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1、 CHE-5000氢气发生器 （原料氢气再生）操作利用手册编制：-校核：-审批：-扬州中电制氢设备有限公司、简述1.1 、氢气的性质和用途：氢是自然界散布最广的元素之一，它在地球上主要以化合状态存在于化合物中。在大气层中的含量却很低，仅有约1ppm（体积比）。氢是最轻的气体。它的粘度最小，导热系数很高，化学活性、渗透性和扩散性强（扩散系数为0.63cm2/s，约为甲烷的三倍），它是一种强的还原剂，可同许多物质进行不同程度的化学反映，生成各类类型的氢化物。氢的着火、燃烧、爆炸性能是它的主要特性。氢含量范围在4-75%（空气环境）、（氧气环境）时形成可爆燃气体，碰到明火或温度在585以上时可引发燃
2、爆。压力水电解制出的氢气具有压力高（或）便于输送，纯度高（%以上）可直接用于一般场合，还可以通过纯化（纯度提高到%）和干燥（露点提高到-40-90）的后续加工，可以作为燃料、载气、还原或保护气、冷却介质，普遍应用于国民经济的各行各业。、水电解制氢原理：利用电能使某电解质溶液分解为其他物质的单元装置称为电解池。任何物质在电解进程中，在数量上的转变服从法拉第定律。法拉第定律指出：电解时，在电极上析出物质的数量，与通过溶液的电流强度和通电时间成正比；用相同的电量通过不同的电解质溶液时，各类溶液在两极上析出物质量与它的电化当量成正比，而析出1克当量的任何物质都需要1法拉第单位96500库仑（安培小时）
3、的电量。水电解制氢符合法拉第电解定律，即在标准状态下，阴极析出1克分子的氢气，所需电量为53.6A/h。通过换算，生产1m3氢气（副产品0.5m3氧气）所需电量2390Ah，原料水消耗0.9kg。将水电解为氢气和氧气的进程，其电极反映为:阴 极:2H2O+2eH2+2OH-阳 极:2OH-2eH2O+1/2O2总反应:2H2O2H2+O2由浸没在电解液中的一对电极，中距离以避免气体渗透的隔膜而组成水电解池，通以必然电压（达到水的分解电压和热平衡电压以上）的直流电，水就发生电解。按照用户产量需求，利用多组水电解池组合，减小体积和增加产量，就形成水电解槽的压滤型组合结构。本公司生产的压力型水电解槽
4、设计采用左右槽并联型结构，中间极板接直流电源正极，两头极板接直流电源负极，并采用双极性极板和隔膜垫片组成多个电解池。并在槽内下部形成共用的进液口和排污口，上部形成各自的氢碱和氧碱的气液体通道。由于历史原因，由电解槽纵向看，A、B系列的氧气出口设计在中心线靠直流铜排一侧（氧铜侧），C、D、E、F系列的氢气出口设计在中心线靠直流铜排一侧（氢铜侧）。 我公司生产的压力型水电解槽，目前标准产品操作压力为和两种。具有结构紧凑，运行安全，利用寿命长的特点，电解液采用强制循环，电解消耗的原料水由柱塞泵自动补充，相关参数实现自动监测和控制。正常生产时采用30KOH水溶液作为电解液，槽温控制在85-90左右，兼
5、顾隔膜垫片的利用寿命和降低能耗的要求。水电解制氢的电解需要低电压、大电流的可调直流电源。工业上采用带平衡电抗器的双反星可控整流电路。这种电路有两个特点：第一，整流变压器有两组次极绕组，且都接成星形，为了消除变压器的直流磁化问题，两绕组的接线极性相反。第二，为了解决变压器的两组次极绕组的电流平衡问题，两组次极绕组中点通过平衡电抗器连在一路。 2.主要技术性能和指标 氢气产量: 5m3/h 氧气产量: 2.5m3/h 氢气纯度: %（v/v） 氧气纯度: %(v/v) 工作压力: 工作温度: 85 单位直流电耗: h/m3H2 直流总电流: 400A 直流总电压: 60 V 3、工作条件 .电解液
6、:30%KOH水溶液 .原料水: 3.2.1用量5Kg/h 3.2.2水质要求: 3.2.2.1电阻率106 欧姆厘米 3.2.2.2铁离子含量1mg/L 3.2.2.3氯离子含量2mg/L3.2.2.4干残渣含量7mg/L3.2.2.5悬浮物含量1mg/L .冷却水 3.3.1温度30 3.3.2用量2m3/h 3.3.3压力:3.3.4水质:除盐水 .电源 3.4.1控制柜电源: 三相四线制AC 380V，50HZ，75KW3.4.2 可控硅整流柜控制电源: 三相四线制AC 380V，50HZ，40KVA .控制气源 3.5.1压力: 3.5.2流量:8m3/h 3.5.3露点低于环境温度
7、10以下 3.5.4无油、无尘，含油量5mg/m34、工艺流程及子系统系统简述：在电解液的强制循环、电解槽通以直流电的条件下，氢气和氧气在电解槽产生，分离器气液分离后，产出的氢气和氧气源源不断送出系统。当水电解制氢的气体纯度或露点达不到客户要求时，本公司进一步提供纯化干燥系统，以水电解氢气为原料，经催化脱氧、吸附干燥，过滤除尘，从而取得纯度较高的干燥氢气。系统自动控制设定的系统压力、槽温、分离器液位平衡、及时补充电解所消耗的原料水。各项运行参数实现自动监测和控制。可按用户需求不同，提供气动仪表控制、电动仪表控制、PLC可编程控制、上位机控制、远程通信等控制手腕和各类分析仪表。制氢框架集成了制氢
8、系统运行的主要设备（如分离器、洗涤器、冷却器、过滤器、碱液泵等，和控制和调节阀门，工况测量的在线和远传仪表）。纯化干燥框架集成了纯化干燥系统运行的主要设备（如纯化器、干燥器等，和控制和调节阀门，工况测量的在线和远传仪表）。按电力系统客户的特殊需要设计，A、B系列的制氢框架集成了纯化干燥系统，框架二集成汇流排分派阀组（便于氢气储罐和用户供氢的特殊控制），框架三集成原料水箱、碱箱及补水泵（便于安装）。每套制氢系统通常配备控制柜、整流柜、整流变压器和氧中氢、氢中氧分析仪，每套（纯化）干燥系统通常配备控制柜和露点仪、（微氧仪）。每套A、B系列（电力系统）通常配备控制柜、整流柜（内含整流变压器）、配电动
9、力柜和氧中氢、氢中氧（配纯化时配微氧仪）、露点分析仪。 CHE-5000型制氢装置，由流程（系统）图可以看出，该装置可分为十个子系统。 .电解液循环系统 电解液循环系统的作用是： 4.1.1从电解槽带走电解进程中产生的氢气、氧气和热量; 4.1.2将补充的原料水送给电解槽; 4.1.3对电解槽内电解反映区域进行“搅拌”，以减少浓差极化，降低电耗。该系统包括如下线路（内循环） 氢分离洗涤器 碱液泵碱液过滤器电解槽 碱液泵 氧分离洗涤器 .氢气系统氢气从电解小室的阴极一侧分解出来，借助于电解液的循环和气液比重差，在氢分离洗涤器中与电解液分离形成产品气.其线路为:干燥系统电解槽氢分离洗涤器调节阀 阻
10、火器排空 氢气的排空主要用于开停机期间，不正常操作或纯度不达标和故障排空。 .氧气系统 氧气作为水电解制氢装置的副产品具有综合利用价值.氧气系统与氢气系统有很强的对称性.装置的工作压力和工作温度也都以氧侧为测试点. 它包括: 用户或贮存 电解槽氧分离洗涤器 或排空 氧气的排空除与氢气排空作一样考虑外，对于不利用氧气的用户，排空是常开状态. .原料水系统 水电解制氢(氧)进程唯一的“原材料”是高纯度水，另外氢气和氧气在离开系统时要带走少量的水分。因此，必需给系统不断补充原料水，同时通过补水还维持了电解液液位和浓度的稳定性。补充水可以从氢侧进也可同时从氢、氧双侧补入，一般按从氢侧补入。 原料水箱补
11、水泵氢分离洗涤器电解槽。 .冷却水系统 水的电解进程是吸热反映，制氢进程必需供以电能，但水电解进程消耗的电能超过了水电解反映理论吸热量，超出部份主要由冷却水带走，以维持电解反映区正常的温度。电解反映区温度高，可降低能源消耗，但温度太高，石棉质的电解小室隔膜将破坏。本装置要求工作温度维持在不超过90为最佳。另外，所生成的氢气、氧气也须冷却除湿，脱氧后的氢气须冷却。可控硅整流装置也设有必要的冷却管路。冷却水分五路流入系统： 温度调节阀冷却器出口 氢（氧）分离洗涤器出口 冷却水入口（蛇管冷却器出口） 整流柜冷却管路排放 再生冷却器出口.充氮和氮气吹扫系统装置在调试运行前，要对系统充氮作气密性实验。在
12、正常开机前也要求对系统的气相充氮吹扫，以保证氢氧双侧气相空间的气体远离可燃可爆范围。充氮口设在氢、氧分离洗涤器连通管的一侧，氮气引入后流经: 氢分离洗涤器阻火器排空 充氮口 氧分离洗涤器排空氢气干燥（纯化）系统从电解水制备的氢气通过并联的干燥器除湿，最后经烧结镍管过滤器除尘取得干燥的氢气。（按照用户对产品氢气的要求，系统可能增加纯扮装置，纯化采用钯铂双金属催化除氧）4.7.1系统组成：本设备主要有两台干燥器，两只列管冷却器，一只过滤器和自动切换阀，管道等组成（有纯化的有一脱氧器）。另外，还有附件：一只阻火器，一只水封罐，分析仪等。控制与制氢合一于PLC控制柜内。其主要参数为：4.7.1.1对含
13、氧%，含湿5g/m3 的原料氢气（水电解氢气）处置能力5 m3/h4.7.1.1工作压力：可调4.7.1.2干燥温度： 常温4.7.1.3再生温度（塔底温度）： 120-1504.7.1.4耗电： KWH/m3H24.7.1.5冷却水耗量：1t/h（32，）4.7.1.6再生气：原料H24.7.1.7切换周期：24h 4.7.1.8露点：-604.7.1.9操作方式：自动切换4.7.2流程简述水电解来的原料氢气，经原料氢入口阀LLJV01进入，在0-8小时 ， QZV10a，QZV10d，QZV10e自动打开，QZV10b，QZV10c，QZV10f自动关闭。这样，氢气经QZV10d进入干燥器里，在干燥器氢气被自动加热并温控于120-150下吹水再生塔的干燥剂，带有水汽的热气流又经列管冷却器，列管冷却器二次冷却分离水后进入干燥器被吸附去湿，再经QZV10c，过滤器除尘。在此自动运行期间，当取样分析合格时送纯氢气产品一路出去，若是不合格，二位三通气动球阀自动切换至放空状态氢气经阻火器自动放空。干燥器被加热再生8小时，自动停电加热，变再生为吹冷，当吹
