后进入电解液冷却器，通过电解液循环泵将电解液泵入电解槽的电解液入口，通过控制阀或变频泵调节换热介质的通断/流量和冷却介质的通断/流量，更精确、可靠的控制电解液的温度，提高系统运行能效。同时，热交换器和电解液冷却器采用间壁式换热器，可解决高温高压电解液对余热利用系统设备腐蚀的问题。

Description

一种带余热回收利用的电解水制氢系统

技术领域

本申请涉及制氢领域，尤其涉及一种带余热回收利用的电解水制氢系统。

背景技术

电解槽正常工作中会放热，一般电解槽产生的热量通过流经其中的电解液带出来，电解槽出口电解液温度一般在90±5℃，电解液经冷却器降温至70±5℃左右，再打入电解槽入口，如此循环，稳定电解槽在正常的工作温度范围内。电解水制氢系统运行过程，需要较大的冷却量，1台1000Nm³/h的碱性电解槽，如果用30-40℃循环冷却水作为冷却介质给电解水制氢系统冷却降温，消耗量高达100～200m³/h。如果循环冷却水系统，采用开式凉水塔，循环冷却水系统的蒸发损失量、补水量、排污水量很大，较大的循环冷却水系统还将消耗大量的循环水药剂。因此给电解水制氢系统配套的冷却介质系统，其投资、运行成本、能源消耗、水资源消耗是亟需降低、优化解决的。

余热的品质是和温度成正比的，温度越高，利用价值越高，其品质也就越好。电解槽输出的90±5℃电解液，有较大的利用价值。但是现有一些余热技术方案，目标是将电解液余热回收温度从90℃回收至65℃，这显然是难以实现的，而且余热回收系统设备投资大、运行效率低。一般而言低于75℃的余热，利用价值将大打折扣，余热回收系统经济性大大降低。

一些电解水制氢余热利用方案，只靠余热回收系统吸收电解水制氢系统余热，控制电解液温度，电解水制氢系统电解液温度控制难度较大，控制范围、响应速度严重受余热回收系统的影响。不能保证电解水制氢系统、余热回收系统设备稳定运行，抗波动能力较差。

电解水制氢系统，电解液工作压力较高，且可能有较强的腐蚀性，以碱性电解槽为例，电解槽出口电解液温度最高一般可以达到95℃，电解液压力一般1.6MPa，甚至更高。一些现有的余热回收方案，是将电解液直接通入热泵、储罐、或其他供/储热单元。导致这些系统的换热器、管路、阀门、设备等腐蚀严重，系统维护量大大增加，运行安全性、经济性不佳。

发明内容

本申请提供了一种带余热回收利用的电解水制氢系统，解决了现有技术中电解水制氢系统余热回收效率低，抗波动能力差以及对余热回收系统中的设备腐蚀性严重的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种带余热回收利用的电解水制氢系统，包括：

电解槽和位于连接管道上的第一温度检测元件，所述电解槽的氢侧出口连通设置有氢侧分离器，所述电解槽的氧侧出口连通设置有氧侧分离器，所述氢侧分离器和所述氧侧分离器的电解液出口共同连通有热交换器，所述热交换器的出液口连通有电解液冷却器，所述电解液冷却器的出口通过电解液循环泵与所述电解槽的电解液入口连通，所述热交换器与余热利用系统连通，所述电解液冷却器的冷却管道、所述热交换器与所述余热利用系统之间均设置有控制阀，其中，所述热交换器和电解液冷却器均为间壁式换热器。

优选地，所述第一温度检测元件为热电阻或热电偶，且所述第一温度检测元件位于所述电解槽氢侧出口与所述氢侧分离器电解液入口连接管道上和/或所述电解槽氧侧出口与所述氧侧分离器电解液入口连接管道上。

优选地，所述氢侧分离器和所述氧侧分离器之间还连通有交换管道。

优选地，所述热交换器为多个，且多个所述热交换器并联连接。

优选地，所述电解液冷却器的个数为多个，且多个所述电解液冷却器串联连接。

优选地，所述电解液循环泵的个数为多个，且多个所述电解液循环泵并联。

优选地，还包括：止逆阀，所述止逆阀位于所述电解槽和所述电解液循环泵之间或位于所述电解液循环泵的入口前。

优选地，还包括：

流量计，所述流量计位于所述电解液循环泵和所述电解液冷却器之间或位于电解液循环泵和电解槽之间。

优选地，还包括：

第一过滤器，所述第一过滤器位于所述电解液循环泵和所述电解液冷却器之间。

优选地，所述余热利用系统包括换热介质储罐或定压罐，所述换热介质储罐或定压罐的出口连通有所述换热介质循环泵，所述换热介质循环泵出口与所述热交换器进口连通。

优选地，所述余热利用系统还包括：连通设置于所述换热介质循环泵入口前的第二过滤器。

优选地，还包括：加热器，所述加热器位于所述换热介质循环泵出口与所述热交换器之间。

优选地，还包括：余热消纳单元，所述余热消纳单元位于所述换热介质循环泵入口上游与所述热交换器出口之间。

优选地，还包括：设置于所述换热介质循环泵出口之后的稳压阀。

优选地，所述换热介质循环泵与所述热交换器之间的管道上、所述余热消纳单元与所述热交换器的管道上还均设置有压力检测元件。

优选地，所述换热介质循环泵与所述热交换器之间的管道上、所述余热消纳单元与所述热交换器的管道上还均设置有第二温度检测元件。

相比于现有技术，本申请所提供的一种带余热回收利用的电解水制氢系统，包括电解槽、第一温度检测元件，氢侧分离器，氧侧分离器，热交换器，电解液冷却器，电解液循环泵以及与所述热交换器连通的余热利用系统，含氢气液混合物从电解槽氢侧出口出来，进入氢侧分离器；含氧气液混合物从电解槽氧侧出口出来，进入氧侧分离器；氢侧分离器、氧侧分离器分离出来的电解液汇合进入热交换器加热或冷却换热介质，然后进入电解液冷却器通过电解液循环泵将电解液泵入电解槽的电解液入口，根据第一温度检测元件检测的电解液温度，调节控制阀的开关或开度来控制流经热交换器中的换热介质的流量通断/大小和控制流经电解液冷却器中的冷却介质的流量通断/大小，还可以通过控制余热利用系统中换热介质循环泵的运行频率/启停，来调节经热交换器中的换热介质的流量通断/大小。所以可以更精确、可靠的控制电解液的温度，提高系统运行能效和抗波动能力。可以实现分级利用电解水制氢系统的余热，只回收其中高品位的余热，提高余热利用系统的效率、经济性，同时大幅降低电解水制氢系统循环冷却水(冷却介质)用量。

同时，热交换器和电解液冷却器采用间壁式换热器，将电解水制氢系统中的电解液与流经热交换器的换热介质进行热量交换，换热介质在余热利用系统内循环，即采用间接换热的方式，电解水制氢系统中的电解液和余热利用系统中的换热介质进行热量交换，再利用余热利用系统中的换热介质的热量。可以解决高温高压电解液对余热利用系统设备腐蚀的问题；避免电解水制氢系统电解液管路过长、流量波动等问题，而影响到电解水制氢系统的正常、稳定运行。

附图说明

为了更清楚的说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种带余热回收利用的电解水制氢系统结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种增设第一过滤器的带余热回收利用的电解水制氢系统结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种带余热回收利用的大型电解水制氢系统应用示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种热交换器与余热利用系统连接示意图；

图5为本发明实施例所提供的另一种热交换器与余热利用系统连接示意图；

图6为本发明实施例所提供的一种余热利用系统结构示意图；

图中：1、电解槽；2、氢侧分离器；3、氧侧分离器；4、热交换器；5、电解液冷却器；6、电解液循环泵；7、第一温度检测元件；8、控制阀；9、阀门；10、氢气混合物后处理系统；11、氧气混合物后处理系统；12、余热利用系统；13、热交换单元；14、第一过滤器；15、流量计；16、止逆阀；17、换热介质循环泵；18、加热器；19、定压罐；20、换热介质储罐；21、压力检测元件；22、稳压阀；23、余热消纳单元；24、第二过滤器；25、第二温度检测元件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。

本申请的核心是提供一种带余热回收利用的电解水制氢系统，可以解决现有技术中电解水制氢系统余热回收效率低，抗波动能力差以及对余热回收系统中的设备腐蚀性严重的问题。

图1为本发明实施例所提供的一种带余热回收利用的电解水制氢系统结构示意图，图2为本发明实施例所提供的一种增设第一过滤器的带余热回收利用的电解水制氢系统结构示意图，图3为本发明实施例所提供的一种带余热回收利用的大型电解水制氢系统应用示意图，图4为本发明实施例所提供的一种热交换器与余热利用系统连接示意图，图5为本发明实施例所提供的另一种热交换器与余热利用系统连接示意图，图6为本发明实施例所提供的一种余热利用系统结构示意图，如图1至图6所示。

实施例1

一种带余热回收利用的电解水制氢系统，包括电解槽1，电解槽1至少有一个氢侧出口、至少有一个氧侧出口，至少有一个电解液入口，在实际使用时，电解槽1的氢侧出口和氢侧分离器2的电解液入口通过管道相连；电解槽1的氧侧出口和氧侧分离器3的电解液入口通过管道相连，电解水制氢系统内电解槽1的数量可以为多个。第一温度检测元件7位于连接管道上，通过第一温度检测元件7可以检测电解液的温度，配合热交换器4，电解液冷却器5调节电解液温度。第一温度检测元件7优选位于电解槽1氢侧出口到氢侧分离器2电解液入口连接管道上，如图一所示，当然，第一温度检测元件7也可位于电解槽1氧侧出口到氧侧分离器3电解液入口连接管道上；位于氢侧或/和氧侧分离器电解液出口管道上，或两个分离器电解液出口管路汇总的管路上；也可以位于氢侧分离器2设备本体上或氧侧分离器3设备本体上；也可以位于电解液冷却器5之后，或是位于以上任意的1个以上的位置的组合，第一温度检测元件7可以为多个，位置数量不做限制。在本申请实施例中，所述第一温度检测元件7为热电阻或热电偶，且所述第一温度检测元件7位于所述电解槽1氢侧出口与所述氢侧分离器2电解液入口连接管道上。

所述电解槽1的氢侧出口连通设置有氢侧分离器2，所述电解槽1的氧侧出口连通设置有氧侧分离器3，氢侧分离器2至少有1个电解液入口、至少有1个电解液出口、至少有1个氢气混合物出口，氢侧分离器2的数量可以为多个。氧侧分离器3至少有1个电解液入口、至少有1个电解液出口、至少有1个氧气混合物出口，氧侧分离器3的数量可以为多个。一个分离器可以连接至少1台电解槽1，如图3所示，氢侧分离器B-34同时连接了电解槽A-34、电解槽A-35。优选地，所述氢侧分离器2和所述氧侧分离器3之间还连通有交换管道，以便更好的调整电解槽1氢侧、氧侧的压力和压差。在实际使用时，氢侧分离器2分离后的氢气混合物进入氢气混合物后处理系统10中进行后续处理；氧侧分离器3分离后的氧气混合物进入氧气混合物后处理系统11中进行后续处理。

在实际运行时，如果有一个以上的氢侧分离器2，则构成氢侧分离器组；如果有1个以上的氧侧分离器3，则构成氧侧分离器组。氢侧分离器组内各氢侧分离器2之间在底部连通有交换管道，如图3，在氢侧分离器B-31、B-32、B-33、B-34底部之间连通有交换管道，氧侧分离器组内各氧侧分离器3之间在底部有交换管道，如图3，氧侧分离器C-31、C-32、C-33、C-34底部连通有交换管道，氢侧分离器组和氧侧分离器组的底部之间连通有交换管道。一个分离器可以连接多台电解槽1，如图3所示，氢侧分离器B-34同时连接了电解槽A-34、A-35。

所述氢侧分离器2和所述氧侧分离器3的电解液出口共同连通有热交换器4，热交换器4可以选用间壁式换热器。热交换器4可以加热或冷却电解液，电解液与流经热交换器4中的换热介质进行传热，可以将电解液中的余热传输到余热利用系统12，热交换器4的数量可以为多个，多个热交换器4的电解液入口、出口优选并联连接，热交换器4的换热介质入口、出口也优选并联连接。所述热交换器4与余热利用系统12连通，在所述热交换器4与所述余热利用系统12之间设置有控制阀8，也就是在热交换器4的换热介质进口或出口配有控制阀8，如图2中所示的控制阀H-22，控制阀H-22可以是开关阀或调节阀，用于控制流经热交换器4中的换热介质的通断和流量。在本申请实施例中，在热交换器4的换热介质进口和/或出口还配置阀门9，如图2中所示的I-29和I-30，用于隔断热交换器4、控制阀H-22与余热利用系统12，以便检维修。

所述热交换器4的出液口连通有电解液冷却器5，所述电解液冷却器5的冷却管道设置有控制阀8。电解液冷却器5用于给电解液降温，为间壁式换热器，电解水制氢系统中电解液冷却器5的数量可以为多个，但至少有一个电解液冷却器5的冷却介质进口或出口设置控制阀8如图1所示，用以控制冷却介质流经电解液冷却器5的流量或通断，从而精确、平稳的控制电解液温度。电解液冷却器5中的冷却介质可以为循环冷却水、乙二醇溶液。电解液冷却器5位于热交换器4之后，利于热交换器4回收高品位余热。电解液冷却器5的数量可以为多个，但至少有一个电解液冷却器5的冷却介质进口或出口设置控制阀8。在电解液冷却器5冷却介质进口或/和出口处设置阀门9，如图2中所示的I-27和I-28，控制阀H-21位于电解液冷却器5与阀门I-27或阀门I-28之间的位置，以便电解液冷却器5或控制阀H-21故障检修时，与冷却介质供应系统进行隔离。阀门9可以是手动阀门，也可以是自动控制阀门，以便对其中某个设备进行检修隔离。阀门优选球阀，具有优良密封效果，阻力较小。

所述电解液冷却器5的出口通过电解液循环泵6与所述电解槽1的电解液入口连通，电解液循环泵6用于将电解液泵入电解槽1，驱动电解液在系统内循环，在本申请实施例中，所述电解液循环泵6的个数为多个，且多个所述电解液循环泵6并联。电解水制氢系统内电解液循环泵6的数量可以为多台，1台电解液循环泵6可以给至少1台电解槽1提供电解液，即1台电解液循环泵6出口连接2台及2台以上的电解槽1入口。优选的，如图2所示，在电解液循环泵进口或/和出口配置有阀门I-25和阀门I-26，以便电解液循环泵6检修隔离。在实际运行时，可以将2台或2台以上的电解液循环泵6组成1组，组内各电解液循环泵6出、入口并联，如图3中的F-32和F-33。正常工况，1组电解液循环泵内有1台电解液循环泵6运行，其余停机备用。1组电解液循环泵可以给多台电解槽1提供电解液，1组电解液循环泵出口连接至少1台电解槽1电解液入口，如图3中，电解液循环泵F-34同时给2台电解槽A-34和A-35供应电解液，电解水制氢系统内可以设置至少1组电解液循环泵，如图3所示，设置了三组电解液循环泵，F-31为第一组，F-32和F-33为第二组，F-34为第三组。每台电解液循环泵6前或泵后设置阀门，或泵前后都设置阀门，以便多台电解液循环泵6之间可以切换运行状态，方便检修隔离，如图3中所示的2台电解液循环泵F-32、F-33进口、出口均设置了阀门I-317、I-318、I-319和I-320，如图2所示，电解液循环泵6进口阀门I-25或出口阀门I-26可以用于调节电解液流量，优选使用泵出口阀门I-26控制电解液流量。图3中的G-31，G-32，G-33，G-34，G-35，G-36，G-37，G-38，G-39均表示第一温度检测元件。O-31，O-32，O-33，O-34均表示流量计。

实施例2

一种带余热回收利用的电解水制氢系统，对于较大的电解水制氢系统，所述热交换器4为多个，且多个所述热交换器4并联连接。多个热交换器4构成热交换单元13，多个热交换器4优选地并联连接。如图1所示，热交换单元13只有热交换器4，如图2所示，热交换单元13包括热交换器4及控制阀H-22，阀门I-29和I-30。如图3所示，热交换单元13包括两个热交换器D-31和D-32，这两个热交换器的电解液入口、出口并联，换热介质入口、出口并联。每个热交换器换热介质入口配置了控制阀H-33和H-34，每个热交换器换热介质出口、入口均配置了阀门I-305、I-306、I-307和I-308。在本申请实施例中，对于较大的电解水制氢系统，所述电解液冷却器5的个数为多个，且多个所述电解液冷却器5串联连接。进一步的，如果是大型电解水制氢系统内包含的电解槽1数量比较多，且电解水制氢系统运行负荷变化较大，可以选择至少2台电解液冷却器5，电解液冷却器5电解液进口、出口串联或并联，如图3所示，两台电解液冷却器E-31和E-32串联，每台电解液冷却器5冷却介质进口或出口均配置控制阀，如图3中所示的H-31、H-32。优选的，控制阀选用流量调节阀，两台电解液冷却器E-31和E-32的控制阀H-31、H-32采用分程控制的方式，此举可在电解水制氢系统大范围调节运行负荷时，更加精确、平稳的控制系统内电解液的温度。

在本申请实施例中，还包括止逆阀16，所述止逆阀16位于所述电解槽1和所述电解液循环泵6之间或位于所述电解液循环泵6的入口前。当电解水制氢系统内存在多个电解槽1或/和多个电解液循环泵6时，可以在电解液循环泵6至电解槽1入口之间，或电解液循环泵6入口前设置止逆阀16。防止电解液在电解槽1、电解液循环泵6中逆流。如图3所示，在电解液循环泵F-31出口设置了止逆阀P-31。

实施例3

一种带余热回收利用的电解水制氢系统，还包括：流量计15，所述流量计15位于所述电解液循环泵6和所述电解液冷却器5之间。流量计15用以检测电解液循环流量，可以根据电解水制氢系统的工作情况，调节电解液循环量，提高电解槽1电解能效、氢侧/氧侧分离器的分离效果。流量计15可以为电磁流量计、转子流量计。

在本申请实施例中，还包括第一过滤器14，所述第一过滤器14位于所述流量计15和所述电解液冷却器5之间。第一过滤器14用于过滤电解液中的杂质，防止进入电解槽1、电解液循环泵6和流量计15中，堵塞或损坏设备。

第一种连接方式为，两个以上的第一过滤器14并联，每个第一过滤器14进口和出口均设置阀门9，以便可以在设备运行时切换第一过滤器14。进行清理维护。具体地，两个第一过滤器14为一组，如图3所示的N-31和N-32，2个第一过滤器14的入口和出口均设置了阀门I-309、I-310、I-312和I-313。

如图2所示，第二种连接方式为，在第一过滤器14进口、出口设置阀门I-21和I-22，同时设置跨线，跨线直接连通第一过滤器14进口阀门I9-21前管线和第一过滤器14出口阀门I-22后管线，跨线上有阀门I-23。用以在电解水制氢系统运行时，清理第一过滤器14。正常运行时，第一过滤器14旁路管线阀门I-23关闭，第一过滤器14进口、出口阀门I-21、I-22打开。清理第一过滤器14时，打开第一过滤器14旁路管线阀门I-23，再关闭第一过滤器14进口、出口阀门I-21、I-22，打开第一过滤器14，清理或更换第一过滤器14滤芯后，再打开第一过滤器14进口、出口阀门I-21、I-22、关闭第一过滤器14旁路管线阀门I-23，回复正常。优选地，在第一过滤器14顶部或在第一过滤器14进口阀门I-21与出口阀门I-22间管线高点设置排气管线，排气管线带阀门I-24，用以在第一过滤器14检修后，排尽第一过滤器14、管路中的气体。

实施例4

一种带余热回收利用的电解水制氢系统，所述余热利用系统12包括换热介质储罐20或定压罐19，所述换热介质储罐20或定压罐19的出口连通有第二过滤器24，所述第二过滤器24的出口连通有所述换热介质循环泵17，所述换热介质循环泵17出口连通有加热器18，所述加热器18出口与所述热交换器4进口连通，所述换热介质储罐20或定压罐19的进口处连通有余热消纳单元23，所述余热消纳单元23与所述热交换器4的出口连通。

余热利用系统12可以至少与1个热交换单元13连接。换热介质优选除盐水，也可以是导热油、乙二醇溶液。多个热交换单元13换热介质入口、出口可以串联或并联，优选并联方案。如图4所示，2个热交换单元M-41、M-42并联，与余热利用系统12连接。优选地，换热介质循环泵17为变频离心泵，以调节余热利用系统12中换热介质流量，节约能耗。优选地，余热利用系统12中换热介质循环量，可以根据实际工况调节，可以通过管路中的控制阀8和/或换热介质循环泵17实现流量调节。如图5所示，在本申请实施例中，在余热利用系统12中可以配置换热介质储罐20，储存换热介质。换热介质储罐20优选位于换热介质循环泵17上游。或者，如图6所示，在余热利用系统12中可以配置定压罐19，稳定系统压力。定压罐19可以位于余热利用系统12管路任意位置，优选位于换热介质循环泵17上游。应用说明：余热利用系统12配置定压罐19，则余热利用系统12可以设计成闭式循环系统，有利于给换热介质循环泵17或/和其他设备提供足够的压力，如有效汽蚀余量。换热介质温度较高，如果使用换热介质储罐20，需要放置在高位，与换热介质循环泵17之间形成足够的高度差，才能为换热介质循环泵17提供足够的有效汽蚀余量，避免换热介质循环泵17运行产生气蚀现象。定压罐19相比于换热介质储罐20，安装更为灵活。在实际运行，换热介质储罐20或定压罐19选其一即可。通过加热器18，在必要时，可以加热余热利用系统12中的换热介质。优选地，在加热器18换热介质进口、出口设置阀门/控制阀，同时设置跨线，跨线上有阀门/控制阀。用以控制进入加热器18换热介质的量。如图6所示，在加热器R-61换热介质进口、出口均设置了控制阀H-65、H-66，设置了跨线及阀门H-67。

应用说明：当电解水制氢系统全部停机状态，需要维持电解液温度时，可以通过余热利用系统12中的加热器18加热换热介质，热的换热介质再通过热交换单元13加热电解液。此举可以防止电解水制氢系统中电解液温度过低，发生析出固体结晶等情况，也可以加快电解水制氢系统开机速度。

在余热利用系统12中配置余热消纳单元23，余热消纳单元23可以将换热介质中热量回收利用，或是直接降温换热介质。余热消纳单元23数量不限，种类不限，多个余热消纳单元23可以串联/并联。优选地，在余热消纳单元23换热介质进口、出口设置阀门/控制阀，同时设置跨线，跨线上有阀门/控制阀。用以隔离余热消纳单元23，或控制进入余热消纳单元23换热介质的量。如图六所示，余热消纳单元W-61换热介质进口、出口均设置了控制阀H-62、H-63，设置了跨线及阀门H-64。可选的，余热消纳单元23可以是有机朗肯循环发电机组，将余热转化为电力，换热介质将热量传递给有机朗肯循环中的工质，工质驱动透平机、发电机组产生电力。可选的，余热消纳单元23可以是吸收式制冷机，利用余热制冷。可选的，余热消纳单元23可以是热泵，将余热的品位进一步提高。可选的，余热消纳单元23可以是采暖换热器，将余热用于供暖，比如作为厂房暖气的热源。此举，通过使用电解水制氢系统的余热，可以大大降低冬季厂房采暖蒸汽、采暖水用量。可选的，余热消纳单元23可以是空冷器，直接将余热散发，降低换热介质温度。优选地，可以在余热利用系统12中配置控制阀8，调节余热利用系统12输出换热介质压力/流量。优选地，在余热利用系统12出口、入口之间设置控制阀8。如图六，控制阀H-68连接余热利用系统12出口和入口，控制余热利用系统12输出换热介质流量。

优选地：在余热利用系统12管路中设置流量计15，用以检测换热介质循环流量。流量计15具体规格形式、位置、数量不做限制。在余热利用系统12管路中设置第二过滤器24，用于过滤换热介质中的杂质，防止进入换热介质循环泵17、流量计15等，堵塞或损坏设备。

如图6所示，第一种连接方式为，两个以上的第二过滤器24并联，每个第二过滤器X-61、X-62进口和出口均设置阀门I-617、I-618、I-620、I-621，以便可以在设备运行时切换第二过滤器X-62、X-61，进行清理维护。

如图5所示，第一种连接方式为，在第二过滤器X-51进口、出口设置阀门I-517、I-518，同时设置跨线，跨线直接连通第二过滤器X-51进口阀门I-517前管线和第二过滤器X-51出口阀门I-518后管线，跨线上有阀门I-519。用以在余热利用系统L-51运行时，清理第二过滤器X-51。正常运行时，第二过滤器X-51旁路管线阀门I-519关闭，第二过滤器X-51进口、出口阀门I-517、I-518打开。清理第二过滤器X-51时，打开第二过滤器X-51旁路管线阀门I-519，再关闭第二过滤器X-51进口、出口阀门I-517、I-518，打开过滤器，清理或更换过滤器滤芯后，再打开第二过滤器24进口、出口阀门I-517、I-518、关闭第二过滤器X-51旁路管线阀门I-519，恢复正常。优选的，在第二过滤器X-51顶部或在滤器进口阀门I-517与出口阀门I-518间管线高点设置排气管线，管线带阀门I-520。用以在第二过滤器24检修后，排尽第二过滤器X-51、管路中的气体。

在本申请实施例中，还包括：设置于所述换热介质循环泵17出口之后的稳压阀22。可以在余热利用系统12中配置稳压阀22，以避免余热利用系统12超压损坏设备。如图5所示，稳压阀22优选设置在换热介质循环泵17出口之后，连通换热介质循环泵17出口管线至换热介质循环泵Q-51入口或换热介质储罐20，或是直接排放。在本申请实施例中，所述换热介质循环泵17与所述热交换器4之间的管道上、所述余热消纳单元23与所述热交换器4的管道上还均设置有压力检测元件21。在余热利用系统12配置至少1个压力检测元件21，用于检测余热利用系统12中换热介质的压力。如图6所示，压力检测元件U-61检测换热介质循环泵Q-61、Q-62出口压力，如果压力过高，控制阀H-61部分打开，换热介质经过控制阀H-61到换热介质循环泵入口，由此保证余热利用系统L-61输出换热介质压力不会过高。在本申请实施例中，所述换热介质循环泵17与所述热交换器4之间的管道上、所述余热消纳单元23与所述热交换器4的管道上还均设置有第二温度检测元件25。优选的，在余热利用系统12中配置至少1个第二温度检测元件25，用于检测余热利用系统12中换热介质的温度。第二温度检测元件25优选位于余热利用系统12换热介质出口前，换热介质入口后。如图五中的Y-51、Y-52。

为了使本领域技术人员更好地理解本方案，下面以具体地应用场景对本方案进行详细说明，如图4所示，两个热交换单元M-41和M-42并联与余热利用系统12连接。热交换单元M-41所在的电解水制氢系统正常运行，热交换单元M-42所在的电解水制氢系统中电解槽1停止运行。热交换单元M-41中热的电解液加热换热介质，热的换热介质进入余热利用系统12，余热利用系统12中的换热介质循环泵17再将被加热的换热介质打入热交换单元M-42，加热该系统中的电解液。此举可以加快热交换单元M-42所在的电解水制氢系统中电解槽1的启动速度，节约能源。同时，降低了热交换单元M-41所在电解水制氢系统电解液冷却器5冷却介质的用量。特别适用于具有多套电解水制氢系统，电解水制氢系统之间负荷不平衡，频繁启停的场景。进一步的，如图6所示，如果电解水制氢系统全部停机，或运行负荷较低，不能维持电解液在最佳温度区间，可以启动余热利用系统12中的加热器R-61，通过加热换热介质，将热量传递给各个热交换单元M-61和M-62，加热电解液。

一种带余热回收利用的电解水制氢系统，其工作原理为，含氢气液混合物从电解槽1氢侧出口出来，进入氢侧分离器2；含氧气液混合物从电解槽1氧侧出来，进入氧侧分离器3；氢侧分离器2、氧侧分离器3分离出来的电解液汇合进入热交换器4加热或冷却换热介质，然后进入电解液冷却器5，通过电解液循环泵6将电解液泵入电解槽1的电解液入口。

热交换器4可以加热或冷却电解液，电解液与流经热交换器4中的换热介质进行热量交换，可以将电解液中的余热传输到余热利用系统12。可以通过控制阀8控制流经热交换器4中的换热介质的流量/通断来控制热交换器4加热负荷或冷却负荷。也可以通过余热利用系统中换热介质循环泵17变频，来调节经热交换器4中的换热介质的流量/通断。电解液冷却器5为电解液冷却降温，通过控制阀8控制流经电解液冷却器5中冷却介质的流量/通断，调节、控制电解液冷却器5的冷却负荷。由此可以实现准确、稳定的调控电解水制氢系统中电解液的温度，并可以利用电解水制氢系统中品位较高的部分余热，摒弃利用价值较低的低品位余热。降低余热系统的规模和投资，同时大幅降低电解水制氢系统正常工作所需冷却介质的用量，提高整个系统的运行经济性，达到一个最佳平衡点。

本发明方案，只回收电解水制氢系统高品位的那部分余热，低品位部分舍弃。例如，用余热利用系统，将电解水制氢系统的电解液从90±5℃冷却到80±5℃，并将这部分热量进行回收利用发电、供暖、制冷、加热其他电解水制氢系统等。然后再使用循环冷却水将电解液温度从80±5℃冷却到70±5℃。这样实现了经济高效的余热回收利用，投资运行成本低，同时大幅减少了电解水制氢系统中循环冷却水使用量，进一步降低系统运行成本。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包含本申请公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为实例性的，本申请的真正范围由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (16)

1.一种带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，包括：

电解槽(1)和位于连接管道上的第一温度检测元件(7)，所述电解槽(1)的氢侧出口连通设置有氢侧分离器(2)，所述电解槽(1)的氧侧出口连通设置有氧侧分离器(3)，所述氢侧分离器(2)和所述氧侧分离器(3)的电解液出口共同连通有热交换器(4)，所述热交换器(4)的出液口连通有电解液冷却器(5)，所述电解液冷却器(5)的出口通过电解液循环泵(6)与所述电解槽(1)的电解液入口连通，所述热交换器(4)与余热利用系统(12)连通，所述电解液冷却器(5)的冷却介质管道、所述热交换器(4)与所述余热利用系统(12)之间均设置有控制阀(8)，其中，所述热交换器(4)和电解液冷却器(5)均为间壁式换热器。

2.根据权利要求1所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，所述第一温度检测元件(7)为热电阻或热电偶，且所述第一温度检测元件(7)位于所述电解槽(1)氢侧出口与所述氢侧分离器(2)电解液入口连接管道上和/或所述电解槽(1)氧侧出口与所述氧侧分离器(3)电解液入口连接管道上。

3.根据权利要求1所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，所述氢侧分离器(2)和所述氧侧分离器(3)之间还连通有交换管道。

4.根据权利要求1所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，所述热交换器(4)为多个，且多个所述热交换器(4)并联连接。

5.根据权利要求1所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解液冷却器(5)的个数为多个，且多个所述电解液冷却器(5)串联连接。

6.根据权利要求1所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解液循环泵(6)的个数为多个，且多个所述电解液循环泵(6)并联。

7.根据权利要求1所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，还包括：止逆阀(16)，所述止逆阀(16)位于所述电解槽(1)和所述电解液循环泵(6)之间或位于所述电解液循环泵(6)的入口前。

8.根据权利要求1所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，还包括：

流量计(15)，所述流量计(15)位于所述电解液循环泵(6)和所述电解液冷却器(5)之间，或位于电解液循环泵(6)和电解槽(1)之间。

9.根据权利要求1所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，还包括：

第一过滤器(14)，所述第一过滤器(14)位于所述电解液循环泵(6)和所述电解液冷却器(5)之间。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，所述余热利用系统(12)包括换热介质储罐(20)或定压罐(19)，所述换热介质储罐(20)或定压罐(19)的出口连通有所述换热介质循环泵(17)，所述换热介质循环泵(17)出口与所述热交换器(4)进口连通。

11.根据权利要求10所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，所述余热利用系统(12)还包括：连通设置于所述换热介质循环泵(17)入口前的第二过滤器(24)。

12.根据权利要求10所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，还包括：加热器(18)，所述加热器(18)位于所述换热介质循环泵(17)出口与所述热交换器(4)之间。

13.根据权利要求10所述带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，还包括：余热消纳单元(23)，所述余热消纳单元(23)位于所述换热介质循环泵(17)入口上游与所述热交换器(4)出口之间。

14.根据权利要求10所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，还包括：设置于所述换热介质循环泵(17)出口之后的稳压阀(22)。

15.根据权利要求10或13所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，所述换热介质循环泵(17)与所述热交换器(4)之间的管道上、所述余热消纳单元(23)与所述热交换器(4)的管道上还均设置有压力检测元件(21)。

16.根据权利要求10或12或13所述的带余热回收利用的电解水制氢系统，其特征在于，所述换热介质循环泵(17)与所述热交换器(4)之间的管道上、所述余热消纳单元(23)与所述热交换器(4)的管道上还均设置有第二温度检测元件(25)。

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