У працэсе вытворчасці вадароду ў шчолачным электралізеры, акрамя якасці самога электралізера, важным фактарам уплыву з'яўляецца таксама колькасць цыркуляцыі шчолачы ў наладзе.
Нядаўна на сустрэчы па абмене тэхналогіямі бяспекі вытворчасці Прафесійнага камітэта па вадародзе Кітайскай асацыяцыі прамысловых газаў Хуан Лі, кіраўнік Праграмы эксплуатацыі і тэхнічнага абслугоўвання вадароднай сістэмы электралізу вады, падзяліўся сваім вопытам усталявання аб'ёму цыркуляцыі вадароду і шчолачы ў рэальных працэсах выпрабаванняў, эксплуатацыі і тэхнічнага абслугоўвання.
Ніжэй прыведзены арыгінальны дакумент.
——————
У рамках нацыянальнай стратэгіі двайнога выкіду вугляроду кампанія Ally Hydrogen Energy Technology Co., Ltd, якая спецыялізуецца на вытворчасці вадароду ўжо 25 гадоў і першай пачала працаваць у галіне вадароднай энергетыкі, пачала пашыраць распрацоўку тэхналогій і абсталявання для «зялёнага» вадароду, у тым ліку распрацоўку канаўкаў для электролізных рэзервуараў, вытворчасць абсталявання, гальванізацыйныя работы з электродамі, а таксама выпрабаванні, эксплуатацыю і тэхнічнае абслугоўванне электролізных рэзервуараў.
АдзінПрынцып працы шчолачнага электралізера
Пры прапусканні пастаяннага току праз электралізер, запоўнены электралітам, малекулы вады ўступаюць у электрахімічную рэакцыю на электродах і раскладаюцца на вадарод і кісларод. Для павышэння праводнасці электраліта звычайна выкарыстоўваецца водны раствор з канцэнтрацыяй 30% гідраксіду калію або 25% гідраксіду натрыю.
Электралізер складаецца з некалькіх электралітычных ячэек. Кожная камера электралізера складаецца з катода, анода, дыяфрагмы і электраліта. Асноўная функцыя дыяфрагмы — прадухіленне пранікнення газу. У ніжняй частцы электралізера ёсць агульны ўваход і выхад, а ў верхняй частцы — канал патоку газава-вадкаснай сумесі шчолачаў і кіслароду. Пры прапусканні пастаяннага току пэўнага напружання, калі напружанне перавышае тэарэтычнае напружанне раскладання вады 1,23 В і цеплавое нейтральнае напружанне 1,48 В, адбываецца акісляльна-аднаўленчая рэакцыя паміж электродам і вадкасцю, і вада раскладаецца на вадарод і кісларод.
Два Як цыркулюе шчолач
1️⃣Змяшаны цыкл з вадародам, кіслародам і шчолаччу
Пры гэтай форме цыркуляцыі шчолач паступае ў цыркуляцыйны помпа шчолачу праз злучальную трубу ў ніжняй частцы сепаратара вадароду і сепаратара кіслароду, а затым пасля астуджэння і фільтрацыі паступае ў катодную і анодную камеры электралізера. Перавагамі змешанай цыркуляцыі з'яўляюцца простая канструкцыя, кароткі працэс, нізкі кошт і магчымасць забяспечыць аднолькавы аб'ём цыркуляцыі шчолачу ў катоднай і аноднай камерах электралізера; недахопам з'яўляецца тое, што, з аднаго боку, гэта можа паўплываць на чысціню вадароду і кіслароду, а з другога боку, гэта можа прывесці да нерэгулявання ўзроўню сепаратара вадароду і кіслароду, што можа павялічыць рызыку змешвання вадароду і кіслароду. У цяперашні час найбольш распаўсюджаным працэсам змешвання вадароду і кіслароду з'яўляецца бок вадароду і кіслароду ў цыкле змешвання шчолачу.
2️⃣Асобная цыркуляцыя вадароду і кіслароду, пабочнага шчолаку
Гэтая форма цыркуляцыі патрабуе двух цыркуляцыйных помпаў для шчолачы, г.зн. двух унутраных цыркуляцый. Шчолач у ніжняй частцы сепаратара вадароду праходзіць праз цыркуляцыйны помпа з боку вадароду, астуджаецца і фільтруецца, а затым паступае ў катодную камеру электралізера; шчолач у ніжняй частцы сепаратара кіслароду праходзіць праз цыркуляцыйны помпа з боку кіслароду, астуджаецца і фільтруецца, а затым паступае ў анодную камеру электралізера. Перавага незалежнай цыркуляцыі шчолачы заключаецца ў тым, што вадарод і кісларод, якія выпрацоўваюцца ў выніку электролізу, маюць высокую чысціню, што фізічна дазваляе пазбегнуць рызыкі змешвання вадароду і кіслароду ў сепаратары; недахопам з'яўляецца складанасць і дарагоўля канструкцыі і працэсу, а таксама неабходнасць забеспячэння паслядоўнасці хуткасці патоку, напору, магутнасці і іншых параметраў помпаў з абодвух бакоў, што павялічвае складанасць эксплуатацыі і вылучае патрабаванне кантролю стабільнасці абодвух бакоў сістэмы.
Тры Уплыў хуткасці цыркуляцыі шчолачы на вытворчасць вадароду з электралітычнай вады і ўмовы працы электралізера
1️⃣Празмерная цыркуляцыя шчолачы
(1) Уплыў на чысціню вадароду і кіслароду
Паколькі вадарод і кісларод маюць пэўную растваральнасць у шчолачы, аб'ём цыркуляцыі занадта вялікі, таму агульная колькасць растворанага вадароду і кіслароду павялічваецца і трапляе ў кожную камеру разам са шчолаччу, што прыводзіць да зніжэння чысціні вадароду і кіслароду на выхадзе з электралізера; аб'ём цыркуляцыі занадта вялікі, таму час утрымання вадароду і кіслароду ў вадкім сепаратары занадта кароткі, і газ, які не быў цалкам аддзелены, вяртаецца ўнутр электралізера разам са шчолаччу, што ўплывае на эфектыўнасць электрахімічнай рэакцыі ў электралізеры і чысціню вадароду і кіслароду, і далей. Гэта паўплывае на эфектыўнасць электрахімічнай рэакцыі ў электралізеры і чысціню вадароду і кіслароду, а таксама на здольнасць абсталявання для ачысткі вадароду і кіслароду да дэгідрагенізацыі і дэаксігенацыі, што прыводзіць да дрэннага эфекту ачысткі вадароду і кіслароду і ўплывае на якасць прадукцыі.
(2) Уплыў на тэмпературу бака
Пры ўмове, што тэмпература на выхадзе з ахаладжальніка шчолачы застаецца нязменнай, занадта вялікі паток шчолачы будзе адводзіць больш цяпла ад электралізера, што прывядзе да зніжэння тэмпературы ў баку і павелічэння магутнасці.
(3) Уплыў на сілу току і напружанне
Залішняя цыркуляцыя шчолачы паўплывае на стабільнасць току і напружання. Залішні паток вадкасці будзе перашкаджаць нармальным ваганням току і напружання, у выніку чаго ток і напружанне не змогуць лёгка стабілізавацца, што прывядзе да ваганняў у працоўным стане выпрамляльнага корпуса і трансфарматара, і тым самым уплывае на вытворчасць і якасць вадароду.
(4) Павышанае спажыванне энергіі
Празмерная цыркуляцыя шчолачы таксама можа прывесці да павелічэння спажывання энергіі, павелічэння эксплуатацыйных выдаткаў і зніжэння энергаэфектыўнасці сістэмы. У асноўным гэта звязана з павелічэннем колькасці дапаможнай цыркуляцыі астуджальнай вады ва ўнутранай сістэме і знешняй цыркуляцыі, распыляльнікам і вентылятарам, нагрузкай астуджанай вады і г.д., у выніку чаго спажыванне энергіі павялічваецца, а агульнае спажыванне энергіі павялічваецца.
(5) Прычына няспраўнасці абсталявання
Празмерная цыркуляцыя шчолачы павялічвае нагрузку на цыркуляцыйны помпа шчолачы, што адпавядае павелічэнню хуткасці патоку, ціску і ваганняў тэмпературы ў электралізеры, што, у сваю чаргу, уплывае на электроды, дыяфрагмы і пракладкі ўнутры электралізера, што можа прывесці да няспраўнасцяў або пашкоджанняў абсталявання, а таксама да павелічэння аб'ёму работ па тэхнічным абслугоўванні і рамонце.
2️⃣Занадта малая цыркуляцыя шчолачы
(1) Уплыў на тэмпературу рэзервуара
Калі аб'ём цыркулюючай шчолачы недастатковы, цяпло ў электралізеры не можа своечасова адводзіцца, што прыводзіць да павышэння тэмпературы. Высокая тэмпература асяроддзя прыводзіць да павышэння ціску насычанай пары вады ў газавай фазе і павелічэння ўтрымання вады. Калі вада не можа быць дастаткова кандэнсавана, гэта павялічвае нагрузку на сістэму ачысткі і ўплывае на эфект ачысткі, а таксама ўплывае на эфектыўнасць і тэрмін службы каталізатара і адсарбенту.
(2) Уплыў на тэрмін службы дыяфрагмы
Пастаяннае ўздзеянне высокіх тэмператур паскарае старэнне дыяфрагмы, зніжае яе прадукцыйнасць або нават разрывае яе, што можа прывесці да ўзаемнай пранікальнасці вадароду і кіслароду з абодвух бакоў дыяфрагмы, што ўплывае на чысціню вадароду і кіслароду. Калі ўзаемная інфільтрацыя блізкая да ніжняй мяжы, верагоднасць выбуху ў электралізеры значна павялічваецца. Адначасова пастаяннае ўздзеянне высокіх тэмператур таксама прывядзе да ўцечкі і пашкоджання ўшчыльняльніка, скарачаючы тэрмін яго службы.
(3) Уздзеянне на электроды
Калі колькасць цыркулюючай шчолачы занадта малая, газ, які ўтвараецца, не можа хутка пакінуць актыўны цэнтр электрода, і гэта ўплывае на эфектыўнасць электролізу; калі электрод не можа цалкам дакрануцца да шчолачы для правядзення электрахімічнай рэакцыі, адбудзецца частковы разрад і сухое гарэнне, што паскарае адслойванне каталізатара на электродзе.
(4) Уплыў на напружанне элемента
Колькасць цыркулюючай шчолачы занадта малая, таму што бурбалкі вадароду і кіслароду, якія ўтвараюцца ў актыўным цэнтры электрода, не могуць быць своечасова выдалены, і колькасць раствораных газаў у электраліце павялічваецца, што прыводзіць да павелічэння напружання ў малой камеры і павелічэння спажывання энергіі.
Чатыры метады вызначэння аптымальнага расходу цыркуляцыі шчолачы
Для вырашэння вышэйзгаданых праблем неабходна прыняць адпаведныя меры, такія як рэгулярная праверка сістэмы цыркуляцыі шчолачы для забеспячэння яе нармальнай працы; падтрыманне добрых умоў цеплааддачы вакол электралізера; і карэкціроўка працоўных параметраў электралізера, пры неабходнасці, каб пазбегнуць узнікнення занадта вялікага або занадта малога аб'ёму цыркуляцыі шчолачы.
Аптымальную хуткасць цыркуляцыі шчолачы неабходна вызначаць зыходзячы з канкрэтных тэхнічных параметраў электралізера, такіх як памер электралізера, колькасць камер, працоўны ціск, тэмпература рэакцыі, выпрацоўка цяпла, канцэнтрацыя шчолачы, ахаладжальнік шчолачы, сепаратар вадароду і кіслароду, шчыльнасць току, чысціня газу і іншыя патрабаванні, даўгавечнасць абсталявання і трубаправодаў, а таксама іншыя фактары.
Тэхнічныя параметры Памеры:
памеры 4800x2240x2281 мм
агульная вага 40700 кг
Эфектыўны памер камеры 1830, колькасць камер 238
Шчыльнасць току электралізера 5000 А/м²
працоўны ціск 1,6 МПа
тэмпература рэакцыі 90℃±5℃
Адзін камплект электралізернага прадукту з аб'ёмам вадароду 1300 Нм³/г
Кісларод прадукту 650 Нм³/г
пастаянны ток n13100A, пастаяннае напружанне 480V
Ахаладжальнік для шчолаку Φ700x4244 мм
плошча цеплаабмену 88,2 м²
Сепаратар вадароду і кіслароду Φ1300x3916 мм
сепаратар кіслароду Φ1300x3916 мм
Раствор гідраксіду калію канцэнтрацыя 30%
Значэнне супраціўлення чыстай вады >5 МОм·см
Сувязь паміж растворам гідраксіду калію і электралізерам:
Робяць чыстую ваду праводнай, вылучаюць вадарод і кісларод і адводзяць цяпло. Паток астуджальнай вады выкарыстоўваецца для кантролю тэмпературы шчолачы, каб тэмпература рэакцыі ў электралізеры была адносна стабільнай, а выпрацоўка цяпла электралізерам і паток астуджальнай вады выкарыстоўваюцца для ўзгаднення цеплавога балансу сістэмы з мэтай дасягнення найлепшага рэжыму працы і найбольш энергазберагальных эксплуатацыйных параметраў.
Зыходзячы з рэальных аперацый:
Рэгуляванне аб'ёму цыркуляцыі шчолачы пры 60 м³/г
Паток астуджальнай вады адкрываецца прыкладна на 95%，
Тэмпература рэакцыі электралізера кантралюецца на ўзроўні 90°C пры поўнай нагрузцы.
Аптымальнае спажыванне электралізерам пастаяннага току складае 4,56 кВт·г/нм³H₂.
Пяцьпадсумаваць
Карацей кажучы, аб'ём цыркуляцыі шчолачы з'яўляецца важным параметрам у працэсе атрымання вадароду метадам электролізу вады і залежыць ад чысціні газу, напружання ў камеры, тэмпературы электралізера і іншых параметраў. Рэкамендуецца кантраляваць аб'ём цыркуляцыі з частатой замены шчолачы ў рэзервуары 2~4 разы/г/мін. Эфектыўнае кіраванне аб'ёмам цыркуляцыі шчолачы забяспечвае стабільную і бяспечную працу абсталявання для вытворчасці вадароду метадам электролізу вады на працягу доўгага перыяду часу.
У працэсе вытворчасці вадароду шляхам электролізу вады ў шчолачным электралізеры аптымізацыя параметраў рабочых умоў і канструкцыі рабочага калонкі электралізера ў спалучэнні з выбарам матэрыялу электродаў і дыяфрагмы з'яўляюцца ключом да павелічэння току, зніжэння напружання ў баку і эканоміі энергіі.
——Звяжыцеся з намі——
Тэл.: +86 028 6259 0080
Факс: +86 028 6259 0100
E-mail: tech@allygas.com
Час публікацыі: 09 студзеня 2025 г.
