一种制氢电解槽入口碱液流量的控制方法及装置与流程

本发明涉及碱性水电解制氢设备控制，更具体的，涉及一种制氢电解槽入口碱液流量的控制方法及装置。

背景技术：

1、碱性水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。碱液从入口流入电解槽，在充满碱液的电解槽中通入直流电，在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。

2、在实际应用中，通入电解槽的直流电功率存在变化，直流电发生变化导致电解槽温度发生变化。因此，现有的工艺控制策略会导致在不同时刻电解槽碱液进口温度差异较大，导致电解槽内部温度分布不均，电解槽能耗偏高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种制氢电解槽入口碱液流量的控制方法及装置，根据电解槽的输入功率的变化来调节碱液入口的流量，使电解槽进出口碱液温度稳定在工艺要求的范围内，降低电解槽能耗。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种制氢电解槽入口碱液流量的控制方法，包括：

4、获取电解槽的输入功率；

5、将电解槽的输入功率输入基于电解槽的物料平衡和能量平衡构建的输入功率与进出口碱液温度关于入口流量之间的数学模型，计算电解槽入口的参考碱液流量，所述数学模型中电解槽进出口碱液温度是根据工艺要求设定的；

6、根据所述参考碱液流量控制电解槽入口的碱液流量。

7、在一些实施例中，包括：基于电解槽的物料平衡和能量平衡构建输入功率与进出口碱液温度关于入口流量之间的数学模型的方法，包括：

8、对电解槽进行物料衡算，构建物料平衡方程；

9、在电解槽稳态运行下进行热量衡算，构建能量平衡方程；

10、将电解槽稳态运行下的各项能量计算公式代入所述能量平衡方程，得到电解槽的输入功率、各种流量参数以及各种温度参数之间的函数方程；

11、联立电解槽的输入功率、各种流量参数以及各种温度参数之间的函数方程与所述物料平衡方程，计算得到输入功率与进出口碱液温度关于入口流量之间的所述数学模型。

12、在一些实施例中，所述对电解槽进行物料衡算，构建物料平衡方程，包括：

13、假设电解槽的氢侧小室和氧侧小室的入口流速相同，根据氢侧小室与氧侧小室的入口截面积之比以及电解槽入口碱液流量，确定氢侧小室和氧侧小室的入口流量；

14、对氢侧小室的入口流量与氢侧出口各项流量参数进行物料衡算，得到所述物料平衡方程中的氢侧物料平衡方程；

15、对氧侧小室的入口流量与氧侧出口各项流量参数进行物料衡算，得到所述物料平衡方程中的氧侧物料平衡方程。

16、在一些实施例中，所述在电解槽稳态运行下进行热量衡算，构建能量平衡方程，包括：

17、在电解槽稳态运行下将电解槽的输入电能与电解槽入口碱液带入热量作为输入能量，将湿氢气带出热量、氢侧出口碱液带出热量、湿氧气带出热量、氧侧出口碱液带出热量、电解所需能量以及电解槽向外界空气散热量作为输出能量，进行热量衡算，得到所述能量平衡方程，电解槽的输入电能为输入功率。

18、在一些实施例中，所述方法还包括：

19、通过调节循环冷却水的流量控制电解槽进出口碱液温度。

20、第二方面，本发明实施例提供了一种制氢电解槽入口碱液流量的控制装置，包括：

21、功率获取单元，用于获取电解槽的输入功率；

22、流量计算单元，用于将电解槽的输入功率输入基于电解槽的物料平衡和能量平衡构建的输入功率与进出口碱液温度关于入口流量之间的数学模型，计算电解槽入口的参考碱液流量，所述数学模型中电解槽进出口碱液温度是根据工艺要求设定的；

23、流量控制单元，用于根据所述参考碱液流量控制电解槽入口的碱液流量。

24、在一些实施例中，所述装置还包括：

25、物料平衡方程构建单元，用于对电解槽进行物料衡算，构建物料平衡方程；

26、能量平衡方程构建单元，用于在电解槽稳态运行下进行热量衡算，构建能量平衡方程；

27、能量平衡方程求解单元，用于将电解槽稳态运行下的各项能量计算公式代入所述能量平衡方程，得到电解槽的输入功率、各种流量参数以及各种温度参数之间的函数方程；

28、联立计算单元，用于联立电解槽的输入功率、各种流量参数以及各种温度参数之间的函数方程与所述物料平衡方程，计算得到输入功率与进出口碱液温度关于入口流量之间的所述数学模型。

29、在一些实施例中，所述物料平衡方程构建单元，具体用于：

30、假设电解槽的氢侧小室和氧侧小室的入口流速相同，根据氢侧小室与氧侧小室的入口截面积之比以及电解槽入口碱液流量，确定氢侧小室和氧侧小室的入口流量；

31、对氢侧小室的入口流量与氢侧出口各项流量参数进行物料衡算，得到所述物料平衡方程中的氢侧物料平衡方程；

32、对氧侧小室的入口流量与氧侧出口各项流量参数进行物料衡算，得到所述物料平衡方程中的氧侧物料平衡方程。

33、在一些实施例中，所述能量平衡方程构建单元，具体用于在电解槽稳态运行下将电解槽的输入电能与电解槽入口碱液带入热量作为输入能量，将湿氢气带出热量、氢侧出口碱液带出热量、湿氧气带出热量、氧侧出口碱液带出热量、电解所需能量以及电解槽向外界空气散热量作为输出能量，进行热量衡算，得到所述能量平衡方程，电解槽的输入电能为输入功率。

34、在一些实施例中，所述装置还包括：

35、碱液温度控制单元，用于通过调节循环冷却水的流量控制电解槽进出口碱液温度。

36、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

37、本发明公开的一种制氢电解槽入口碱液流量的控制方法及装置，基于电解槽的物料平衡和能量平衡构建的输入功率与进出口碱液温度关于入口流量之间的数学模型，在根据工艺要求设定电解槽进出口碱液温度时，即可通过将电解槽的输入功率输入该数学模型，计算电解槽入口的参考碱液流量，从而根据计算得到的参考碱液流量控制电解槽入口的碱液流量，实现根据电解槽的输入功率的变化来调节碱液入口的流量，使电解槽进出口碱液温度稳定在工艺要求的范围内，降低电解槽能耗。

技术特征：

1.一种制氢电解槽入口碱液流量的控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：基于电解槽的物料平衡和能量平衡构建输入功率与进出口碱液温度关于入口流量之间的数学模型的方法，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对电解槽进行物料衡算，构建物料平衡方程，包括：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在电解槽稳态运行下进行热量衡算，构建能量平衡方程，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.一种制氢电解槽入口碱液流量的控制装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述物料平衡方程构建单元，具体用于：

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述能量平衡方程构建单元，具体用于在电解槽稳态运行下将电解槽的输入电能与电解槽入口碱液带入热量作为输入能量，将湿氢气带出热量、氢侧出口碱液带出热量、湿氧气带出热量、氧侧出口碱液带出热量、电解所需能量以及电解槽向外界空气散热量作为输出能量，进行热量衡算，得到所述能量平衡方程，电解槽的输入电能为输入功率。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

技术总结
本发明提供了一种制氢电解槽入口碱液流量的控制方法及装置，基于电解槽的物料平衡和能量平衡构建的输入功率与进出口碱液温度关于入口流量之间的数学模型，在根据工艺要求设定电解槽进出口碱液温度时，即可通过将电解槽的输入功率输入该数学模型，计算电解槽入口的参考碱液流量，从而根据计算得到的参考碱液流量控制电解槽入口的碱液流量，实现根据电解槽的输入功率的变化来调节碱液入口的流量，使电解槽进出口碱液温度稳定在工艺要求的范围内，降低电解槽能耗。

技术研发人员：叶志烜,汪家慰,程晨,王广玉,唐超,范利明
受保护的技术使用者：阳光氢能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12