一种碱性水电解装置及其控制方法与流程

本发明涉及碱性水电解换热领域，特别是涉及一种碱性水电解装置及其控制方法。

背景技术：

1、氢气因其清洁无污染、热量高等优点，被誉为21世纪最具发展前景的清洁能源。根据氢气的来源，可以将氢气分为灰氢、蓝氢、绿氢。绿氢在制备过程中可以实现零碳排放量，因此也被称为最纯正的绿色能源。其中碱性电解水制氢作为目前最重要的绿氢制备手段之一，备受世界各国关注，主要应用在交通运输行业，石油化工行业，航空航天行业，光伏新能源行业等行业。

2、随着社会进步，能源需求也在逐步扩大，相关行业的氢气需求量也在不断增加，进而相关产行业对碱性电解水制氢设备的产气量要求越来越高，逐渐出现4供1产气量高达4000m3甚至5000m3的大型制氢设备，即4台电解槽甚至更多台电解槽对应1套制氢后处理设备的系统。但是设备在运行过程中往往不是完全的满负荷运行，不是所有电解槽同时产氢，经常出现只运行一台或者几台电解槽的情况。当电解槽没有满负荷运行，热负荷也没有达到设计值，就会导致制氢后处理设备的换热器经常没有满负荷运行，换热的富裕量很大。因为换热器的换热富裕量大，所以后处理设备需要通过控制冷热流体的流量来控制进入电解槽的碱液温度。但是上述方法控制逻辑和操作流程复杂，后处理设备需要根据处于工作状态的电解槽的数量，来控制冷热流体的流量，即换热器通过冷热流体进行降温处理时，若电解槽并没有全部处于工作状态，则冷热流体的流量大小难以控制，若冷热流体流量过大，则会造成电能浪费，若冷热流体流量过小，则会降温不彻底，容易引发事故，并且冷热流体流量过大或过小，都有可能影响氢气的制备效率，降低产能。因此现有碱性电解水制氢设备在未满负荷运行时，因为控制逻辑和操作流程复杂而导致的换热器换热效率不高的问题急需解决。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种碱性水电解装置及控制方法，简化了控制逻辑以及操作流程，可以提高未满负荷运行时换热器的换热效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种碱性水电解装置，所述电解装置，第一分离罐、第二分离罐、第一换热器、第二换热器、冷却塔和n个电解槽，n≥2；

4、对于任一换热器，均设有换热进口、换热出口、冷却水进口和n个冷却水出口，在所述换热进口到所述换热出口的方向上依次设置n个所述冷却水出口；

5、所述第一分离罐的出口和所述第二分离罐的出口均与各个所述电解槽的进口连接，各个所述电解槽的出口与所述第一换热器的换热进口和所述第二换热器的换热进口连接，所述第一换热器的换热出口与所述第一分离罐的入口连接，所述第二换热器的换热出口与所述第二分离罐的入口连接，所述冷却塔的出口与所述第一换热器的冷却水进口和所述第二换热器的冷却水进口连接，各个所述第一换热器的冷却水出口和各个所述第二换热器的冷却水出口与所述冷却塔的入口连接；

6、所述第一分离罐和所述第二分离罐均用于存放电解液；所述电解槽用于电解所述电解液，得到第一混合产物和第二混合产物；所述第一混合产物包括氢气和未电解的电解液，所述第二混合产物包括氧气和未电解的电解液；所述冷却塔用于提供冷却水；所述第一换热器用于根据所述冷却水对所述第一混合产物进行降温处理，得到降温后的第一混合产物，所述第一分离罐还用于分离降温后的第一混合产物得到降温后的未电解电解液和降温后的氢气，并排出降温后的氢气；所述第二换热器用于根据所述冷却水对所述第二混合产物进行降温处理，得到降温后的第二混合产物，所述第二分离罐还用于分离降温后的第二混合产物得到降温后的未电解电解液和降温后的氧气，并排出降温后的氧气；

7、工作时，当所述电解装置中n个电解槽均处于运行状态，则所述电解装置为满负荷运行状态，控制第n个第一换热器的冷却出口和第n个第二换热器的冷却出口打开，其余n-1个第一换热器的冷却出口和n-1个第二换热器的冷却出口关闭；当所述电解装置中m个电解槽均处于运行状态，则所述电解装置为非满负荷运行状态，控制第m个第一换热器的冷却出口第m个第二换热器的冷却出口打开，其余n-1个第一换热器的冷却出口和n-1个第二换热器的冷却出口关闭；2≤m＜n。

8、可选地，对于任一换热器，均包括：换热管道和冷却管道；

9、所述换热管道设有换热进口和换热出口；所述冷却管道设有冷却水进口和n个冷却水出口；所述冷却管道用于通入冷却水；所述换热管道用于根据所述冷却管道通入的冷却水对所述第一混合产物或所述第二混合产物进行降温处理，得到降温后的第一混合产物或降温后的第二混合产物。

10、可选地，所述碱性水电解装置，还包括：第一循环水泵和第二循环水泵；

11、所述第一循环水泵设置在n个所述第一换热器的冷却水出口和所述冷却塔的进口连接通路上，用于将所述冷却水从所述第一换热器中泵入所述冷却塔；

12、所述第二循环水泵设置在n个所述第二换热器的冷却水出口和所述冷却塔的进口连接通路上，用于将所述冷却水从所述第二换热器中泵入所述冷却塔。

13、可选地，所述碱性水电解装置，还包括：第一冷却控制阀组和第二冷却控制阀组；

14、所述第一冷却控制阀组包括n个第一冷却控制阀；一个所述第一换热器的冷却水出口对应设有一个所述第一冷却控制阀，所述第一冷却控制阀用于控制冷却水的通断；

15、所述第二冷却控制阀组包括n个第二冷却控制阀；一个所述第二换热器的冷却水出口对应设有一个所述第二冷却控制阀，所述第二冷却控制阀用于控制冷却水的通断。

16、可选地，所述碱性水电解装置，还包括：碱液泵；

17、所述碱液泵设置在所述第一分离罐的出口和所述第二分离罐的出口与n个所述电解槽的进口连接通路上，用于将所述电解液从所述第一分离罐和所述第二分离罐中泵入各个所述电解槽。

18、可选地，所述碱性水电解装置，还包括：电解液进口阀组、第一出口阀组和第二出口阀组；

19、所述电解液进口阀组包括n个电解液进口阀；一个所述电解槽的进口对应设有一个所述电解液进口阀，所述电解液进口阀用于控制所述电解液输送的开始或终止；

20、所述第一出口阀组包括n个第一出口阀；一个所述电解槽的阳极出口对应设有一个所述第一出口阀，所述第一出口阀用于控制所述第一混合产物输送的开始或终止；

21、所述第二出口阀组包括n个第二出口阀；一个所述电解槽的阴极出口对应设有一个所述第二出口阀，所述第二出口阀用于控制所述第二混合产物输送的开始或终止。

22、为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

23、一种碱性水电解装置的控制方法，所述控制方法用于上述的电解装置，所述控制方法包括：

24、判断所述电解装置中各个电解槽是否处于运行状态；

25、若n个所述电解槽处于运行状态，则控制所述电解装置中第n个第一换热器的冷却出口和第n个第二换热器的冷却出口打开，其余n-1个第一换热器的冷却出口和n-1个第二换热器的冷却出口关闭；

26、若m个所述电解槽处于运行状态，则控制所述电解装置中第m个第一换热器的冷却出口和第m个第二换热器的冷却出口打开，其余n-1个第一换热器的冷却出口和n-1个第二换热器的冷却出口关闭；2≤m＜n。

27、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

28、相较于现有电解设备，本发明实施例公开的电解装置工作时，当电解装置中n个电解槽均处于运行状态，则电解装置为满负荷运行状态，控制第n个第一换热器的冷却出口和第n个第二换热器的冷却出口打开，其余冷却出口关闭；当电解装置中m个电解槽均处于运行状态，则电解装置为非满负荷运行状态，则控制电解装置中第m个第一换热器的冷却出口和第m个第二换热器的冷却出口打开，其余n-1个冷却出口关闭。本发明根据电解槽的运行数量控制换热器开启相应的冷却出口，不再需要根据电解槽的运行数量计算换热器中的冷热流体的流量需求，简化了换热器换热控制的控制逻辑以及操作流程，保证所述制氢设备非满负荷运行时的换热器的换热效率。