一体式小型碱水制氢设备及控制系统的研究(附件)【字数：5053】
随着我国科学社会的高速发展，我们对于新能源的需求迫在眉睫，追求纯天然无污染的新能源是我们共同的需求，而氢能作为一种清洁的二次能源进入我们的视野，氢能具有能量密度大，燃烧热值高，可储存，可再生，零污染，零排放等诸多优点。所以一套高效稳定的制氢设备，和完整的控制软件也是必须的。所以我结合我实习工作的经历，在导师的指导下完成的一体式碱水制氢设备及控制系统。
引言
经过在企业的实习，我了解到制氢行业的发展前途，特别是碱水制氢行业，虽然不比甲烷裂解，氨分解及化工废弃提纯氢气轻松，但是碱水制氢确实能适用范围更广的制氢方式，一套完善的制氢设备需要更加完美精密的程序控制，所以在我在工作中认真研究了整套流程，然后再了解学习了一方面plc及嵌入式触摸组态软件后独立完成了这套小型碱水制氢设备的系统编程及控制系统，下面我将主要介绍这套系统的逻辑控制及触摸屏工具的实际曹祖方法，从而使更多的人能接触到这个系统，让每一个刚接触到这个系统的人都能简单轻松的上手操作。
目录
一、制氢设备的历史和简介 5
二、水电解制氢原理： 6
三、制氢流程及系统编程 7
四、系统简述： 7
1.电解液循环系统 8
┌→氢分离器┐ 8
2.氢气系统 8
3. 氧气系统 8
5.冷却水系统 9
6.充氮和氮气吹扫系统 9
7.排污系统 9
8.整流系统 9
9.控制系统 9
五、显示屏功能及操作 21
4.1.2设备总维护系统： 27
谢辞 28
一、制氢设备的历史和简介
电解水制氢最早是由最早于1789年,杨鲁道夫德曼和阿德里安派斯范特鲁斯维克通过静电装置发电利用金电极把莱顿瓶中的水电解成气体。这就是早期电解水制氢设备的雏形，1800年， 亚历山德罗伏特发明了伏打电池，并于数周后，被威廉尼克森和安东尼卡莱尔用于电解水。1869年格拉姆发明直流发电机后，第一套完整安全的制氢设备诞生了。而后电解水逐渐引人关注成为一种廉价制氢的方法。而在中国使用最普遍的制氢设备应该是碱水制氢设备，产量最大为五百立方米每小时，随着科学技术的发展也有更 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
高效，更节能的制氢方式，例如甲烷裂解制氢，PSA变压吸附制氢，但在中国最主流的还是碱水电解制氢。
氢能对于要科学发展的中国至关重要。氢能就是以氢能为主要动力源。中国正处于工业化发展阶段,仍然是以化石能源为主要动力源;但氢能离我们并不遥远。我国要在本世纪中叶进入先进国家行列,就应该超前研究氢能规划氢能、引用氢能,把真正的节能减排落到实处。
二、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:
/
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。
一体式小型制氢机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(10m3/h及以下）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(20m3/h及以上）氢气出口设计在中心线靠直流铜排一侧（氢铜侧）。
公司设计制作的压力型水电解槽，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，使用寿命长等特点。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（比重1.28），氧槽温控制在8590℃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。
三、制氢流程及系统编程
四、系统简述：
电解液在泵的强制循环及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。
引言
经过在企业的实习，我了解到制氢行业的发展前途，特别是碱水制氢行业，虽然不比甲烷裂解，氨分解及化工废弃提纯氢气轻松，但是碱水制氢确实能适用范围更广的制氢方式，一套完善的制氢设备需要更加完美精密的程序控制，所以在我在工作中认真研究了整套流程，然后再了解学习了一方面plc及嵌入式触摸组态软件后独立完成了这套小型碱水制氢设备的系统编程及控制系统，下面我将主要介绍这套系统的逻辑控制及触摸屏工具的实际曹祖方法，从而使更多的人能接触到这个系统，让每一个刚接触到这个系统的人都能简单轻松的上手操作。
目录
一、制氢设备的历史和简介 5
二、水电解制氢原理： 6
三、制氢流程及系统编程 7
四、系统简述： 7
1.电解液循环系统 8
┌→氢分离器┐ 8
2.氢气系统 8
3. 氧气系统 8
5.冷却水系统 9
6.充氮和氮气吹扫系统 9
7.排污系统 9
8.整流系统 9
9.控制系统 9
五、显示屏功能及操作 21
4.1.2设备总维护系统： 27
谢辞 28
一、制氢设备的历史和简介
电解水制氢最早是由最早于1789年,杨鲁道夫德曼和阿德里安派斯范特鲁斯维克通过静电装置发电利用金电极把莱顿瓶中的水电解成气体。这就是早期电解水制氢设备的雏形，1800年， 亚历山德罗伏特发明了伏打电池，并于数周后，被威廉尼克森和安东尼卡莱尔用于电解水。1869年格拉姆发明直流发电机后，第一套完整安全的制氢设备诞生了。而后电解水逐渐引人关注成为一种廉价制氢的方法。而在中国使用最普遍的制氢设备应该是碱水制氢设备，产量最大为五百立方米每小时，随着科学技术的发展也有更 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
高效，更节能的制氢方式，例如甲烷裂解制氢，PSA变压吸附制氢，但在中国最主流的还是碱水电解制氢。
氢能对于要科学发展的中国至关重要。氢能就是以氢能为主要动力源。中国正处于工业化发展阶段,仍然是以化石能源为主要动力源;但氢能离我们并不遥远。我国要在本世纪中叶进入先进国家行列,就应该超前研究氢能规划氢能、引用氢能,把真正的节能减排落到实处。
二、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:
/
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。
一体式小型制氢机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(10m3/h及以下）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(20m3/h及以上）氢气出口设计在中心线靠直流铜排一侧（氢铜侧）。
公司设计制作的压力型水电解槽，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，使用寿命长等特点。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（比重1.28），氧槽温控制在8590℃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。
三、制氢流程及系统编程
四、系统简述：
电解液在泵的强制循环及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。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/jdgc/309.html
