CN220579417U - 一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置，第一真空绝热储罐的进油口通过第一管路与水电解气液分离系统中的各碱液电解槽中的碱液出口管连通，第一真空绝热储罐的出油口通过第二管路与水电解气液分离系统中的各碱液电解槽中的碱液进口管连通，在第一管路或第二管路上安装有碱液主泵。碱性电解槽在热机停机时，将碱性电解槽及水电解气液分离系统的工艺管道中的碱液全部抽出并储存于第一真空绝热储罐中；等碱性电解槽冷机开机启动时，再将储存于第一真空绝热储罐中的碱液送回碱性电解槽中，解决了碱性电解槽冷机启动耗电量大的问题，节约资源，提高资源利用率，能更好地与风光电耦合，提升碱性电解槽的动态性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及碱性电解水制氢技术领域，尤其涉及一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置。
背景技术
碱性电解水制氢系统由水电解气液分离系统和氢气纯化系统构成。
其中，水电解气液分离系统的工作过程为：水在碱性电解槽中被解析成氢气和氧气，氢气从碱性电解槽的两端压板的气道孔被引出后与夹带的碱液一起进入到氢分离器中，氢分离器利用气、液两相的重力差把氢气与碱液分离开来，氢气往上升、从氢分离器的顶部流出后进入洗涤器，通过洗涤器内的原料水洗涤后进入列管式冷却器，冷却后的氢气进入气水分离器中进行气液分离，分离水后的氢气经调节阀调节后送至氢气纯化系统。
由于碱性电解水制氢系统所需电的来源绝大部分依赖于风光发电，风光发电极易因缺风缺光问题而导致断电，因而水电解气液分离系统经常面临停机后二次启动问题。碱性电解槽在停机后，碱液的温度会随着碱性电解槽停机的时间延长而逐渐下降，通过试验得出：当环境温度低于10℃而大于5℃时，碱性电解槽停机12小时后，碱液温度下降至50℃以下，碱性电解槽停机24小时后，碱液温度下降至20℃以下。
在水电解气液分离系统刚开始启动时，碱性电解槽是冷机启动，大概需要耗时120分钟左右才能将碱性电解槽中的碱液的温度升至正常工作温度85℃以上。在这个过程中，大量的电能被白白浪费掉，以1000Nm3的碱性电解槽为例，冷机开机启动碱性电解槽，需要消耗大约2.5mw的电能，才能将碱液的温升至60℃以上，在此条件下经水电解气液分离系统后的氢中氧才能达到进纯化系统的标准。
实用新型内容
本实用新型所需解决的技术问题是：提供一种节约资源、降低成本的碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置。
为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：所述的一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置，碱性电解水制氢系统由水电解气液分离系统和氢气纯化系统构成；包括：第一真空绝热储罐，第一真空绝热储罐的进油口通过第一管路与水电解气液分离系统中的各碱液电解槽中的碱液出口管连通，第一真空绝热储罐的出油口通过第二管路与水电解气液分离系统中的各碱液电解槽中的碱液进口管连通，在第一管路或第二管路上安装有碱液主泵。
本方案中还设置有碱液备用泵，碱液备用泵的进口通过第一备用连接管与碱液主泵的进口处连接的第一管路或第二管路连接，碱液备用泵的出口通过第二备用连接管与碱液主泵的出口处连接的第一管路或第二管路连接。碱液主泵和碱液备用泵二个泵在处于将各碱性电解槽及水电解气液分离系统100的工艺管道中的碱液抽入第一真空绝热储罐的正常工作状态时，其中一个泵处于正常工作状态，而另一个泵则处于备用状态，当处于正常工作状态的泵因出现故障等问题而无法继续工作时，备用泵转为正常工作状态。
进一步地，前述的一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置，中，在氢气纯化系统与水电解气液分离系统中还设置有余热回收装置；所述的余热回收装置包括：第二真空绝热储罐、第一换热器、第二换热器和导热油主泵；第一换热器中的二条换热通道为：第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道的两端连接口为第一连接口和第二连接口，第二换热通道的两端连接口为第三连接口和第四连接口；第二换热器中的二条换热通道为：第三换热通道和第四换热通道，第三换热通道的两端连接口为第五连接口和第六连接口，第四换热通道的两端连接口为第七连接口和第八连接口；
第一管路由第一分支管路和第二分支管路构成，第一分支管路的一端与水电解气液分离系统中的各碱液电解槽中的碱液出口管连接，第一分支管路的另一端与第一三通阀的第一接口连接；第二分支管路的一端与第一三通阀的第二接口连接，第二分支管路的另一端与第二真空绝热储罐的进油口连接；第二管路由第三分支管路和第四分支管路构成，第三分支管路的一端与水电解气液分离系统中的各碱液电解槽中的碱液进口管连接，第三分支管路的另一端与第二三通阀的第一接口连接；第四分支管路的一端与第二三通阀的第二接口连接，第四分支管路的另一端与第二真空绝热储罐的出油口连接；
第一三通阀的第三接口通过第三管路与第一连接口连接，第二连接口通过第四管路与第二三通阀的第三接口连接；第二真空绝热储罐的出油口通过第一循环管路与导热油主泵的进口连通，导热油主泵的出口通过第二循环管路与第三三通阀的第一接口连接，第三三通阀的第二接口通过第三循环管路与第三连接口连接，第四连接口通过第六循环管路与第二真空绝热储罐的进油口连接，第三三通阀的第三接口通过第四循环管路与第五连接口连通，第六连接口通过第五循环管路与第二真空绝热储罐的进油口连接；氢气纯化系统中的脱氧塔的氢气出口通过第一连接管路与第四三通阀的第一接口连接，第四三通阀的第二接口通过第二连接管路与冷凝器的氢气进口连接，第四三通阀的第三接口通过第一引出循环管路与第七连接口连通，在第二连接管路上设置有第二引出循环管路，第二引出循环管路与第八连接口连通。
同样，本方案还设置有导热油备用泵，导热油备用泵通过第三备用连接管与导热油主泵的进口处的第一循环管路连接，导热油备用泵通过第四备用连接管与导热油主泵的出口处的第二循环管路连接。导热油主泵和导热油备用泵也是处于一备一用状态。
为了实现自动控制，本方案中，第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、碱液主泵、导热油主泵的控制线均与控制系统连接。
本实用新型的有益效果是：1）碱性电解槽在热机停机时，将碱性电解槽及水电解气液分离系统的工艺管道中的碱液全部抽出并储存于第一真空绝热储罐中；等碱性电解槽冷机开机启动时，再将储存于第一真空绝热储罐中的带有一定温度的碱液送回碱性电解槽中，解决碱性电解槽冷机启动耗电量大的问题，节约资源，提高资源利用率；此外，碱性电解水制氢系统能更好地与风光电耦合，提升碱性电解槽的动态性能；2）将氢气纯化系统中经脱氧塔脱氧后的热量通过第二换热器储存于第二真空绝热储罐中，然后储存于第二真空绝热储罐中的热量通过第一换热器将热量传递给碱液，使碱液温度提升，解决碱性电解槽冷机启动耗电量大的问题，节约资源，提高资源利用率；此外，碱性电解水制氢系统能更好地与风光电耦合，提升碱性电解槽的动态性能。
附图说明
图1是本实用新型所述的一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置的第一种形式的流程示意图。
图2是1是本实用新型所述的一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置的第二种形式的流程示意图。
图3是图2的局部放大示意图。
图4是图3的局部放大示意图。
图5是图2的局部放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本实用新型所述的技术方案作进一步详细的说明。
实施例一
碱性电解水制氢系统由水电解气液分离系统100和氢气纯化系统200构成。如图1所示，本实施例中所述的一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置包括：第一真空绝热储罐1，第一真空绝热储罐1的进油口通过第一管路2与水电解气液分离系统100中的各碱液电解槽101中的碱液出口管连通，真空绝热储罐1的出油口通过第二管路4与水电解气液分离系统100中的各碱液电解槽101中的碱液进口管连通，在第一管路2或第二管路4上安装有碱液主泵31。
在实际使用过程中，为了避免因碱液主泵31故障导致碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置无法正常工作，本实施例还设置有碱液备用泵32，碱液备用泵32的进口通过第一备用连接管与碱液主泵31的进口处连接的第一管路2或第二管路4连接，碱液备用泵32的出口通过第二备用连接管与碱液主泵31的出口处连接的第一管路2或第二管路连接4。碱液主泵31和碱液备用泵32为一备一用。
碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽101在热机停机时，碱性电解槽101中的碱液还保持在85℃～95℃左右，本实施例通过碱液主泵31或碱液备用泵32将碱性电解槽101和水电解气液分离系统100的工艺管道中的碱液全部抽出并储存于第一真空绝热储罐1中。由于第一真空绝热储罐1采用真空绝热技术，因而24小时内第一真空绝热储罐1中的碱液的温度下降不超过10℃。当碱性电解槽101冷机开机启动时，再将储存于第一真空绝热储罐1中的带有一定温度的碱液送回碱性电解槽101中，由于此时碱性电解槽101和水电解气液分离系统100的工艺管道的温度较低，这会导致碱液在输送到碱性电解槽101时有大约10℃的温降。此时，碱性电解槽101的开机温度可达到60℃左右，虽然还达不到碱性电解槽101正常工作温度，但是根据试验，当碱性电解槽101中的碱液的温度在60℃以上时，氢中氧、氧中氢都均能达到碱性电解槽纯度要求，氢气可以直接引入后端纯化系统，避免了因为氧和氢纯度不合格排空而造成的电能损耗。综上，碱性电解槽101冷机开机相应时间会大大缩减，一般10分钟之内氢气纯度即可达标，解决了碱性电解槽冷机启动耗电量大的问题，节约资源，提高资源利用率；此外，碱性电解水制氢系统能更好地与风光电耦合，提升碱性电解槽101的动态性能。
实施例二
从水电解气液分离系统100输出的氢气在进入氢气纯化系统200中的脱氧塔71中去除氧的过程中，需要将氢气的温度提升到150℃左右，在脱除氧后的氢气进入冷凝器72中，需要将高温的氢气温度降低，由冷凝器72的冷却循环水带走多余的热量，这部分的热量被白白浪费掉。
本实施例是在实施例一的基础上针对氢气纯化系统中经脱氧塔71脱氧后的热量浪费问题进行改进设计，设计了余热回收装置，通过余热回收装置将氢气纯化系统200中经脱氧塔71脱氧后输出的热量利用起来，用于解决碱性电解槽101冷机启动耗电量大的问题，节约资源，提高资源利用率，此外，该操作还能使碱性电解水制氢系统能更好地与风光电耦合，提升碱性电解槽101的动态性能。
本实施例中所述的余热回收装置，如图2、图3、图4和图5所示，包括：第二真空绝热储罐5、第一换热器61、第二换热器62和导热油主泵81。
这里为方便描述，将第一换热器61中的二条换热通道定义为：第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道和第二换热通道两者间接换热。将第一换热通道的两端连接口定义为：第一连接口611和第二连接口612；将第二换热通道的两端连接口定义为：第三连接口613和第四连接口614。将第二换热器62中的二条换热通道定义为：第三换热通道和第四换热通道，将第三换热通道的两端连接口定义为：第五连接口621和第六连接口622；将第四换热通道的两端连接口定义为：第七连接口623和第八连接口624，如图4所示。
第一管路2由第一分支管路21和第二分支管路22构成，第一分支管路21的一端与水电解气液分离系统100中的各碱液电解槽101中的碱液出口管连接，第一分支管路21的另一端与第一三通阀300的第一接口连接。第二分支管路22的一端与第一三通阀300的第二接口连接，第二分支管路22的另一端与第一真空绝热储罐1的进油口连接。第二管路4由第三分支管路41和第四分支管路42构成，第三分支管路41的一端与水电解气液分离系统100中的各碱液电解槽101中的碱液进口管连接，第三分支管路41的另一端与第二三通阀400的第一接口连接；第四分支管路42的一端与第二三通阀400的第二接口连接，第四分支管路42的另一端与第一真空绝热储罐1的出油口连接。
如图2图3、图4和图5所示，第一三通阀300的第三接口通过第三管路23与23第一换热器61的第一连接口611连接，第一换热器61的第二连接口612通过第四管路43与第二三通阀400的第三接口连接。第二真空绝热储罐5的出油口通过第一循环管路51与导热油主泵81的进口连通，导热油主泵81的出口通过第二循环管路52与第三三通阀500的第一接口5001连接，第三三通阀500的第二接口5002通过第三循环管路53与第一换热器61的第三连接口613连接，第一换热器61的第四连接口614通过第六循环管路56与第二真空绝热储罐5的进油口连接。第三三通阀500的第三接口5003通过第四循环管路54与第二换热器62的第五连接口621连通，第二换热器62的第六连接口622通过第五循环管路55与第二真空绝热储罐5的进油口连接。
氢气纯化系统200中的脱氧塔71的氢气出口通过第一连接管路91与第四三通阀的600第一接口6001连接，第四三通阀600的第二接口6002通过第二连接管路92与冷凝器72的氢气进口连接，第四三通阀600的第三接口6003通过第一引出循环管路93与第二换热器62的第七连接口623连通，在第二连接管路92上设置有第二引出循环管路94，第二引出循环管路94与第二换热器62的第八连接口624连通。
在碱性电解水制氢过程中，通过水电解气液分离系统100制得的粗氢首先进入到氢气纯化系统200的脱氧塔71中，脱氧过程中氢气的温度被加热至150℃左右，这里将氢气温度加热150℃左右的加热器可以设置在脱氧塔71的氢气进口处，也可以设置在脱氧塔71内，加热器的设置属于本领域成熟技术，因而这里不展开赘述。从脱氧塔71的氢气出口输出的高温氢气在进入冷凝器72的过程中，这里通过第四三通阀600使第四三通阀600的第一接口6001和第四三通阀600的第三接口6003之间连通，而第四三通阀60的第一接口6001和第四三通阀600的第二接口6002之间断开不通，此时从脱氧塔71的氢气出口输出的高温氢气在进入冷凝器72的过程中被截断，只能通过第一连接管路91、第四三通阀600的第一接口6001、第四三通阀600的第三接口6003、第一引出循环管路93、第二换热器62的第七连接口623进入到第二换热器62的第四换热通道中，释放热量后，通过第四换热通道的第八连接口624、第二引出循环管路94、第二管路92进入到冷凝器72中，进行后续氢气纯化作业。
与此同时，启动导热油主泵81，使第三三通阀500的第一接口5001和第三三通阀500的第三接口5003之间连通，而第三三通阀500的第一接口5001和第三三通阀500的第二接口5002之间断开不通。第二真空绝热储罐5中的导热油经第一循环管路51、第二循环管路52、第四循环管路54、第二换热器62的第五连接口621进入第二换热器62的第三换热通道中，吸收第四换热通道中高温氢气的热量后，通过第三换热通道的第六连接口622、第五循环管路55回到第二真空绝热储罐5中。
在上述过程中，从脱氧塔71输出的高温氢气中的热量通过第二换热器62热交换传递给导热油，吸收热量的导热油储存于第二真空绝热储罐5中。吸收从脱氧塔71输出的高温氢气中的热量后的导热油的温度提高到150℃左右，该导热油被储存于第二真空绝热储罐5中，由于第二真空绝热储罐5采用真空绝热技术，因而24小时内第二真空绝热储罐5中的导热油的温度下降不超过10℃。
在碱性电解槽101冷机启动前，启动导热油主泵31，使第三三通阀500的第一接口5001和第三三通阀500的第二接口5002之间连通，而第三三通阀500的第一接口5001和第三三通阀500的三接口5003之间断开不通。第二真空绝热储罐5中被加热的导热油经第一循环管路51、第二循环管路52、第三循环管路53、第一换热器21的第三连接口213进入第一换热器21的第二换热通道中，释放热量后，通过第二换热通道的第四连接口214、第六循环管路56回到第二真空绝热储罐5中。
与此同时，启动碱液主泵31，各碱性电解槽101中的碱液通过各碱性电解槽101的碱液出管、第一分支管路21、第三管路23、第一换热器21的第一连接口211进入第一换热器21的第一换热通道中，吸收第二换热通道中导热油的热量后，通过第一换热器21的第二连接口212、第四管路43、第三分支管道41、各碱性电解槽101的碱液进口管回到各碱性电解槽101中。
在上述过程中将导热油的热量通过第一换热器21热交换传递给碱液，这样就能提高碱液的温度，使碱性电解槽101冷开机转变为热开机，极大地节省电力资源的消耗，此外，还能使碱性电解水制氢系统能更好地与风光电耦合，提升碱性电解槽100的动态性能。
在实际使用过程中，为了避免因导热油主泵81故障导致碱性电解水制氢系统中的氢气纯化系统余热回收系统无法正常工作，本实施例还设置有导热油备用泵82，如图2所示，导热油备用泵82通过第三备用连接管与导热油主泵81的进口处的第一循环管路51连接，导热油备用泵82通过第四备用连接管与导热油主泵81的出口处的第二循环管路52连接。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例，并非是对本实用新型作任何其他形式的限制，而依据本实用新型的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本实用新型要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置，碱性电解水制氢系统由水电解气液分离系统和氢气纯化系统构成；其特征在于：包括：第一真空绝热储罐，第一真空绝热储罐的进油口通过第一管路与水电解气液分离系统中的各碱液电解槽中的碱液出口管连通，第一真空绝热储罐的出油口通过第二管路与水电解气液分离系统中的各碱液电解槽中的碱液进口管连通，在第一管路或第二管路上安装有碱液主泵。
2.根据权利要求1所述的一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置，其特征在于：还设置有碱液备用泵，碱液备用泵的进口通过第一备用连接管与碱液主泵的进口处连接的第一管路或第二管路连接，碱液备用泵的出口通过第二备用连接管与碱液主泵的出口处连接的第一管路或第二管路连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置，其特征在于：在氢气纯化系统与水电解气液分离系统中还设置有余热回收装置；所述的余热回收装置包括：第二真空绝热储罐、第一换热器、第二换热器和导热油主泵；第一换热器中的二条换热通道为：第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道的两端连接口为第一连接口和第二连接口，第二换热通道的两端连接口为第三连接口和第四连接口；第二换热器中的二条换热通道为：第三换热通道和第四换热通道，第三换热通道的两端连接口为第五连接口和第六连接口，第四换热通道的两端连接口为第七连接口和第八连接口；
第一管路由第一分支管路和第二分支管路构成，第一分支管路的一端与水电解气液分离系统中的各碱液电解槽中的碱液出口管连接，第一分支管路的另一端与第一三通阀的第一接口连接；第二分支管路的一端与第一三通阀的第二接口连接，第二分支管路的另一端与第二真空绝热储罐的进油口连接；第二管路由第三分支管路和第四分支管路构成，第三分支管路的一端与水电解气液分离系统中的各碱液电解槽中的碱液进口管连接，第三分支管路的另一端与第二三通阀的第一接口连接；第四分支管路的一端与第二三通阀的第二接口连接，第四分支管路的另一端与第二真空绝热储罐的出油口连接；
第一三通阀的第三接口通过第三管路与第一连接口连接，第二连接口通过第四管路与第二三通阀的第三接口连接；第二真空绝热储罐的出油口通过第一循环管路与导热油主泵的进口连通，导热油主泵的出口通过第二循环管路与第三三通阀的第一接口连接，第三三通阀的第二接口通过第三循环管路与第三连接口连接，第四连接口通过第六循环管路与第二真空绝热储罐的进油口连接，第三三通阀的第三接口通过第四循环管路与第五连接口连通，第六连接口通过第五循环管路与第二真空绝热储罐的进油口连接；氢气纯化系统中的脱氧塔的氢气出口通过第一连接管路与第四三通阀的第一接口连接，第四三通阀的第二接口通过第二连接管路与冷凝器的氢气进口连接，第四三通阀的第三接口通过第一引出循环管路与第七连接口连通，在第二连接管路上设置有第二引出循环管路，第二引出循环管路与第八连接口连通。
4.根据权利要求3所述的一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置，其特征在于：还设置有导热油备用泵，导热油备用泵通过第三备用连接管与导热油主泵的进口处的第一循环管路连接，导热油备用泵通过第四备用连接管与导热油主泵的出口处的第二循环管路连接。
5.根据权利要求3所述的一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置，其特征在于：第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、碱液主泵、导热油主泵的控制线均与控制系统连接。
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|---|---|---|---|
| CN202322172536.9U CN220579417U (zh) | 2023-08-14 | 2023-08-14 | 一种碱性电解水制氢系统中的碱性电解槽冷启动改善装置 |
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