一种用于碱水制氢的高效安全配碱系统及方法与流程

本发明涉及碱水制氢。更具体地说，本发明涉及一种用于碱水制氢的高效安全配碱系统及方法。

背景技术：

1、可再生能源耦合电解水制氢是实现绿氢生产的关键路径，碱性电解水制氢的市场需求量快速增加。未来很长一段时间，碱性电解水制氢仍将是国内主流的电解水制氢技术。碱性电解水制氢技术以30％的koh溶液作为电解质，通过电解产生氢气。而在实际应用中，为维持碱水制氢设备的高效、持续运行，通常需要配置大量碱液以保证原料的充足，特别是对于大功率碱水制氢系统而言，在设备初次运行前、长时间停车后开车前均需要配置数吨碱液。

2、目前，碱水制氢所用的碱液主要依靠人工配置，在配置过程中作业人员将碱片按一定比例倾倒至盛有水的碱箱中，并持续搅拌成碱液。但人工配碱方法存在以下问题：1、碱片具有非常强的腐蚀性，作业人员在倾倒碱片时容易被碱片腐蚀灼伤；2、碱片溶于纯水时，释放大量热，并产生较多碱雾，存在烫伤和灼伤作业人员呼吸道的危险，每隔30分钟需要更换作业人员，对作业人员总数的需求量大；3、由于碱片使用量大，且碱片倾倒入碱水箱时需要控制速度，导致碱片配置需要持续、长时间作业，存在大量的人工工作量，工作效率低下，作业成本高。

3、为解决上述问题，需要设计一种用于碱水制氢的高效安全配碱系统及方法，提高配碱作业的工作效率和安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于碱水制氢的高效安全配碱系统及方法，通过碱片配送装置控制碱片自动注入碱水箱中的速度，配合循环系统实现碱片与水的充分反应混合并完成碱液配注，从而，实现配碱全过程的自动化控制，大幅度减少了人工作业量，提高了配碱效率和作业安全性。

2、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于碱水制氢的高效安全配碱系统，包括：

3、碱水箱，其外表面设有多个接口，其包括进料口、进液口、出液口和回流口，任一接口与所述碱水箱的内部连通；

4、碱片配送装置，其包括碱片储箱和气泵，其分别设置在所述碱水箱外侧；碱片斗，其为设置在所述碱水箱顶部并与其进料口连通的封闭式结构，其通过吸料管路与所述碱片储箱连通，所述碱片斗通过吸气管路与所述气泵的进气口连通；控制阀，其设置在所述进料口处并用于调节其开口尺寸；

5、纯水箱，其通过进水管与所述碱水箱的进液口连通，所述进水管上设有水泵；

6、循环系统，其包括内循环管路，其连通所述碱水箱的出液口与回流口，所述内循环管路上设有循环泵；外循环管路，其设置为用于供碱液在内循环管路与电解装置间循环流通；多个调节阀，其分别设置在所述碱水箱的出液口与回流口、电解装置的进液口与出液口处；

7、控制系统，其设置为用于控制所述气泵、所述控制阀、所述水泵、所述循环泵与所述多个调节阀的工作状态。

8、优选的是，所述用于碱水制氢的高效安全配碱系统，所述碱片配送装置还包括第一过滤器，其设置在所述吸气管路上。

9、优选的是，所述用于碱水制氢的高效安全配碱系统，还包括监测装置，其设置为用于检测所述内循环管路上的碱液浓度。

10、优选的是，所述用于碱水制氢的高效安全配碱系统，所述循环系统还包括：冷却器和第二过滤器，其沿液体流通方向依次设置在所述循环泵的出液口与所述碱水箱的回流口之间的内循环管路上。

11、优选的是，所述用于碱水制氢的高效安全配碱系统，所述循环泵的出液口通过第一外调节阀、第二内调节阀分别与电解装置的进液口、所述碱水箱的回流口连通，所述循环泵的进液口通过第二外调节阀、第一内调节阀分别与电解装置的出液口、所述碱水箱的出液口连通。

12、优选的是，所述用于碱水制氢的高效安全配碱系统，所述第一内调节阀与所述第二外调节阀为同一三通阀，其为两进一出结构，其两个进口分别与所述碱水箱的出液口、电解装置的出液口连通，一个出口与所述循环泵的进液口连通；

13、所述第二内调节阀与所述第一外调节阀为同一三通阀，其为一进两出结构，其一个进口与所述循环泵的出液口连通，两个出口分别与所述碱水箱的回流口、电解装置的进液口连通。

14、本发明还提供了一种用于碱水制氢的高效安全配碱方法，包括：

15、s1、通过水泵和气泵分别将纯水箱内的纯水和碱片储箱内的碱片按设定比例输送至碱水箱内，期间通过控制阀控制碱片的注入速度；

16、s2、打开两个内调节阀并切断两个外调节阀，使所述碱水箱内的混合液体在循环泵的驱动下沿内循环管路循环流通，直至碱片与纯水完全反应，得到符合浓度要求的碱液；

17、s3、打开第一外调节阀并切断第二内调节阀，使所述碱水箱内配置好的碱液在循环泵的驱动下依次经过内循环管路、外循环管路后注入电解装置内；

18、s4、向电解装置内注入定量碱液后，关停所述循环泵，即完成碱液配注。

19、优选的是，所述用于碱水制氢的高效安全配碱方法，s1中，将纯水箱内的纯水和碱片储箱内的碱片按设定比例输送至碱水箱内的方法包括：

20、s11、在所述碱水箱的外表面上沿高度方向预设刻度线，并提前计算待配置碱液中纯水与碱片的体积及其对应的刻度线位置；

21、s12、通过所述水泵将纯水注入所述碱水箱内，当所述碱水箱内的水位达到设定的纯水的刻度线位置时，关停所述水泵；

22、s13、通过所述气泵对碱片斗抽气，使所述碱片斗在负压状态下自动从所述碱片储箱中抽取碱片并经控制阀输送至所述碱水箱内，持续观测所述碱水箱的液位高度，当其达到待配置碱液的总体积对应的刻度线位置时，关停所述气泵。

23、优选的是，所述用于碱水制氢的高效安全配碱方法，s2中，判断当前碱液是否符合浓度要求的方法为：

24、s21、控制碱水箱内的混合液体在内循环管路中循环流通设定的时间后暂时关停循环泵，然后从所述循环泵出口的排气阀处对碱液进行取样，并利用比重计测量当前碱液样品的浓度；

25、s22、判断测量得到的碱液浓度是否符合设定的浓度范围，若符合，则判定当前碱液浓度合格并进入下一配碱工序；若测量得到的碱液浓度超出设定的浓度范围，则判定碱液浓度不合格，根据碱液浓度的具体数值计算碱液浓度达标所需的纯水或碱片的量，并控制水泵或气泵按照计算值继续向所述碱水箱内输送纯水或碱片，然后重复前序步骤，直至测量得到的碱液浓度合格。

26、本发明至少包括以下有益效果：

27、本发明通过碱片配送装置控制碱片自动注入碱水箱中的速度，配合循环系统和控制系统实现碱片与水的充分反应混合并完成碱液配注，其中，循环系统包括内循环管路和外循环管路，内循环管路实现碱片与水的充分反应混合，外循环管路实现碱液的自动配注，控制系统可根据实时作业工况选择不同的循环系统工作模式，通过控制各管路上调节阀门的工作状态对循环系统进行切换和调整，从而，实现配碱全过程的自动化控制，大幅度减少了人工作业量，提高了配碱效率和作业安全性。

28、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。