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用
手
册
苏州竞立制氢设备有限公司
1、简述
氢是自然界分布最广的元素之一，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应，生成各种类型的氢化物。
氢的着火、燃烧、爆炸性能是它的特性。氢含量范围在4-75%（空气环境）、4.65-93.9%（氧气环境）时形成可爆燃气体，遇到明火或温度在585℃以上时可引起燃爆。
压力水电解制出的氢气具有压力高（1.6或3.2MPa）便于输送，纯度高（99.8%以上）可直接用于一般场合，还可以通过纯化（纯度提高到99.999%）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，广泛应用于国民经济的各行各业。
1.2、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。
任何物质在电解过程中，在数量上的变化服从法拉第定律。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，各种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（26.8安培小时）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。经过换算，生产1m3氢气（副产品0.5m3氧气）所需电量约2393Ah，原料水消耗0.9kg。
将水电解为氢气和氧气的过程，其电极反应为:
阴 极: | 2H2O | + | 2e | → | H2↑ | + | 2OH- |
阳 极: | 2OH- | - | 2e | → | H2O | + | 1/2O2↑ |
总反应: | 2H2O | | | → | 2H2↑ | + | O2↑ |
| | | | | | | |
由浸没在电解液中的一对电极，中间隔以防止气体渗透的隔膜而构成水电解池，通以一定电压（达到水的分解电压1.23V和热平衡电压1.47V以上）的直流电，水就发生电解。根据用户产量需求，使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采用左右槽并联型结构，中间极板接直流电源正极，两端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1.6MPa和3.2MPa两种。具有结构紧凑，运行安全，使用寿命长的特点，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30％KOH水溶液作为电解液，槽温控制在85-90℃左右，兼顾隔膜垫片的使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起。
2、主要技术性能指标和消耗（见附表）
3、工作条件
3.1.电解液:30%KOH水溶液
3.2.原料水:
3.2.1用量见附表
3.2.2水质要求:
3.2.2.1电阻率≥1.0×105 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/L
3.2.2.4干残渣含量<7mg/L
3.2.2.5悬浮物含量<1mg/L
3.3.冷却水
3.3.1温度≤30℃
3.3.2用量见附表
3.3.3压力:0.4～0.6MPa
3.3.4水质:自来水
3.4.电源
3.4.1控制柜电源: 三相四线制AC 380V，50HZ，功率见附表
3.4.2 可控硅整流柜控制电源: 三相四线制AC 380V，50HZ
3.5.控制气源
3.5.1压力:0.5～0.7MPa
3.5.2流量:6m3/h
3.5.3露点低于环境温度10℃以下
3.5.4无油、无尘，含油量≤5mg/m3
系统简述：
电解液的在强制循环、电解槽通以直流电的条件下，氢气和氧气在电解槽产生，经过分离器气液分离后，产出的氢气和氧气源源不断送出系统（当客户对气体的纯度或露点有特别的要求时，本公司可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、过滤除尘等工序获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、远程通讯等控制手段以及各类分析仪表。
制氢框架集成了制氢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，以及控制和调节阀门，工况测量的在线和远传仪表）。
每套制氢系统通常配备控制柜、整流柜、整流变压器以及氧中氢、氢中氧等分析仪表。
CDEF系列制氢装置，由流程（系统）图可以看出，该装置可分为九个子系统。 4.1.电解液循环系统 电解液循环系统的作用是： 4.1.1从电解槽带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量; 4.1.2将补充的原料水送给电解槽;
4.1.3对电解槽内电解反应区域进行“搅拌”，以减少浓差极化，降低电耗。该系统包括如下路线（内循环）
┌→氢分离器┐
碱液泵→碱液过滤器→电解槽┤ ├→碱液泵
└→氧分离器┘
4.2.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.其路线为:
┌氢气出口电解槽→氢分离器→调节阀┤ └阻火器排空 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以及故障排空。
4.3.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.装置的工作压力和槽温也都以氧侧为测试点.
它包括: ┌用户或储存 电解槽→氧洗涤器→┤
└或排空
氧气的排空除与氢气排空作同样考虑外，对于不利用氧气的用户，排空是常开状态.
4.4.原料水系统 水电解制氢(氧)过程唯一的“原材料”是高纯水，此外氢气和氧气在离开系统时要带走少量的水分。因此，必须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。补充水同时从氢、氧两侧补入。
原料水箱→补水泵→氢分离洗涤器→电解槽。
4.5.冷却水系统 水的电解过程是吸热反应，制氢过程必须供以电能，但水电解过程消耗的电能超过了水电解反应理论吸热量，超出部分主要由冷却水带走，以维持电解反应区正常的温度。电解反应区温度高，可降低能源消耗，但温度过高，石棉质的电解小室隔膜将被破坏，同时对设备长期运行带来不利。本装置要求工作温度保持在不超过90℃为最佳。此外，所生成的氢气、氧气也须冷却除湿。可控硅整流装置也设有必要的冷却管路。冷却水分三路流入系统： ┌温度调节阀→碱液冷却器→出口 冷却水入口 ┤氢（氧）气冷却器→出口 ┕整流柜冷却管路→排放
4.6.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试验。在正常开机前也要求对系统的气相充氮吹扫，以保证氢氧两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:
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