一种碱性电解水制氢系统低负荷状态下氧中氢含量的控制系统及方法

技术领域

本发明属于电解水技术领域，具体涉及一种碱性电解水制氢系统低负荷状态下氧中氢含量的控制系统及方法。

背景技术

气体纯度是碱水电解的重要指标，制氢系统运行过程产生的氢气的气体纯度通常高于 99.9vol.%(没有额外纯化的情况下)，产生的氧气的气体纯度通常要求高于 98.5vol.%。

由于这两种产品气体在大约 4-96vol.%的范围内即可形成爆炸性混合物，因此整个电解槽系统紧急停机的技术安全限值为 1.5vol.%。因此整个制氢系统在运行过程中，产品气体杂质即氧中氢的含量需要低于此限值，以保证制氢系统的连续运行和生产。碱性电解水制氢系统产气过程，气体的纯度随着电流密度的增加而增加。然而，在较低的电流密度下时，产生的氧气含量较低，致使行业内碱水制氢系统在低负荷下运行的氧中氢的含量超出所要求的 1.5vol.%的技术安全限值。

发明内容

本发明的目的在于提供碱性电解水制氢系统低负荷运行下氧中氢的控制方法，以解决上述的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种碱性电解水制氢系统低负荷状态下氧中氢含量的控制系统，包括电解槽、氢气分离器、氧气分离器、碱液冷却器和碱液循环泵；

所述电解槽分别与氢气分离器、氧气分离器连通，氢气分离器、氧气分离器均与碱液冷却器连通，所述碱液冷却器通过碱液循环泵与电解槽连通，通过PLC控制程序对碱液循环泵进行控制从而控制碱液流量。

优选的，碱液循环泵包括碱液循环泵A或碱液循环泵B，所述碱液循环泵A或碱液循环泵B将碱液冷却器内的碱液输送至电解槽内。

优选的，所述氢气分离器连通有氢综合塔，所述氢综合塔连通有氢水冷却器，所述氢水冷却器连通有氢气水分离器，所述氢气水分离器分两路排出不合格氢气和合格氢气，所述氢气水分离器连通氢排水器。

优选的，所述氧气分离器连通有氧综合塔，所述氧综合塔连通有氧水冷却器，所述氧水冷却器连通氧气水分离器，所述氧气水分离器排出氧气，所述氧气水分离器连通有氧排水器。

一种碱性电解水制氢系统低负荷状态下氧中氢含量的控制系统的控制方法，其特征在于，当电解槽运行负荷下降时，碱液循环泵流量增大。

优选的，设定电解槽低负荷运行参数区间，电解槽进入低负荷参数区间内启动电解槽系统中碱液循环量控制系统进行循环量调节。

优选的，电解槽系统的碱液循环量按负荷下降量来增加碱液循环量，电解槽负荷降至最低时，碱液循环量开至最大。

优选的，所述电解槽低负荷运行参数区间设定0-50%负荷。

优选的，在电解槽运行状况进入预设定的低负荷参数区间时，以碱液循环泵变频控制实现加大流量的控制，同时按负荷降低变化来跟踪调节碱液循环量。

本发明的技术效果和优点：本发明的系统随着电解槽负荷的下降，控制电解槽碱液循环量也随着负荷下降而增加，在电解槽负荷降至低负荷以下运行时，开启碱液循环量的调节，使碱液循环量变化同步控制调节，二者按相应的比例关系跟踪调节控制，以确保氧中氢控制在允许的安全范围内运行，电解槽负荷上下变化波动时，所控制的碱液循环量跟踪负荷上下变化而随着相应变化。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为本发明系统示意图。

图2为本发明碱液循环量和负荷的关系示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

如图1所示，本发明提供了一种碱性电解水制氢系统低负荷状态下氧中氢含量的控制系统，包括电解槽、氢气分离器、氧气分离器、碱液冷却器和碱液循环泵；

所述电解槽分别与氢气分离器、氧气分离器连通，氢气分离器、氧气分离器均与碱液冷却器连通，所述碱液冷却器通过碱液循环泵与电解槽连通，通过PLC控制程序对碱液循环泵进行控制从而控制碱液流量。

碱液循环泵包括碱液循环泵A或碱液循环泵B，所述碱液循环泵A或碱液循环泵B将碱液冷却器内的碱液输送至电解槽内。

所述氢气分离器连通有氢综合塔，所述氢综合塔连通有氢水冷却器，所述氢水冷却器连通有氢气水分离器，所述氢气水分离器分两路排出不合格氢气和合格氢气，所述氢气水分离器连通氢排水器。

所述氧气分离器连通有氧综合塔，所述氧综合塔连通有氧水冷却器，所述氧水冷却器连通氧气水分离器，所述氧气水分离器排出氧气，所述氧气水分离器连通有氧排水器。

为实现上述目的，本发明提供另一技术方案如下：

一种碱性电解水制氢系统低负荷运行下氧中氢的控制方法，设定电解槽低负荷运行参数区间，电解槽进入低负荷参数区间内启动电解槽系统中碱液循环量控制系统进行循环量调节。

优选地，解槽系统的碱液循环量按负荷下降量来增加碱液循环量，电解槽负荷降至最低时，碱液循环量开至最大。

优选地，所述电解槽低负荷运行参数区间设定0-50%负荷。

优选地，在电解槽运行状况进入预设定的低负荷参数区间时，以碱液循环泵变频控制实现加大流量的控制，同时按负荷降低变化来跟踪调节碱液循环量

具体的，所述电解槽低负荷运行参数区间设定0-50%负荷，此低负荷运行参数区间数值不是唯一，可根据用户实际情况而设定。

具体的，在电解槽运行状况进入预设定的低负荷参数区间时，以碱液循环泵变频控制实现加大流量的控制，同时按负荷降低变化来跟踪调节碱液循环量。

工作原理：自控系统采用可编程逻辑控制器PLC，自控系统配置由西门子 1500 系列-1513CPU主站+ET200sp 从站，PLC为从站，将整套碱性电解水制氢系统处于自动模式下，氢、氧两侧开关阀自动开启持续保持放空状态，氢、氧两侧调节阀、冷却水调节阀、整流器、循环泵、补水泵处于自动模式，碱液进口调节阀处于50%开度手动状态；设定整流器电流增益、电流上升目标值、及系统压力，选择循环泵，准备就绪，通知现场人员巡检，无问题，按下一键启动按钮，如有问题，重复上述步骤；

当整套系统按已设定的参数达到设定值，以及压力、温度、流量、液位，氧中氢，氢中氧稳定后，系统负荷降低相应相应设定进口流量 SV 设定值，这里的设定值不是唯一，可以根据用户实际需求而设定，通过电磁流量计检测 PV 值跟进口流量 SV 设定值实际流量通过 PID 计算得出合适的 4-20ma 模拟量控制碱液循环泵变频器控制流量，从而调节碱液流速和流量，而达到调节槽内小室电压和气体纯度，因为气体纯度的变化而改变氧化氢的技术安全阈值，并且还可以对电解槽内电解反应区域进行“搅拌”，以减少浓差极化；

然后通过变频泵控制流量根据负荷降低而变化，在保证变工况后参数稳定。

此时，氧中氢含量状态由稳态波动上升至额定值后逐渐下降，稳态后，依次再按同样的操作方式继续减负荷至 45%、40%、35%、30%、25%、20%、15%、10%、5%，完成最终低负荷运行指标，从而达到一个调节的模拟趋势图，从而方便控制氧化氢的的技术安全限值。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。