氢氧机的系统和氢氧机的工作原理

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氢氧机的系统和氢氧机的工作原理

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氢氧机的系统和氢氧机的工作原理


发布时间:2017年04月16日 浏览:

氢氧机是生产氢燃料的设备,它采用水电解技术,通电使水分解成氢气和氧气,其中氢气作为燃料,氧气作为助燃剂,是一种高科技绿色环保节能设备。该氢氧机因所产气体为氢、氧分离型,使氢氧机设备应用范围得到极大拓展,不仅局限于通常使用热加工场所,以替代传统乙炔、丙烷、液化气等燃气,用于金属切割、金属气焊,还可以在玻璃制品加工、汽车除碳、车载氢氧机、氢燃料电池、电子化工、食品加工等领域得到广泛应用。由于所产为氢、氧分离气体,在金属切割方面,彻底杜绝氢氧混合气体易“回火”这一技术瓶颈问题,因此,分离式氢氧机在金属切割领域得到更为安全的使用。
在控制方面,该氢氧机内部采用PLC控制技术,通过PLC硬件组态和程序设计,开发了完整的控制程序,实现设备装置的启停、控制、运行状态参数设定和显示、并具有报警故障查询等功能。外部结合工业触摸屏进行人机界面(HMI)控制,在人机对话上充分考虑了人机界面控制的及时性、完整性和互动性。界面非常友好,使用操作方便醒目直观。
1. 控制方案设计
1) 电解工作原理
分离式水电解制氢装置是通过直流电解KOH(25%~30%浓度)水溶液产生H2和O2,H2和O2夹带KOH碱液分别进入氢、氧汽水分离器进行汽水分离(在水分子重力作用下进行汽水分离),分离后的碱液通过分离器底端再回流至电解槽(在高压制氢中则需要增加循环泵以完成电解液的回流)。
水电解制氢电极反应式:
阳极:
由上述电极反应式可知:产生H+和OH-离子,其中H+离子移向电极的阴极面,形成H2↑,OH-离子移至电极的阳极面,形成O2↑。而相应的产气量H2是O2的2倍。
2) 液位差控制
目前分离式电解槽普遍采用压滤式双极性电解槽,内部有多个电解小室组成。电解小室间用石棉布为隔膜材料,而石棉布特性是在浸润的状态下,气体不能通过,只能参与电解的离子可穿透。如隔膜两侧压力不平衡,压力差为±100mmH2O时,如压力差大于300mmH2O则会有气体泡通过石棉隔膜,造成氢氧混合;另外,电解后的H2、O2输出至汽水分离器上因氢氧分离器底部会呈连通状态。如果氢氧分离器压差过大,很可能使H2或O2从压力大的分离器进入另一个分离器。所以,在系统运行时必须控制氢氧分离器的液位使其平衡,使液位保持在规定的范围内,防止由于液位过低而造成H2、O2气体混合。液位过高会增加气体排出阻力,引起H2、O2侧压力不平衡,造成H2、O2气体的互相渗透。
氢氧液位采用浮球液位计,将液位模拟量转化为数字量4mA~20mA输出,以A/D模拟数字转换来实现其液位控制。将氢氧采样转换的数字量同过安全栅输入至PLC中进行相应的比对处理判断氢氧液位的差值。比例积分和微分运算(PID)判定其液位差值进行平衡处理。针对设备在开机运行状态和停机状态不同情况下,对氢氧两端的液位给予处理。
a) 开机及运行状态
在开机运行状态下,液位如有下列不平衡情况时则进行平衡处理。
l 在进行过程中,当氢氧液位差值》,氢高于氧液位,氧旁通阀打开到氢氧液位值低于,氧旁通阀关闭;如氢氧液位差按上述变化时,氢旁通阀打开到关闭。
b) 停机状态
在停机状态下,氢氧液位可能还会存在一定液位差,也需进行平衡处理。
3) 液位平衡控制
液位平衡控制亦称系统平衡控制。为达到液位平衡目的,采用背压阀,电气转换器及气动调节阀共同实现液位平衡控制。通常将背压阀放置于氢侧,以氢液位为比对基准给定值,氢液位作为实际值经PLC(数字显示调节仪)做比例、积分和微分PID运算,将运算结果以模拟量形式通过PLC输出经D/A数模转换,输出4~20mA模拟量(经安全栅)输入至电气转换器。
气动调节阀的工作是在配套气泵与电气转换器(将4~20mA模拟另转换为0。02~0。1Mpa),用气动信号来调节加至氧侧的气动调节阀的开启度,使氢氧液位保持平衡,如氢液位高则自动减少加至氧侧的气动调节阀的开度。通过调整氧侧压力值(变小)使电解液通过H2、O2分离器下端连通管,造成氢液位下降,从而达到控制氢氧液位平衡。反之亦然。
在开机后设备检测液位以及系统压力的驱动电气转换器,使气动阀开启合适开度,以保证系统液位平衡。待停机后,气动调节阀呈安全打开状态,以便泄压。