一种提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法和设备与流程

本发明属于碱性水电解制氢，具体涉及一种在宽功率波动运行下，提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法和设备。

背景技术：

1、现有的碱性水电解制氢设备，在宽功率波动运行工况下，氧中氢的纯度会随着运行功率的降低变差。其原因在于阴极和阳极之间设置具有隔气透水功能的隔膜布，在保证阴阳极之间电解液交换的同时还能保证将绝大部分氢气和氧气互相隔绝，但是依然有少部分氢气及氧气互相透过。鉴于氢气在氧气中的爆炸极限为4％-95％，氧中氢的纯度直接影响设备的运行安全。因此急需要一种能够在宽功率波动运行下提高氧中氢纯度的方法，保证设备产气的纯度及制氢设备的运行安全。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法和设备，在宽功率波动运行下，保证设备产气的纯度及制氢设备的运行安全，拓宽碱性水电解制氢设备的可运行功率范围。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法，包括以下步骤：

3、步骤1、分析影响水电解制氢设备气体纯度的设备参数，通过试验确定各设备参数与气体纯度之间的关系；

4、步骤2、根据水电解制氢设备中气体纯度要求以及各设备参数对气体纯度的影响程度，求取满足气体纯度要求下，各设备参数的建议值，根据各设备参数的建议值，制定对应的参数控制策略；

5、步骤3、将各设备参数控制策略写入plc，通过plc控制器实现对水电解制氢设备中各设备参数的控制。

6、优选的，影响水电解制氢设备气体纯度的设备参数至少包括：工作电流、循环水流量、循环水温度、系统工作压力和氢氧侧液位差。

7、优选的，步骤2中，电解槽的循环水流量建议值可通过下式进行控制：

8、

9、式中qc为循环水流量命令值，qe为额定循环水流量，ic为电解槽实际工作电流，ie为电解槽额定工作电流。

10、优选的，步骤2中，电解槽的循环水温度的建议值可通过下式进行控制：

11、

12、

13、式中，tc为循环水温度命令值，te为额定循环水温度，ic为电解槽实际工作电流，ie为电解槽额定工作电流。

14、优选的，步骤2中，制氢设备运行系统压力的建议值可通过下式进行控制：

15、

16、

17、式中，pc为系统工作压力命令值，pe为额定系统工作压力，ic为电解槽实际工作电流，ie为电解槽额定工作电流。

18、优选的，步骤2中，通过控制氧侧的液位低于氢侧液位，减少氢气向氧气的渗透；通过控制氧侧的液位高于氢侧液位，减少氧气向氢气的渗透。

19、本发明除了提供一种提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法外，还进一步提供一种用于实现上述方法的碱性水电解制氢设备，包括：

20、碱性水电解制氢设备、薄膜调节阀和变频器。

21、薄膜调节阀与设置在碱性水电解制氢设备管路中的循环泵连接。

22、变频器设置于循环泵管路中。

23、优选的，薄膜调节阀设置在循环泵的出口。

24、优选的，薄膜调节阀设置在循环泵的出口和入口之间。

25、与现有技术相比，本发明具备以下优点：

26、本发明提供的一种提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法和设备，该方法首先基于碱性水电解制氢设备进行试验，得出了影响设备在不同负荷下工作时，影响气体纯度的主要因素为循环水的流量，次要因素为循环水的温度，并通过试验给出循环水流量及温度的建议值公式。通过工艺流程及硬件上的改进，增加了控制水流量的薄膜调节阀，及调节循环泵转速的变频器，通过薄膜调节阀和变频器的双重控制，来进行循环水流量的控制。基于薄膜调节阀及变频器，设计控制策略，达到精准控制循环水流量的目的。通过本发明，可以显著改善碱性水电解设备在宽功率波动下运行时，气体纯度差的现象，保证设备产气的纯度及制氢设备的运行安全，拓宽碱性水电解制氢设备的可运行功率范围。

技术特征：

1.一种提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法，其特征在于：所述影响水电解制氢设备气体纯度的设备参数至少包括：工作电流、循环水流量、循环水温度、系统工作压力和氢氧侧液位差。

3.如权利要求2所述的一种提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法，其特征在于：所述步骤2中，电解槽的循环水流量建议值可通过下式进行控制：

4.如权利要求2所述的一种提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法，其特征在于：所述步骤2中，电解槽的循环水温度的建议值可通过下式进行控制：

5.如权利要求2所述的一种提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法，其特征在于：所述步骤2中，制氢设备运行系统压力的建议值可通过下式进行控制：

6.如权利要求2所述的一种提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法，其特征在于：所述步骤2中，通过控制氧侧的液位低于氢侧液位，减少氢气向氧气的渗透；通过控制氧侧的液位高于氢侧液位，减少氧气向氢气的渗透。

7.一种碱性水电解制氢设备，其特征在于：所述设备用于实现权利要求1-6任一项所述的方法，所述设备包括：

8.如权利要求7所述的一种碱性水电解制氢设备，其特征在于：所述薄膜调节阀设置在所述循环泵的出口。

9.如权利要求7所述的一种碱性水电解制氢设备，其特征在于：所述薄膜调节阀设置在所述循环泵的出口和入口之间。

技术总结本发明公开了一种提高碱性水电解制氢设备中氧中氢纯度的方法和设备，该方法包括以下步骤：分析影响水电解制氢设备气体纯度的设备参数，通过试验确定各设备参数与气体纯度之间的关系；根据水电解制氢设备中气体纯度要求以及各设备参数对气体纯度的影响程度，求取满足气体纯度要求下，各设备参数的建议值，根据各设备参数的建议值，制定对应的参数控制策略；将各设备参数控制策略写入PLC，实现对水电解制氢设备中各设备参数的控制。本发明通过在制氢设备中设置薄膜调节阀和变频器控制系统循环水流量，显著改善碱性水电解设备在宽功率波动下运行时，气体纯度差的问题，保证设备产气的纯度及运行安全，拓宽了碱性水电解制氢设备的可运行功率范围。技术研发人员：郭少波,宁楠,袁先明,马嵘,牛巧云,贺瑞鹏,孟晓宇受保护的技术使用者：中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18