CN217052431U - 一种循环换热系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种循环换热系统，包括循环管路和至少两个相互串联连接在所述循环管路上的电解制氢装置，所述循环管路含有的循环介质通过在至少两个所述电解制氢装置之间循环流动在至少两个所述电解制氢装置之间传递热量，各个所述电解制氢装置分别并联连接于所述循环管路上，且各个所述电解制氢装置进水口处设置进水阀门，通过至少两个电解制氢装置串联连接在循环管路上，利用在运行的水电解装置散发出的热量换热其他停机状态下的制氢装置，保证停机状态下的制氢装置的电解液温度处在合适区间，开机后即可能够快速投产的状态下，从而有效的缩短开机时间，减少了开机过程电耗，同时也避免了氢气放散的浪费。
Description
技术领域
本申请涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种循环换热系统。
背景技术
风电、光伏等可在生能源发电后，经电解水制氢制取氢气是目前最主要的“绿氢”生产方式，目前国内单台电解槽最大在1300Nm3/h左右，为了消化大量的弃风、弃电或者企业生产需求，大多数企业会采用两台或者多台水电解制氢装置制来满足需求；基于弃风、弃电不稳定性和企业生产需求调控等情况，制氢装置会出现不能全部启动运行的情况，因此会出现单台装置运行或者多台装置处于停机状态。基于这种情况下，如果生产或者上游电网调控需求，需要增加产能开启停机状态下的制氢装置，装置由启动到满负荷运行时间约在两个小时左右，冬季温度寒冷的地区可能开机时间更长，造成开机过程电耗严重。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种循环换热系统，通过至少两个电解制氢装置串联连接在循环管路上，利用在运行的水电解装置散发出的热量换热其他停机状态下的制氢装置，保证停机状态下的制氢装置的电解液温度处在合适区间，开机后即可能够快速投产的状态下，从而有效的缩短开机时间，减少了开机过程电耗，同时也避免了氢气放散的浪费。
为达到上述目的，本申请提出的一种循环换热系统，包括循环管路和至少两个相互串联连接在所述循环管路上的电解制氢装置，所述循环管路含有的循环介质通过在至少两个所述电解制氢装置之间循环流动在至少两个所述电解制氢装置之间传递热量，各个所述电解制氢装置分别并联连接于所述循环管路上，且各个所述电解制氢装置进水口处设置进水阀门，各个所述电解制氢装置的出水口处设置出水阀门，所述循环管路上与各个所述电解制氢装置一一对应并联设置有截断阀门。
进一步地，所述电解制氢装置包括通过管路依次首尾连接的电解槽、第一换热器、氢分离器和碱液冷却器形成的第一循环回路，所述电解制氢装置还包括通过管路依次首尾连接的所述电解槽、第二换热器、氧分离器和所述碱液冷却器形成第二循环回路，所述循环管路分别经过各个所述电解制氢装置的所述第一换热器和所述第二换热器进行换热。
进一步地，还包括连接于所述循环管路上的补液管路，所述补液管路上依次设置有补液阀门、补水泵和水箱。
进一步地，还包括设置于所述循环管路上的加热水箱。
进一步地，还包括设置于所述循环管路上的循环泵。
进一步地，还包括控制柜，所述补液阀、所述补水泵、所述循环泵、所述进水阀门、所述出水阀门、所述截断阀门和所述加热水箱分别与所述控制柜电连接。
进一步地，所述循环管路上还设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制柜电连接。
进一步地，所述循环管路上还设置有压力变送器，所述压力变送器和所述控制柜电连接。
进一步地，所述循环换热系统具有循环加热模式、单台加热模式和快速加热模式，当所述循环换热系统处于循环加热模式时，所述循环管路的循环介质依次经过各个电解制氢装置；当所述循环换热系统处于单台加热模式时，所述循环管路的循环介质单独经过待启动的电解制氢装置；当所述循环换热系统处于快速加热模式时，所述循环管路的循环介质经过待启动的电解制氢装置且加热水箱启动加热。
进一步地，所述加热水箱加热的温度范围为75℃-80℃。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一实施例提出的一种循环换热系统的结构示意图一；
图2是本申请另一实施例提出的一种循环换热系统的结构示意图二。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本申请一实施例提出的一种循环换热系统的结构示意图。
参见图1，一种循环换热系统，包括循环管路1和至少两个相互串联连接在所述循环管路1上的电解制氢装置2，所述循环管路1含有的循环介质通过在至少两个所述电解制氢装置2之间循环流动在至少两个所述电解制氢装置2之间传递热量，各个所述电解制氢装置2分别并联连接于所述循环管路1上，且各个所述电解制氢装置2进水口处设置进水阀门3，各个所述电解制氢装置2的出水口处设置出水阀门4，所述循环管路1上与各个所述电解制氢装置2一一对应并联设置有截断阀门5。
本实施例中，电解制氢装置2的数量不进行限制，可以根据实际产量需要进行设置，为方便表述多个电解制氢装置和循环管路的连接关系，本申请中将以4台电解制氢装置相互串联连接在循环管路上进行示例性说明。
4台电解制氢装置相互串联，且各自与循环管路并联连接，此种连接结构形式方便针对性的对各个待启动的电解制氢装置进行换热，使其快速启动，避免热量损失，提高能量的利用效率，为便于说明，将4台电解制氢装置根据循环介质的流向分别编号1号电解制氢装置、2号电解制氢装置、3号电解制氢装置、4号电解制氢装置，对应的进水阀门、出水阀门和截断阀门也对应编号1号进水阀门、2号进水阀门、3号进水阀门、4号进水阀门，1号出水阀门、2号出水阀门、3号出水阀门、4号出水阀门，1号截断阀门、2号截断阀门、3号截断阀门、4号截断阀门，并且设定为1号为常态启动的电解制氢装置。具体地，循环管路内的循环介质的流向可以通过各个电解制氢装置对应的进水阀门、出水阀门和截断阀门的启闭进行控制，例如当对应2号电解制氢装置的进水阀门和出水阀门关闭，截断阀门打开时，则循环介质不流经2号电解制氢装置进行换热，当对应2号电解制氢装置的进水阀门和出水阀门打开，截断阀门关闭时，则循环介质流经2号电解制氢装置进行换热。
如图2所示，所述电解制氢装置2包括通过管路依次首尾连接的电解槽21、第一换热器22、氢分离器23和碱液冷却器24形成的第一循环回路，所述电解制氢装置还包括通过管路依次首尾连接的所述电解槽21、第二换热器25、氧分离器26和所述碱液冷却器24形成第二循环回路，所述循环管路1分别经过各个所述电解制氢装置2的所述第一换热器22和所述第二换热器25进行换热。本申请中在每台制氢装置电解槽氢侧、氧侧出口处增设换热器，为循环管路进行换热，设置换热器的目的，一是电解液经过电解后出口温度较高达到85±5℃左右，与循环管路换热完成后，循环管路的温度可达60-70℃左右(持续循环可接近在运行在运行的制氢装置温度85±5℃)能够最大程度利用电解液废液热；二是不会因设置换热器后影响整机系统运行。停机下的制氢装置有换热需求时，开启循环泵与换热器换热，从而达到高效的换热的目的。
一种循环换热系统还包括连接于所述循环管路1上的补液管路6，所述补液管路6上依次设置有补液阀门7、补水泵8和水箱9。本实施例中，当水压过低时补水泵8自动启动对该系统进行补水，循环水通过循环泵11进入各个水电解制氢装置的换热器，根据使用需求选择性为一台或者多台水电解制氢装置进行换热，当换热温度达到设定值时，对应电解制氢装置的进水阀门和出水阀门关闭自动切换为其他停机状态下的水电解制氢装置进行换热，同时也可全部进行换热。
一种循环换热系统还包括设置于所述循环管路1上的加热水箱10。当换热需求大、水温度不能满足要求时或者全部水电解制氢装置初次启动运行，启动加热水箱10自动加热，当加热水箱达到温度设定值，加热关闭。
一种循环换热系统还包括设置于所述循环管路1上的循环泵11，提高循环介质的流动速度进而提高系统的换热效率。
一种循环换热系统还包括控制柜12，所述补液阀门7、所述补水泵8、所述循环泵11、所述进水阀门3、所述出水阀门4、所述截断阀门5和所述加热水箱10分别与所述控制柜12电连接，具体地，控制柜12可以常规的plc控制柜，方便实现对系统的自动化控制。
所述循环管路1上还设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制柜12电连接，通过设置温度传感器对循环管路的温度进行监测，进而实现对各个电解制氢装置温度的调节控制。
所述循环管路1上还设置有压力变送器，所述压力变送器和所述控制柜12电连接。在运行的循环管路通过压力变送器监测水压，当水压低于0.2MPa时反馈信号，控制柜通过信号线传达补水泵启动、补液阀打开为循环管路补水，当压力达到0.3MPa时补水泵关闭，补液阀关闭。水箱水量低于一定值后，界外提供水源供应。
所述循环换热系统具有循环加热模式、单台加热模式和快速加热模式，当所述循环换热系统处于循环加热模式时，所述循环管路的循环介质依次经过各个电解制氢装置；当所述循环换热系统处于单台加热模式时，所述循环管路的循环介质单独经过待启动的电解制氢装置；当所述循环换热系统处于快速加热模式时，所述循环管路的循环介质经过待启动的电解制氢装置且加热水箱启动加热。
循环加热模式：此模式换热加温缓慢，相对其他模式换热速度最慢，主要用于装置在停机后非紧急状态常规性开机操作模式；循环介质通过循环泵输送经1号进水阀门进入1号电解制氢装置在运行的制氢装置中进行换热，换热后经1号出水阀门、2号进水阀门进入2号停机状态的制氢设备中为该装置进行换热(1号截断阀门为关闭状态)，换热后再经过2号出水阀门、3号进水阀门进入3号停机状态的制氢设备中为该装置进行换热(2号截断阀门为关闭状态)，以此类推，换热完后循环水经加热水箱(此模式为停止加热状态)、循环泵形成闭环，最终停机状态下的制氢装置温度会接近运行制氢装置温度，如此持续循环。
单台加热模式：此模式是集中热量为单台停机下的制氢装置进行换热加温，加快装置的加温速度；循环水通过循环泵循环经1号进水阀门进入1号在运行的制氢装置中进行换热，换热后经1号出水阀门、2号进水阀门进入2号停机状态的水电解制氢设备中为该装置进行换热(1号截断阀门为关闭状态)，3号水电解制氢装置3号进水阀门和3号出水阀门关闭，3号截断阀门打开，4号水电解制氢装置4号进水阀门、4号出水阀门关闭，4号截断阀门打开(3、4号制氢装置不进行换热，只对2号水电解装置进行换热加温)循环水经加热水箱(关闭状态)、温度传感器、压力传感器后回到循环泵，形成闭环。最终2号制氢装置温度会接近1号制氢装置温度，如此持续循环。
快速加热模式：此模式是利用在运行装置的废热和加热水箱加热功能对制氢装置进行快速加热，主要用于需要快速开机时换热制氢装置，或者制氢装置全部停车后利用加热水箱加热，来换热初次开启时的设备。
利用废热和加热水箱进行快速加热：循环水通过循环泵循环经1号进水阀门进入1号在运行的制氢装置中进行换热，换热后经1号出水阀门、2号进水阀门进入2号停机状态的制氢设备中为该装置进行换热(1号截断阀门为关闭状态)，3号、4号电解制氢装置不换热，当循环水至加热水箱时，控制柜通过温度传感器测量水温，当温度低于75℃时，加热水箱启动加热，当温度高于80℃时加热关闭，加热后循环水通过循环泵，再次进入至设备中为装置进行快速加热。加热的循环水回到加热水箱，加热水箱根据检测控制为水箱加温，加温后进入循环水泵，如此持续循环。
所述加热水箱加热的温度范围为75℃-80℃，电解液本身的电导率在温度90℃左右时电阻最小，能耗最低，确保电解制氢装置开机后即可能够快速投产的状态下。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种循环换热系统，其特征在于，包括循环管路和至少两个相互串联连接在所述循环管路上的电解制氢装置，所述循环管路含有的循环介质通过在至少两个所述电解制氢装置之间循环流动在至少两个所述电解制氢装置之间传递热量，各个所述电解制氢装置分别并联连接于所述循环管路上，且各个所述电解制氢装置进水口处设置进水阀门，各个所述电解制氢装置的出水口处设置出水阀门，所述循环管路上与各个所述电解制氢装置一一对应并联设置有截断阀门。
2.如权利要求1所述的循环换热系统，其特征在于，所述电解制氢装置包括通过管路依次首尾连接的电解槽、第一换热器、氢分离器和碱液冷却器形成的第一循环回路，所述电解制氢装置还包括通过管路依次首尾连接的所述电解槽、第二换热器、氧分离器和所述碱液冷却器形成第二循环回路，所述循环管路分别经过各个所述电解制氢装置的所述第一换热器和所述第二换热器进行换热。
3.如权利要求1所述的循环换热系统，其特征在于，还包括连接于所述循环管路上的补液管路，所述补液管路上依次设置有补液阀门、补水泵和水箱。
4.如权利要求3所述的循环换热系统，其特征在于，还包括设置于所述循环管路上的加热水箱。
5.如权利要求4所述的循环换热系统，其特征在于，还包括设置于所述循环管路上的循环泵。
6.如权利要求5所述的循环换热系统，其特征在于，还包括控制柜，所述补液阀、所述补水泵、所述循环泵、所述进水阀门、所述出水阀门、所述截断阀门和所述加热水箱分别与所述控制柜电连接。
7.如权利要求6所述的循环换热系统，其特征在于，所述循环管路上还设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制柜电连接。
8.如权利要求6所述的循环换热系统，其特征在于，所述循环管路上还设置有压力变送器，所述压力变送器和所述控制柜电连接。
9.如权利要求1所述的循环换热系统，其特征在于，所述循环换热系统具有循环加热模式、单台加热模式和快速加热模式，当所述循环换热系统处于循环加热模式时，所述循环管路的循环介质依次经过各个电解制氢装置；当所述循环换热系统处于单台加热模式时，所述循环管路的循环介质单独经过待启动的电解制氢装置；当所述循环换热系统处于快速加热模式时，所述循环管路的循环介质经过待启动的电解制氢装置且加热水箱启动加热。
10.如权利要求9所述的循环换热系统，其特征在于，所述加热水箱加热的温度范围为75℃-80℃。
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