第三节 水电解制氢装置 工艺流程 1. 水电解制氢装置的组成 本装置由电解槽、气液处理器、整流装置、控制柜（计算机管理系统） 、加 水泵、碱箱、水箱等几大部分所组成。 2. 工艺流程简介 2.1 气体系统 当电解槽接通直流电源，电解电流上升到一定数值时，电解槽内的水 被电解成氢气和氧气。来自电解槽内各电解小室阴极侧的氢气和碱液，借 3 助循环泵的扬程和气体升力，进入氢分离洗涤器的分离段（制氢量≥ 80m/h 的先进入碱液换热器， 然后进入分离器） ，在重力的作用下氢气和碱液分离。 3 分离后的气体进入洗涤段，对气体进行冷却、洗涤（制氢量≥ 175m/h 的无 洗涤）和除雾，然后进入贮罐待用（对 CNDQ型制氢装置，气体再经过干燥 处理才进入贮罐） 。 氧气分离过程基本相同。氧气放空或进入贮罐待用。 2.2 电解液循环系统 电解液循环的目的是向电极区域补充电解消耗的纯水，带走电解过程中 产生的氢气、氧气和热量，增加电极区域电解液的搅拌，减少浓差极化电压，降 低碱液中的含气度， 降低小室电压，减少能耗等， 以使电解槽在稳定条件下工作。 碱液循环量的大小影响槽内小室电压和气体纯度。 对于一个特定的电解槽， 应有一个合适的循环量。一般槽内电解液更换次数每小时 2～4 次。在常压电解 系统中，通常用自然循环，而在压力电解系统中，因电解装置体积小，管道细， 气液流通阻力大， 加上电流密度较大， 要求电解液更换的次数比较多， 采用自然 循环难于达到，一般都会采用强制循环。 碱液在氢分离器和氧分离器中，靠重力作用与氢、氧气体分离后，通过氢 氧分离器的连通管汇总， 再经碱液过滤器除去机械杂质， 然后由碱液循环泵把碱 液送入电解槽，形成完整的电解液循环系统。 2.3 气体排空（氮气置换）系统 水电解制氢装置设有充氮口，用于系统的气密检查与开机前的氮气置换。 制氢系统开车后，氢气纯度达到一定的要求后才能被送到贮罐（或进化设施） ，在 未达到一定的要求纯度以前的氢气可通过调节阀后的气体放空阀放空。 2.4 原料水补充系统 电解过程中，装置内的原料水一直不停地在消耗，因此，为保证水电解的 连续进行，需定期向制氢装置内补充原料水。 水箱中的水通过加水泵分别打入氢、氧洗涤器，然后通过溢流管，注入分 离器下部的液相部分和循环碱液一并进入电解小室进行连续电解， 同时使电解液 中碱的浓度保持在最佳浓度范围。 原料水通过注入洗涤器然后再溢流到分离器， 可以稀释洗涤器中的碱含量， 降低产品气的含碱度。 为保证水电解制氢装置压力系统中的气体和碱液在加水泵 停转期间不外漏， 在加水管道上均装有止回阀。 运行过程中， 只开启单个补水回 路，即只开氢侧或氧侧补水回路。 2.5 排污系统 排污管道共分四处： 第一处：为碱液过滤器底部，通过过滤器排污阀排出碱液和过滤器中过滤 下来的石棉绒杂质及污物。 对 CNDQ5～10 型装置，可通过拆卸管道过滤器法兰来 清除机械杂物。 第二、三处：为水箱和碱箱底部排污口，通过其排污阀排出箱中的污物或 残液。 第四处：从氢气干燥部分的气水分离器中排出冷凝水（仅用于 CNDQ5～10 型装置）。 2.6 补碱系统 CNDQ－5～10 装置需补碱时，应在停机泄压状态下进行，按要求计算应补 充碱的数量，重新配制碱液，通过碱箱到电解槽的阀门系统将碱液打入电解槽中。 3. 电解槽 双极性压滤式电解槽 以串联式双极性压滤式电解槽为例，电解槽的极板也是垂直的，互相平行排列，电流 只从一端极板导入， 通过电极经电解液， 传到下一块极板，最后由另一端极板输出。由于操 作电压的关系， 造成电解槽电压输入端至输出端的递降， 这样就使得前一块极板相对于次一 块极板就带正电荷。 因此，对同一块极板而言，在前一个电解小室中作阴极，在下一个电解 小室中就作阳极，即每块极板的正面是阴极， 背面是阳极。一块板起着两种极性作用， 因此 称为双极性电解槽。 单阳极 隔膜 双极性电极 单阴极 ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ － ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― 电解槽的每个小室由阳极板、阳副极网、隔膜、垫片、阴副极网、阴 极板组成。在电解槽中，每块极板既是阳极又是阴极，中间极板为阳极， 左右端极板为阴极，极板面向中间极板的一侧为阴极，另一侧为阳极。在 阴极上产生氢气，在阳极上产生氧气。在槽体上除中间极板、左端极板、 右端极板外，按极板处的位置不同又分为左极板和右极板，它们的区别在 于出气孔的位置不同。 电解槽是水电解制氢装置的核心，它的常规使用的寿命与操作维护紧密相关。严 格地按照操作说明书做相关操作使用是电解槽经得起长久地使用的关键。 所以在使用中 一定要注意下述各点： （1） 槽温控制在 90℃以下； （2） 槽压控制在规定值范围内； （3） 电解液循环量控制在正常值； （4） 密切监视气体纯度； （5 ）按时测量小室电压， 测电压时注意电极方向， 且不能让电压表某一极 棒的触头同时接触两片极板造成短路； （6 ）电解槽上一定要清洗整理干净， 不得有金属物和碱液等导电介质， 周围不 能放置其它金属物品，以防不慎落在槽体上造成小室短路； （7）定期清洗过滤器，清除滤网上的石棉绒毛和其它杂质； （8）向槽体内补充的原料水水质一定要符合标准要求。 电解质为分析纯或优级 纯 NaOH或 KOH，定期测量碱液浓度，使浓度处于合适值。 （9）电解槽前放一橡胶板，测量电压时踏于橡胶板上，以确保操作人员的 安全。 重点提醒： ? 1、设备长时间停车（一般超过 12 小时）时，必须全部泄压，用氮气置 换，开车前再次氮气置换，取样分析合格后方可开车。短时间停车，应 将温度降至 50℃以下，保持液位平衡，压力不允许超出 0.1MPa，并将所有 外接口阀门关闭保持系统正压。 ? 2、设备正常运行过程中，突然停电，造成循环泵停运。此时应将设备内 全部气体放空，不允许充罐，并用氮气对设备做置换，待来电时正常 开机。 ? 3、正常运行过程中，仪表气源下限连锁，调节阀无法正常工作，应缓慢 开启氢、氧两侧的手动放空阀，将设备内全部气体放空，要注意必须保 持氢氧两侧分离器液位平衡，待气源正常后再开机。

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