CN220643283U - 一种电解制氢系统余热回用于原料水加热系统 - Google Patents
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Abstract
一种电解制氢系统余热回用于原料水加热系统，包括碱水电解槽，碱水电解槽输出的氢气和氧气均进入气液处理单元，气液处理单元通过循环水管路与换热单元相连接，冷却水在气液处理单元与换热单元之间进行循环，换热单元通过反渗透装置连接碱水电解槽。本实用新型实现了电解制氢工艺段副产热量用于原料水加热系统的高效热量回用；系统整体运行经济性大幅提升。
Description
技术领域
本实用新型属于氢能生产领域，用于电解碱水制氢系统，具体来说是涉及一种电解制氢系统余热回用于原料水加热系统。
背景技术
目前，电解碱水制氢系统利用直流电解槽对电解液（30%KOH水溶液）进行电解产生氢气和氧气，实际消耗原料水。电解产生的氢气和氧气经气液处理单元脱除碱雾后分别进入氢气和氢气后续工艺系统。流程示意图如图1所示。
根据《压力型水电解制氢系统技术条件》（GB/T37562-2019)中5.1.2.3条文“碱性水电解制氢系统电解槽的工作温度宜为80±5℃”，工程实践中综合考虑电解效率、能耗及相关材料的耐温性能等因素，碱水电解槽工作温度通常不超过90℃”。在该工作温度下电解产生的氢气和氧气中含有大量碱雾，经过气液处理单元换热、冷凝、汽水分离处理除去碱雾后进入后续氢气、氢气后续处理工艺。气液处理单元配套设置冷却水单元对氢气和氧气进行降温冷凝处理。
根据《压力型水电解制氢系统技术条件》（GB/T37562-2019)中5.1.2.5条文“碱性水电解制氢系统原料水品质应符合表1的规定”： 根据表1水质要求，电解制氢系统原料水源采用地表水、地下水、自来水、中水等水源时，均需进行脱盐处理。结合项目条件最适宜的水处理系统工艺为：预处理+反渗透处理系统。根据反渗透膜运行原理，反渗透进水温度对反渗透的出力影响非常大（水温10℃条件下反渗透出力约为水温25℃条件下反渗透出力的60%）。反渗透系统通常按进水25℃进行水处理系统设计。因此，在北方寒冷地区反渗透进水温度较低时，进水须设置原水加热单元，加热型式可采用电加热、蒸汽伴热、热水换热器等形式。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：针对电解碱水制氢系统气液分离装置须配套设置冷却水系统，寒冷地区电解制氢原料水须配套设置加热系统的特点，本实用新型提供电解制氢系统余热回用于原料水加热系统，缩减电解制氢气液处理单元冷却水系统和原料水加热系统。
为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种电解制氢系统余热回用于原料水加热系统，包括碱水电解槽，碱水电解槽输出的氢气和氧气均进入气液处理单元，气液处理单元通过循环水管路与换热单元相连接，冷却水在气液处理单元与换热单元之间进行循环，换热单元通过反渗透装置连接碱水电解槽。
换热单元包括并联设置的原冷却单元和加热单元，原冷却单元和加热单元分别与循环水管路连通，加热单元与原水预处理单元相连接，原水预处理单元与反渗透装置相连接。
在原水预处理单元前端的循环水管路上分别设置冷却水进水阀和冷却水出水阀；在加热单元前端的循环水管路上分别设置加热进水阀和加热出水阀。
在循环水管路上设置有在线纯度湿度测量装置，在线纯度湿度测量装置与燃料电池发电DCS系统通信连接；所述的在线纯度湿度测量装置包括压力检测计、湿度检测计和流量计。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：实现了电解制氢工艺段副产热量用于原料水加热系统的高效热量回用；系统整体运行经济性大幅提升。
附图说明
图1为现有技术的典型碱水电解制氢系统示意图；
图2为本实用新型的电解制氢系统余热加热原料水原理图；
图3为本实用新型的电解制氢余热加热原水原则性工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
如图2所示，一种电解制氢系统余热回用于原料水加热系统，包括碱水电解槽1，碱水电解槽1输出的氢气和氧气均进入气液处理单元4，气液处理单元4通过循环水管路34与换热单元3相连接，冷却水在气液处理单元4与换热单元3之间进行循环，换热单元3通过反渗透装置2连接碱水电解槽1。
进一步地，换热单元3的输入端还连接有原料水进水管。
进一步地，换热单元3包括并联设置的原冷却单元31和加热单元32，原冷却单元31和加热单元32分别与循环水管路34连通，加热单元32与原水预处理单元33相连接，原水预处理单元33与反渗透装置2相连接。需要说明的是，原冷却单元31、加热单元32和原水预处理单元33均为现有技术，比如加热单元32采用板式换热器。
进一步地，在原水预处理单元33前端的循环水管路34上分别设置冷却水进水阀F3和冷却水出水阀F4；在加热单元32前端的循环水管路34上分别设置加热进水阀F2和加热出水阀F1。
进一步地，在循环水管路34上设置有在线纯度湿度测量装置5，在线纯度湿度测量装置与燃料电池发电DCS系统通信连接；所述的在线纯度湿度测量装置包括压力检测计、湿度检测计和流量计。
需要说明的是，氢气和氧气进入气液处理单元4后，输出的气体（氢气和氧气）分别进行后续处理，后续处理不属于本实用新型的保护范围。
反渗透装置2为现有技术。
本实用新型的工作方法是：
（1）根据气液处理单元4的参数及夏季环境条件，确定冷却水流量及冷却水单元设备（机力塔、水泵等）参数；
（2）根据碱水电解槽1参数确定电解制氢系统除盐水耗量；根据原水水质资料确定原水预处理单元33的工艺流程及预处理系统进水流量；
（3）根据采暖季原水温度及（2）确定的原水预处理流量确定原水加热单元换热器规格参数；
（4）根据以上确定的原冷却单元31、加热单元32的型式、规格容量、数量，进行系统设计并配套设置相关阀门、仪表。
本实用新型的运行原理是：非采暖季运行，原水不需加热，关闭加热出水阀F1和加热进水阀F2，打开冷却水进水阀F3和冷却水出水阀F4，电解制氢系统的气液处理单元4余热依靠配套的原冷却单元31进行冷凝换热；采暖季运行，原水需要加热，打开加热出水阀F1和加热进水阀F2，关闭冷却水进水阀F3和冷却水出水阀F4，电解制氢系统的气液处理单元4余热通过循环水管路34及原水系统的加热单元32进行换热来加热原水，最终实现电解制氢单元余热的回收利用。
本实用新型的工作原理是：利用电解制氢气液分离装置冷却水带出的热量，通过板式换热器对电解制氢原料水进行加热。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种电解制氢系统余热回用于原料水加热系统，其特征在于：包括碱水电解槽（1），碱水电解槽（1）输出的氢气和氧气均进入气液处理单元（4），气液处理单元（4）通过循环水管路（34）与换热单元（3）相连接，冷却水在气液处理单元（4）与换热单元（3）之间进行循环，换热单元（3）通过反渗透装置（2）连接碱水电解槽（1）。
2.根据权利要求1所述的一种电解制氢系统余热回用于原料水加热系统，其特征在于：换热单元（3）包括并联设置的原冷却单元（31）和加热单元（32），原冷却单元（31）和加热单元（32）分别与循环水管路（34）连通，加热单元（32）与原水预处理单元（33）相连接，原水预处理单元（33）与反渗透装置（2）相连接。
3.根据权利要求2所述的一种电解制氢系统余热回用于原料水加热系统，其特征在于：在原水预处理单元（33）前端的循环水管路（34）上分别设置冷却水进水阀（F3）和冷却水出水阀（F4）；在加热单元（32）前端的循环水管路（34）上分别设置加热进水阀（F2）和加热出水阀（F1）。
4.根据权利要求2所述的一种电解制氢系统余热回用于原料水加热系统，其特征在于：在循环水管路（34）上设置有在线纯度湿度测量装置（5），在线纯度湿度测量装置与燃料电池发电DCS系统通信连接；所述的在线纯度湿度测量装置包括压力检测计、湿度检测计和流量计。
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