Den elektrolytiskaväteproduktionsenheten inkluderar en komplett uppsättning vattenelektrolysväteproduktionsutrustning, varav huvudutrustningen inkluderar:
1. Elektrolytisk cell
2. Gas- och vätskeseparationsanordning
3. Torknings- och reningssystem
4. Den elektriska delen inkluderar: transformator, likriktarskåp, PLC-styrskåp, instrumentskåp, distributionsskåp, övre dator, etc.
5. Hjälpsystemet omfattar huvudsakligen: alkalilösningstank, råmaterialvattentank, spädvattenpump, kvävgascylinder/samlingsskena, etc. 6. Utrustningens övergripande hjälpsystem omfattar: renvattenmaskin, kyltorn, kylare, luftkompressor, etc.
vätgas- och syrekylare, och vattnet samlas upp av en droppfälla innan det skickas ut under kontroll av styrsystemet; Elektrolyten passerar genomväteoch syrgas-alkalifilter, vätgas- respektive syrgas-alkalikylare under inverkan av cirkulationspumpen, och återgår sedan till elektrolytcellen för vidare elektrolys.
Systemets tryck regleras av tryckregleringssystemet och differenstrycksregleringssystemet för att möta kraven för nedströmsprocesser och lagring.
Vätgas som produceras genom vattenelektrolys har fördelarna med hög renhet och låga föroreningar. Vanligtvis består föroreningarna i vätgasen som produceras genom vattenelektrolys endast av syre och vatten, utan andra komponenter (vilket kan undvika förgiftning av vissa katalysatorer). Detta gör det enkelt att producera vätgas med hög renhet, och den renade gasen kan uppfylla standarderna för industrigaser av elektronikkvalitet.
Vätgasen som produceras av vätgasproduktionsenheten passerar genom en bufferttank för att stabilisera systemets arbetstryck och ytterligare avlägsna fritt vatten från vätgasen.
Efter att ha kommit in i vätgasreningsanordningen renas vätet som produceras genom vattenelektrolys ytterligare med hjälp av principerna för katalytisk reaktion och molekylsiktadsorption för att avlägsna syre, vatten och andra föroreningar från vätet.
Utrustningen kan ställa in ett automatiskt system för justering av vätgasproduktionen enligt den faktiska situationen. Förändringar i gasbelastningen orsakar fluktuationer i trycket i vätgaslagringstanken. Trycktransmittern som är installerad på lagringstanken matar ut en 4-20mA-signal till PLC:n för jämförelse med det ursprungliga inställda värdet, och efter invers transformation och PID-beräkning matar den ut en 20-4mA-signal till likriktarskåpet för att justera storleken på elektrolysströmmen, vilket uppnår syftet med automatisk justering av vätgasproduktionen enligt förändringar i vätgasbelastningen.
Den enda reaktionen i processen för vätgasproduktion genom vattenelektrolys är vatten (H2O), som kontinuerligt behöver tillföras råvatten genom en vattenpåfyllningspump. Påfyllningspositionen är placerad på vätgas- eller syreseparatorn. Dessutom behöver vätgas och syre ta bort en liten mängd vatten när de lämnar systemet. Utrustning med låg vattenförbrukning kan förbruka 1L/Nm³ H2, medan större utrustning kan reducera den till 0,9L/Nm³ H2. Systemet fyller kontinuerligt på råvatten, vilket kan bibehålla stabiliteten hos den alkaliska vätskenivån och koncentrationen. Det kan också fylla på det reagerade vattnet i tid för att bibehålla koncentrationen av den alkaliska lösningen.
- Transformatorlikriktarsystem
Detta system består huvudsakligen av två enheter, en transformator och ett likriktarskåp. Dess huvudsakliga funktion är att omvandla den 10/35 kV växelström som tillhandahålls av frontend-ägaren till den likström som krävs av elektrolytcellen och leverera likström till elektrolytcellen. En del av den tillförda effekten används för att direkt bryta ner vattenmolekyler till väte och syre, och den andra delen genererar värme, som överförs av alkalikylaren genom kylvattnet.
De flesta transformatorer är av oljetyp. Om de placeras inomhus eller i en behållare kan torrtransformatorer användas. Transformatorerna som används för elektrolytisk vatten- och väteproduktionsutrustning är specialtransformatorer som måste matchas enligt data för varje elektrolytisk cell, så de är anpassad utrustning.
För närvarande är det vanligaste likriktarskåpet tyristortyp, vilket stöds av utrustningstillverkare på grund av dess långa användningstid, höga stabilitet och låga pris. Men på grund av behovet av att anpassa storskalig utrustning till förnybar energi i frontlinjen är omvandlingseffektiviteten hos tyristorlikriktarskåp relativt låg. För närvarande strävar olika tillverkare av likriktarskåp efter att anta nya IGBT-likriktarskåp. IGBT är redan mycket vanligt inom andra industrier som vindkraft, och man tror att IGBT-likriktarskåp kommer att utvecklas avsevärt i framtiden.
- Distributionsskåpssystem
Distributionsskåpet används huvudsakligen för att förse olika komponenter med motorer i systemet för separation och rening av vätgas och syre bakom den elektrolytiska vattenväteproduktionsutrustningen, inklusive 400V- eller vanligen kallad 380V-utrustning. Utrustningen inkluderar alkalicirkulationspumpen i vätgas- och syreseparationsramverket och tillsatsvattenpumpen i hjälpsystemet. Strömförsörjningen för värmetrådarna i tork- och reningssystemet, såväl som de hjälpsystem som krävs för hela systemet, såsom renvattenmaskiner, kylare, luftkompressorer, kyltorn och backend-vätgaskompressorer, hydreringsmaskiner etc., inkluderar även strömförsörjningen för belysning, övervakning och andra system i hela stationen.
- Control-systemet
Styrsystemet använder automatisk PLC-styrning. PLC:n använder vanligtvis Siemens 1200 eller 1500 och är utrustad med en pekskärm för interaktion mellan människa och maskin. Funktions- och parametervisning för varje system i utrustningen samt visning av styrlogik sker på pekskärmen.
5. Cirkulationssystem för alkalilösningar
Detta system omfattar huvudsakligen följande huvudutrustning:
Väte-syreseparator – Cirkulationspump för alkalilösning – Ventil – Filter för alkalilösning – Elektrolytisk cell
Huvudprocessen är följande: den alkaliska lösningen blandad med väte och syre i vätgas-syreseparatorn separeras av gas-vätskeseparatorn och återflödeskokas till cirkulationspumpen för alkalisk lösning. Vätgasseparatorn och syreseparatorn är anslutna här, och cirkulationspumpen för alkalisk lösning cirkulerar den återflödeskokade alkaliska lösningen till ventilen och filtret för alkalisk lösning i bakänden. Efter att filtret har filtrerat bort större föroreningar cirkuleras den alkaliska lösningen in i elektrolytcellen.
6. Vätesystem
Vätgas genereras från katodelektrodsidan och når separatorn tillsammans med det alkaliska lösningscirkulationssystemet. Inuti separatorn är vätgasen relativt lätt och separerad naturligt från den alkaliska lösningen och når separatorns övre del. Därefter passerar den genom rörledningar för vidare separation, kyls av kylvatten och samlas upp av en droppfångare för att uppnå en renhet på cirka 99 % innan den når det bakre tork- och reningssystemet.
Evakuering: Evakuering av vätgas används huvudsakligen under start- och avstängningsperioder, onormal drift eller när renheten inte uppfyller standarderna, samt för felsökning.
7. Syresystem
Syrets transportväg liknar vätgasens, förutom att den utförs i olika separatorer.
Tömning: För närvarande använder de flesta projekt metoden att tömma syre.
Användning: Syrets nyttjandevärde är endast meningsfullt i specialprojekt, såsom tillämpningar som kan använda både vätgas och högrent syre, såsom fiberoptiska tillverkare. Det finns också några stora projekt som har reserverat utrymme för användning av syre. Backend-applikationsscenarier är för produktion av flytande syre efter torkning och rening, eller för medicinskt syre genom dispersionssystem. Precisionen i dessa användningsscenarier behöver dock fortfarande bekräftas ytterligare.
8. Kylvattensystem
Vattenelektrolysprocessen är en endoterm reaktion, och väteproduktionsprocessen måste tillföras elektrisk energi. Emellertid överstiger den elektriska energin som förbrukas i vattenelektrolysprocessen den teoretiska värmeabsorptionen för vattenelektrolysreaktionen. Med andra ord omvandlas en del av den elektricitet som används i elektrolyscellen till värme, som huvudsakligen används för att värma upp det alkaliska lösningscirkulationssystemet i början, vilket höjer temperaturen på den alkaliska lösningen till det erforderliga temperaturintervallet på 90 ± 5 ℃ för utrustningen. Om elektrolyscellen fortsätter att fungera efter att ha uppnått den nominella temperaturen måste den genererade värmen transporteras bort genom kylning av vattnet för att bibehålla den normala temperaturen i elektrolysreaktionszonen. Den höga temperaturen i elektrolysreaktionszonen kan minska energiförbrukningen, men om temperaturen är för hög kommer elektrolyskammarens membran att skadas, vilket också kommer att vara skadligt för utrustningens långsiktiga drift.
Den optimala driftstemperaturen för denna anordning måste hållas vid högst 95 ℃. Dessutom måste det genererade vätet och syret kylas och avfuktas, och den vattenkylda tyristorlikriktaranordningen är också utrustad med nödvändiga kylledningar.
Pumphuset i stor utrustning kräver också deltagande av kylvatten.
- Kvävepåfyllning och kvävespolningssystem
Innan felsökning och driftsättning av enheten bör ett kvävetäthetstest utföras på systemet. Före normal uppstart är det också nödvändigt att spola systemets gasfas med kväve för att säkerställa att gasen i gasfasutrymmet på båda sidor om väte och syre är långt ifrån det brandfarliga och explosiva området.
Efter att utrustningen har stängts av kommer styrsystemet automatiskt att upprätthålla trycket och behålla en viss mängd väte och syre inuti systemet. Om trycket fortfarande finns kvar under uppstarten behöver man inte utföra någon rensning. Men om trycket är helt avlastat måste man utföra en kvävgasrensning igen.
- Vätgasreningssystem (valfritt)
Vätgasen som framställs från vattenelektrolys avfuktas med en parallelltork och renas slutligen med ett sintrat nickelrörsfilter för att erhålla torr vätgas. Beroende på användarens krav på produktvätgas kan systemet lägga till en reningsanordning som använder palladium-platina bimetallisk katalytisk deoxygenering för rening.
Vätet som produceras av vattenelektrolysens väteproduktionsenhet skickas till vätreningsenheten genom en bufferttank.
Vätgasen passerar först genom ett deoxygeneringstorn, och under inverkan av en katalysator reagerar syret i vätgasen med vätgasen för att producera vatten.
Reaktionsformel: 2H2+O2 2H2O.
Sedan passerar vätgasen genom en vätgaskondensor (som kyler gasen för att kondensera vattenånga till vatten, som automatiskt släpps ut utanför systemet genom en kollektor) och går in i adsorptionstornet.
Publiceringstid: 3 december 2024
