【正文】 138170114146170186純水耗量(kg/h)56810121620243040506065冷卻水用量(m3/h)主電源動(dòng)力電源容量(KVA)4048638090110125160200250315380400電解槽直流電耗≤堿液濃度25%NaOH或30%KOH自控氣源壓力～氣源耗量5m3/h主電源動(dòng)力電電壓AC 380V(50Hz)變壓器在整流柜內(nèi)AC 6kv 或10KV（50Hz）整流柜電源1KW 380V 三相四線 50Hz控制柜電源6KVA 380V 三相四線 50Hz冷卻水溫度≤32℃冷卻水壓力～冷卻水水質(zhì)≤6德國(guó)度環(huán)境溫度0～45℃續(xù)表1型 號(hào)ZDQ80ZDQ100ZDQ125ZDQ150ZDQ175ZDQ200ZDQ225ZDQ250ZDQ275ZDQ300ZDQ350CNDQ5CNDQ10氫氣產(chǎn)量（Nm3/h）80100125150175200225250275300350510氧氣產(chǎn)量（Nm3/h）4050751001251501755氫氣純度（V/V）≥％氧氣純度（V/V）≥%工作壓力（Mpa）～氫氣含水量(g/Nm3)≤4氫氣含堿量(mg/Nm3)≤1電解槽工作溫度（℃）85177。5直流額定電流(A)45606360820直流額定電壓(V)821021261501261461621821982182503058純水耗量(kg/h)80100125150175200225250275300350510冷卻水用量(m3/h)1215202526283338434855主電源動(dòng)力電源容量(KVA)6308001000120014001600180020002200240027004080電解槽直流電耗≤堿液濃度25%NaOH或30％KOH自控氣源壓力－氣源耗量5m3/h主電源動(dòng)力電電壓6KV或10KV(50Hz)AC380V(50Hz)變壓器在整流柜內(nèi)整流柜電源1KW 380V 三相四線 50Hz控制柜電源10KVA 380V 三相四線 50Hz6 kVA 、AC380V 三相四線 50Hz冷卻水溫度≤32℃冷卻水壓力－冷卻水水質(zhì)≤6德國(guó)度環(huán)境溫度0－45℃水電解制氫裝置講義第三節(jié) 水電解制氫裝置1. 水電解制氫裝置的組成本裝置由電解槽、氣液處理器、整流裝置、控制柜（計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)）、加水泵、堿箱、水箱等幾大部分組成。2. 工藝流程簡(jiǎn)介 氣體系統(tǒng)當(dāng)電解槽接通直流電源，電解電流上升到一定數(shù)值時(shí)，電解槽內(nèi)的水被電解成氫氣和氧氣。來(lái)自電解槽內(nèi)各電解小室陰極側(cè)的氫氣和堿液，借助循環(huán)泵的揚(yáng)程和氣體升力，進(jìn)入氫分離洗滌器的分離段（制氫量≥80m3/h的先進(jìn)入堿液換熱器，然后進(jìn)入分離器），在重力的作用下氫氣和堿液分離。分離后的氣體進(jìn)入洗滌段，對(duì)氣體進(jìn)行冷卻、洗滌（制氫量≥175m3/h的無(wú)洗滌）和除霧，然后進(jìn)入貯罐待用（對(duì)CNDQ型制氫裝置，氣體再經(jīng)過(guò)干燥處理才進(jìn)入貯罐）。氧氣分離過(guò)程基本相同。氧氣放空或進(jìn)入貯罐待用。 電解液循環(huán)系統(tǒng)電解液循環(huán)的目的在于向電極區(qū)域補(bǔ)充電解消耗的純水，帶走電解過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣、氧氣和熱量，增加電極區(qū)域電解液的攪拌，減少濃差極化電壓，降低堿液中的含氣度，降低小室電壓，減少能耗等，以使電解槽在穩(wěn)定條件下工作。堿液循環(huán)量的大小影響槽內(nèi)小室電壓和氣體純度。對(duì)于一個(gè)特定的電解槽，應(yīng)有一個(gè)合適的循環(huán)量。一般槽內(nèi)電解液更換次數(shù)每小時(shí)2～4次。在常壓電解系統(tǒng)中，通常用自然循環(huán)，而在壓力電解系統(tǒng)中，因電解裝置體積小，管道細(xì)，氣液流通阻力大，加上電流密度較大，要求電解液更換的次數(shù)比較多，采用自然循環(huán)難于達(dá)到，一般采用強(qiáng)制循環(huán)。堿液在氫分離器和氧分離器中，靠重力作用與氫、氧氣體分離后，通過(guò)氫氧分離器的連通管匯總，再經(jīng)堿液過(guò)濾器除去機(jī)械雜質(zhì)，然后由堿液循環(huán)泵把堿液送入電解槽，形成完整的電解液循環(huán)系統(tǒng)。 氣體排空（氮?dú)庵脫Q）系統(tǒng)水電解制氫裝置設(shè)有充氮口，用于系統(tǒng)的氣密檢查與開(kāi)機(jī)前的氮?dú)庵脫Q。制氫系統(tǒng)開(kāi)車后，氫氣純度達(dá)到要求后才能被送到貯罐（或凈化設(shè)備），在未達(dá)到要求純度以前的氫氣可通過(guò)調(diào)節(jié)閥后的氣體放空閥放空。當(dāng)水電解制氫裝置壓力壓差系統(tǒng)由于調(diào)節(jié)閥閥芯的磨損而出現(xiàn)失控現(xiàn)象時(shí)或緊急事故需要將水電解制氫系統(tǒng)排空時(shí)，可直接打開(kāi)“手動(dòng)”氣體放空閥，使氫氧氣體分別放出，但要注意氫氧分離器液位差不大于177。150mmH2O。 原料水補(bǔ)充系統(tǒng)電解過(guò)程中，裝置內(nèi)的原料水一直不停地在消耗，因此，為保證水電解的連續(xù)進(jìn)行，需定期向制氫裝置內(nèi)補(bǔ)充原料水。水箱中的水通過(guò)加水泵分別打入氫、氧洗滌器，然后通過(guò)溢流管，注入分離器下部的液相部分和循環(huán)堿液一并進(jìn)入電解小室進(jìn)行連續(xù)電解，同時(shí)使電解液中堿的濃度保持在最佳濃度范圍。原料水通過(guò)注入洗滌器然后再溢流到分離器，可以稀釋洗滌器中的堿含量，降低產(chǎn)品氣的含堿度。為保證水電解制氫裝置壓力系統(tǒng)中的氣體和堿液在加水泵停轉(zhuǎn)期間不外漏，在加水管道上均裝有止回閥。運(yùn)行過(guò)程中，只開(kāi)啟單個(gè)補(bǔ)水回路，即只開(kāi)氫側(cè)或氧側(cè)補(bǔ)水回路。 冷卻水系統(tǒng)總管中的冷卻水共分為三路：一路進(jìn)入整流柜供可控硅元件冷卻，一路進(jìn)入氫（氧）洗滌器的蛇管（產(chǎn)氫量≥175m3/h的設(shè)備是進(jìn)入氣體冷卻器）冷卻氫（氧）氣體。上述二路均為手控截止閥開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)所需的冷卻水量。另外一路冷卻水通過(guò)氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入分離器蛇管中（產(chǎn)氫量≥80m3/h的設(shè)備是控制進(jìn)入堿液冷卻器中），根據(jù)循環(huán)堿液溫度的高低自動(dòng)控制冷卻水量，從而達(dá)到控制操作溫度的目的。對(duì)于CNDQ5～10型裝置，還有第四路冷卻水，第四路冷卻水進(jìn)入氫氣干燥系統(tǒng)用氣體冷卻器中，以給待干燥的氣體降溫或冷卻從干燥器出來(lái)的再生氣體。 排污系統(tǒng)排污管道共分四處：第一處：為堿液過(guò)濾器底部，通過(guò)過(guò)濾器排污閥排出堿液和過(guò)濾器中過(guò)濾下來(lái)的石棉絨雜質(zhì)及污物。對(duì)CNDQ5～10型裝置，可通過(guò)拆卸管道過(guò)濾器法蘭來(lái)清除機(jī)械雜物。第二、三處：為水箱和堿箱底部排污口，通過(guò)其排污閥排出箱中的污物或殘液。第四處：從氫氣干燥部分的氣水分離器中排出冷凝水（僅用于CNDQ5～10型裝置）。 補(bǔ)堿系統(tǒng)CNDQ－5～10裝置需補(bǔ)堿時(shí)，應(yīng)在停機(jī)泄壓狀態(tài)下進(jìn)行，按要求計(jì)算應(yīng)補(bǔ)充堿的數(shù)量，重新配制堿液，通過(guò)堿箱到電解槽的閥門系統(tǒng)將堿液打入電解槽中，對(duì)ZDQ系列的裝置需補(bǔ)充的堿液可直接送入分離器的連通管，直接進(jìn)入堿液循環(huán)中，在補(bǔ)堿管道上也裝有止回閥。3. 電解槽 電解槽的分類 單極性電解槽單極性電解槽是由外部并聯(lián)若干個(gè)單元電解槽組成的。而單元電解槽則由若干個(gè)彼此交替著的、彼此平行的陽(yáng)極板和陰極板組成。每個(gè)單元浸沒(méi)在盛有電解液的箱中，箱可以是開(kāi)放的，也可以是密閉的。2 隔膜1 陽(yáng)極3 外殼4 陰極圖1 單極性電解槽示意圖在這種聯(lián)接中，每塊極板只有一個(gè)極性，即一塊板只擔(dān)負(fù)著陽(yáng)極作用，或只擔(dān)負(fù)著陰極作用，因此稱為單極性電解槽。單極電解槽安裝、維修簡(jiǎn)便，但效率低，體積大。 雙極性壓濾式電解槽以串聯(lián)式雙極性壓濾式電解槽為例，電解槽的極板也是垂直的，互相平行排列，電流只從一端極板導(dǎo)入，通過(guò)電極經(jīng)電解液，傳到下一塊極板，最后由另一端極板輸出。由于操作電壓的關(guān)系，造成電解槽電壓輸入端至輸出端的遞降，這樣就使得前一塊極板相對(duì)于次一塊極板就帶正電荷。因此，對(duì)同一塊極板而言，在前一個(gè)電解小室中作陰極，在下一個(gè)電解小室中就作陽(yáng)極，即每塊極板的正面是陰極，背面是陽(yáng)極。一塊板起著兩種極性作用，因此稱為雙極性電解槽。――――＋＋＋＋＋＋＋＋――――＋＋＋＋――――＋＋＋＋――――＋＋＋＋――――＋－單陽(yáng)極隔膜雙極性電極單陰極圖2 雙極性電解槽示意圖雙極性水電解槽中的每塊極板都傳導(dǎo)總的電流。極板上的電流密度＝槽內(nèi)電壓決定于相鄰兩電極的電位差。電解槽的總電壓為各個(gè)小室電壓之和。雙極性水電解槽使用有絕緣邊的隔膜作為電解小室的中間層，這樣具有壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)，所以又稱為雙極性壓濾式電解槽。雙極性壓濾式電解槽的體積小，效率高，但造價(jià)高，維修不便。 加壓水電解槽的特點(diǎn) 加壓水電解槽采用雙極性壓濾式電解槽型式，在壓力下運(yùn)行，氫氣可在壓力情況下進(jìn)入氫氣純化干燥裝置或貯氫罐，不需氫壓機(jī)。 電解槽的操作溫度比常壓電解槽高，因此提高了電解液的電導(dǎo)率，電解效率高，小室電壓較低，降低了能耗和制氫成本； 槽體的密封性能好，允許間斷操作，使用壽命可達(dá)15～20年；產(chǎn)品氣體質(zhì)量高，氫氣純度超過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（CB3521－93）； 電解槽的結(jié)構(gòu)及作用 電解槽外部結(jié)構(gòu)電解槽為并聯(lián)雙極性壓濾式結(jié)構(gòu)，由螺栓和二塊端壓板把極板夾在一起，呈園柱體結(jié)構(gòu)。（1）大螺栓、大螺母、彈簧導(dǎo)套、蝶形彈簧等用來(lái)將各小室間的墊片壓緊，使槽體能承受內(nèi)壓，保證槽體不漏。必須使各螺栓承受有一定的預(yù)緊力，而且各螺栓受力要均勻。（2）端壓板：兩端的端壓板的作用是承受電解槽的內(nèi)部壓力及密封墊片的密封壓力。－，承受的壓力很大，因此要有足夠的厚度，以免變形并保證槽體的密封性。（3）輸電板：電解槽的中間極板和左右端極板上都焊有輸電板。中間極板接直流輸出正極，兩個(gè)端極板接直流輸出負(fù)極。一般工業(yè)上用的電解槽也可采用串聯(lián)型式，即一端為正極，另一端為負(fù)極。正負(fù)端極板與端壓板間有良好的絕緣。 電解槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電解槽的每個(gè)小室由陽(yáng)極板、陽(yáng)副極網(wǎng)、隔膜、墊片、陰副極網(wǎng)、陰極板組成。在電解槽中，每塊極板既是陽(yáng)極又是陰極，中間極板為陽(yáng)極，左右端極板為陰極，極板面向中間極板的一側(cè)為陰極，另一側(cè)為陽(yáng)極。在陰極上產(chǎn)生氫氣，在陽(yáng)極上產(chǎn)生氧氣。在槽體上除中間極板、左端極板、右端極板外，按極板處的位置不同又分為左極板和右極板，它們的區(qū)別在于出氣孔的位置不同。（1）極板：極板（又稱圾框組件）是由主極板和極框焊接后鍍鎳而成。鎳是非消耗性電極，在堿液里不會(huì)被腐蝕，超電壓低。極板上的乳頭起支承副極網(wǎng)、隔膜布和輸電的作用。電解液能夠在乳頭與隔膜布形成的空間里流動(dòng)。（2）陰副極網(wǎng)：用純鎳絲編織而成的，又用等離子噴涂法涂上拉內(nèi)鎳活化層，使用前要用稀堿液進(jìn)行活化處理。電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，在其表面上產(chǎn)生氫氣。（3）陽(yáng)副極網(wǎng)：與陰副極網(wǎng)相同（可不噴涂拉內(nèi)鎳），電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，在其表面上產(chǎn)生氧氣。（4）隔膜：現(xiàn)行工業(yè)水電解槽通常采用石棉布作為隔膜。隔膜的作用是隔開(kāi)電解時(shí)所產(chǎn)生的氫、氧氣體，而不阻止離子運(yùn)動(dòng)。石棉隔膜布在25％NaOH(或30%KOH)溶液里長(zhǎng)期使用時(shí)其工作溫度不得高于90℃。隔膜石棉布必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。（5）絕緣密封墊：絕緣密封墊即起絕緣作用，又起密封作用，它是采用特制的塑料模壓而成的，也可與石棉布模壓在一起，是比較理想的密封材料。（6）壓片：壓片是用來(lái)保護(hù)極板上的進(jìn)液孔和出氣孔的。當(dāng)墊片壓緊時(shí)，保證各通道不被密封墊的塑料因填充而阻塞。（7）電解槽內(nèi)各種孔道的設(shè)置：觀察電解槽總裝配圖，在左右端極板的中下部有外接管口，它們是電解液的進(jìn)口，電解液從端極板進(jìn)入槽體，穿過(guò)左、右極板和密封墊片的液流孔道到達(dá)中間極板內(nèi)，再通過(guò)中間極板下部的孔，經(jīng)極板下部液體環(huán)道，通過(guò)進(jìn)液孔分配到各小室里去。水電解后，各陽(yáng)極小室生成的氧氣和堿液一起通過(guò)出氣孔經(jīng)氣體環(huán)道一同流出氧氣出口管；各陰極室生成的氫氣和堿液一同流出氫氣出口管。（8）電解槽采用對(duì)角線循環(huán)路徑，各電解小室堿液循環(huán)量均勻，小室電壓均勻。 電解槽使用時(shí)的注意事項(xiàng)及故障與維護(hù) 注意事項(xiàng)電解槽是水電解制氫裝置的核心，它的使用壽命與操作維護(hù)緊密相關(guān)。嚴(yán)格地按照操作說(shuō)明書進(jìn)行操作使用是電解槽經(jīng)久耐用的關(guān)鍵所在。所以在使用中必須注意下述各點(diǎn)：（1） 槽溫控制在90℃以下；（2） 槽壓控制在規(guī)定值范圍內(nèi)；（3） 電解液循環(huán)量控制在正常值；（4） 密切監(jiān)視氣體純度； （5）按時(shí)測(cè)量小室電壓，測(cè)電壓時(shí)注意電極方向，且不能讓電壓表某一極棒的觸頭同時(shí)接觸兩片極板造成短路； （6）電解槽上一定要清理干凈，不得有金屬物和堿液等導(dǎo)電介質(zhì)，周圍不能放置其它金屬物品，以防不慎落在槽體上造成小室短路；（7）定期清洗過(guò)濾器，清除濾網(wǎng)上的石棉絨毛和其它雜質(zhì)；（8）向槽體內(nèi)補(bǔ)充的原料水水質(zhì)一定要符合要求。電解質(zhì)為分析純或優(yōu)級(jí)純NaOH或KOH，定期測(cè)量堿液濃度，使?jié)舛忍幱诤线m值。電解液中雜質(zhì)的含量應(yīng)控制在：SO4－2100mg/L；Fe＋33mg/L；Cl－800mg/L。（9）電解槽前放一橡膠板，測(cè)量電壓時(shí)踏于橡膠板上，以確保操作人員的安全。 故障與維護(hù)（1），這說(shuō)明此小室內(nèi)電解液流通不暢，這時(shí)需要停車，清洗過(guò)濾器，打開(kāi)電解槽下面的排污閥，排除污物，再開(kāi)車。用堿液循環(huán)泵大流量循環(huán)堿液，通過(guò)沖刷作用把堵塞的小室通道疏通。如還不行，則要考慮相鄰兩片極板短路，使它們內(nèi)部不產(chǎn)生氣體；（2）法蘭接口處漏堿：適當(dāng)擰緊螺母或更換聚四氟墊片；（3）彈簧片碎裂：每根拉緊螺栓受力都是很大的，碟形彈簧長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)，有可能由于加工質(zhì)量不佳，出現(xiàn)碟片破裂現(xiàn)象，這時(shí)可先停車待溫度恢復(fù)到常溫