一种列管式水冷型氢氧发生器的制作方法

1.本实用新型涉及水电解制氢装备领域，具体为一种列管式水冷型氢氧发生器。


背景技术：

2.氢氧发生器可以采用光电，水电，风电等绿电来制取氢氧混合气，氢氧气的混合比为2:1可以实现高效稳定燃烧，且副产物只有水，使用过程实现零排放。氢氧混合气的热值较高，可以代替部分天然气，氧乙炔气用于工业切割，金属熔焊，以及其他各种火焰加工的场景，应用前景广泛。
3.现有氢氧发生器多采用带翅片的风冷换热器，配合强制循环的风机对电解槽工作产生的高温进行冷却，在工作环境温度较高通风不良的情况下存在冷却效率不足的问题，无法将循环碱液冷却在一个适当的温度范围内，使电解槽不能降温到一个合适的工作温区，经常发生过热保护而停机的问题，同时还造成氢氧发生器的密封垫和隔膜材料老化失效，其次高温带走大量碱液和水蒸气对系统管路腐蚀的问题。
4.另外，现有设备氢氧分离器中氢氧混合气和碱液的混合物入口位置位于分离器下方，操作过程中由于碱液和混合气在碱液循环泵的强制作用下大量涌出，造成碱液泛液的现象比较严重。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种列管式水冷型氢氧发生器及控制方法，使电解槽工作温度保持在最佳状态，高效率平稳运行。
6.本实用新型是通过以下技术方案来实现：
7.一种列管式水冷型氢氧发生器，包括氢氧发生器电解槽、气液分离装置、列管式水冷换热器和冷却塔；
8.所述列管式水冷换热器的冷侧连接冷却塔，列管式水冷换热器的热侧入口连接原料出口，列管式水冷换热器的热侧出口连接氢氧发生器电解槽的输入端，氢氧发生器电解槽的输出端连接气液分离装置的液体入口，气液分离装置的气体出口连接耗能装置，气液分离装置的液体出口连接列管式水冷换热器的热侧入口。
9.优选的，所述冷却塔的出口连接列管式水冷换热器的管程入口，列管式水冷换热器的管程出口连接冷却塔的入口；
10.所述列管式水冷换热器的壳程入口连接原料出口，列管式水冷换热器的壳程出口连接氢氧发生器电解槽的输入端。
11.优选的，所述列管式水冷换热器中的碱液和冷却水逆流流动。
12.优选的，所述气液分离装置包括串联的多级气液分离器，气液分离器的上部为气相空间，其下部为液相空间，多级气液分离器的气相空间串联，多级气液分离器的液相空间串联；
13.所述氢氧发生器电解槽的输出端与第一级气液分离器的液相空间连通，与氢氧发
生器电解槽的输出端连接，最后一级的气液分离器的气体出口连接耗能装置，最后一级的气液分离器的液体出口连接碱液循环泵的入口。
14.优选的，所述原料出口和最后一级的气液分离器的液体出口通过碱液循环泵与列管式水冷换热器的热侧入口连接。
15.优选的，所述气液分离器的液相空间的最低液位高于氢氧发生器电解槽的输出端。
16.优选的，所述耗能装置包括水封罐和割枪，水封罐的气体入口位于罐体的底部，气体出口位于液面以上，水封罐的气体入口连接气液分离装置的气体出口，水封罐的气体出口连接割枪。
17.优选的，所述列管式水冷换热器为立式或卧式结构。
18.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
19.本实用新型提供的一种列管式水冷型氢氧发生器，包括氢氧发生器电解槽、气液分离装置、列管式水冷换热器和冷却塔；使高温碱液和冷却循环水在电解槽外的管壳式换热器内进行强制对流换热，换热效率高，响应时间短，可实现快速高效换热，解决现有设备无法实现环境温度过高通风不良，而使得风冷换热效率大幅下降，电解槽碱液难以冷却的现实问题。
20.进一步，采用立式的气液分离装置，碱液及混合气入口放置于设定液面上方，液面上部气相空间通过管道连通，增加气相空间体积，液面下部液相空间通过管道连通，增加液相空间体积。同时采用多级分离的形式，可以有效的解决泛液问题同时提升气液比。
附图说明
21.图1为本实用新型列管式水冷型氢氧发生器的原理图。
22.图中：1凉水塔；2第一气液分离器；3第二气液分离器；4第三气液分离器；5立式水封；6割枪；7氢氧发生器电解槽；8碱液循环泵；9碱液换热器； 10冷却水循环泵。
具体实施方式
23.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
24.参阅图1，一种列管式水冷型氢氧发生器，包括氢氧发生器电解槽7、气液分离装置、切割装置、碱液换热器9和冷却塔1。
25.所述冷却塔1的出口与碱液换热器9的冷侧入口连接，碱液换热器9的冷侧出口与冷却塔1的入口连接，碱液换热器9的热侧入口连接碱液原料出口，碱液换热器9的热侧出口连接氢氧发生器电解槽7的输入端，氢氧发生器电解槽7的输出端连接气液分离装置的入口，气液分离装置的气体出口连接切割装置，气液分离装置的液体出口连接碱液换热器9的热侧入口。
26.冷却塔1的出口通过冷却水循环泵10与碱液换热器9的冷侧入口连接，冷却塔1、冷却水循环泵10和碱液换热器9形成冷却装置，冷却塔1中的冷却水通过冷却水循环泵10进入碱液换热器9的冷侧，碱液进入碱液换热器9热侧，冷却水和碱液在碱液换热器9进行换热，冷却水在碱液冷却器内吸收碱液的热量后，进入冷却塔释放热量使冷却水的水温度降低，
然后在通过冷却水循环泵进入碱液换热器的冷侧形成循环冷却。
27.所述冷却塔1为水冷塔。
28.碱液原料出口通过阀门q1连接碱液循环泵8入口，碱液循环泵8的出口通过阀门q4与碱液换热器的热侧入口连接，碱液换热器的热侧入口通过阀门 q2与氢氧发生器电解槽7的入口连接，碱液循环泵8使氢氧发生器电解槽的氢氧混合气和碱液强制进入气液分离装置，气液分离装置用于对氢氧发生器电解槽输出的氢氧混合气和碱液进行分离。
29.气液分离装置包括多级串联的气液分离器，第一级的气液分离器的入口与氢氧发生器电解槽的输出端连接，最后一级的气液分离器的气体出口连接切割装置，最后一级的气液分离器的液体出口通过阀门q5连接碱液循环泵8的入口。
30.氢氧发生器电解槽作为产生氢氧混合气的设备，碱液在电解槽中并在电流的作用下产生氢氧混合气，氢氧发生器电解槽的出口设置有温度变送器。电解槽工作时处于满碱液状态，通电时产生的氢氧混合气在碱泵的强制循环下随碱液一同进入气液分离装置进行气液分离。
31.在本实施例中，气液分离装置采用三级串联的形式，包括依次串联的第一气液分离器2、第二气液分离器3和第三气液分离器4，经过三级分离得到较为纯净的氢氧混合气，碱液含量很小，气液比较高。气液分离器采用立式分离罐，混合气进口设置在液面上部的气相空间，液面下部设置回碱液口。三个气液分离器上部的进气口依次连通，下部的回液口依次连通，三级分离装置依次对氢氧混合气体和碱液分离的作用，同时气液分离器的最低液面高于氢氧发生器电解槽。气液分离器液面设置最低液位和最高液位，确保可以使电解槽在满碱液状态下工作，确保气相空间大小满足分离要求。
32.碱液换热器9用于对高温碱液进行冷却，气液分离装置回流的碱液和冷却循环水，在循环水泵和碱液循环泵的作用下使得碱液和冷却水在碱液换热器内进行强制对流换热，将碱液冷却的设备。碱液换热器形式为卧式或者立式列管式水冷换热器。碱液走换热器壳程，循环水走换热器管程。碱液进壳程为上进下出的形式，且碱液换热器放置的位置低于分离器最低点的位置，碱液入口位置对应为冷却循环水出口位置，碱液出口位置对应冷却循环水入口位置。冷却循环水与碱液为逆流的流动方式，保证最大的换热效率。
33.切割装置包括水封罐5和割枪6，水封罐5中灌注有一定量的水，水封罐5 的气体入口位于罐体的底部，气体出口位于液面以上，优选的气体出口位于罐体的顶部，水封罐5的气体入口连接末级气液分离器的气体出口，水封罐5的气体出口连接割枪6。
34.水封罐5采用立式水封，作为火焰加工时的回火的设备，立式水封充一定液位的水，氢氧混合气从下部进气，从上部出气，防止火焰回火至设备本体造成不必要的损害，水封罐5输出的氢氧混合气体通过割枪形成火焰，然后进行火焰切割作业。
35.下面对本实用新型提供的一种列管式水冷型氢氧发生器的控制方法进行详细的说明，包括以下步骤：
36.步骤1、碱液循环泵8将碱液加压注入碱液换热器9的热侧，碱液与碱液换热器9冷侧的冷却水换热后进入氢氧发生器电解槽；
37.步骤2、碱液在氢氧发生器电解槽中产生氢氧混合气体，并在压力下进入气液分离装置；
38.步骤3、气液分离装置对碱液和氢氧混合气体进行分离，分离后的氢氧混合气体进
入切割装置，分离后的碱液再次加压注入碱液换热器9的热侧。
39.实施例1
40.一种列管式水冷型氢氧发生器的控制方法，具体如下：
41.s1、关闭阀门q5，开启阀门q1，阀门q4和阀门q2，将配好的碱液通过碱液循环泵添加进氢氧发生器电解槽中，氢氧发生器电解槽注满碱液之后碱液逐渐向分离罐上升，直至分离罐液位达到预设液位高度，关闭碱液循环泵，关闭阀门q1。
42.s2、阀门q1保持关闭状态，阀门q5,阀门q4,阀门q3和阀门q2处于开启状态。
43.氢氧发生器电解槽的正负极分别与整流柜对应的电极连接，通过整流柜给氢氧发生器电解槽供直流电，重新打开碱液循环泵，缓慢提升电流值，直至达到设计要求。
44.s3、氢氧发生器电解槽中的碱液在直流电驱动下产生氢氧混合气，电解槽产生的氢氧混合气和碱液在碱液循环泵的压力推动下依次进入第一气液分离器；第二气液分离器和第三气液分离器进行气液分离。
45.s4、分离出的碱液经过第三气液分离器底部出液口经过碱液循环泵加压后再次进入碱液换热器与循环冷却水进行换热，换热降温后的碱液再次回到电解槽内参与反应；分离出的氧混合气，经过立式水封到达割枪，可以进行正常的火焰作业。
46.s5、通过温度变送器tt1采集氢氧发生器电解槽出口处气液混合物的温度，当温度大于预设温度，通过控制系统自动调节电动调节阀门q3的开度，控制循环水的流量，进而控制氢氧发生器电解槽内碱液的温度。
47.当碱液温度过高时，阀门q3的开度增大，循环冷却水流量增大，碱液温度降低到一个合适的工作温区。当tt1采集的电解槽温度低于设定温度时，通过控制系统控制q3的开度适当减小，减少循环水的进入量，从而使得电解槽的温度适当升高。通过设置一个合理的工作温度上限和下线，温度变松器采集温度，控制阀门q3的开度，控制循环水的流量大小，进而使从分离罐回流的碱液稳定在一个高效的工作温度区间。
48.本实用新型提供的一种列管式水冷型氢氧发生器，使高温碱液和冷却循环水在电解槽外的管壳式换热器内进行强制对流换热，换热效率高，响应时间短，可实现快速高效换热。彻底的解决氢氧发生器在高温环境下使用过程中出现的温度过高问题，提高氢氧发生器稳定高效运行；采用立式分离罐的解决泛液问题。
49.本实用新型一种列管式水冷型氢氧发生器具有以下有益效果：
50.现有设备多采用带翅片的风冷换热器，配合强制循环的风机对电解槽工作产生的高温进行冷却，在工作环境温度较高通风不良的情况下存在冷却效率不足的问题，无法将循环碱液冷却在一个适当的温度范围内。本实用新型使高温碱液和冷却循环水在电解槽外的管壳式换热器内进行强制对流换热，换热效率高，响应时间短，可实现快速高效换热，解决现有设备无法实现环境温度过高通风不良，而使得风冷换热效率大幅下降，电解槽碱液难以冷却的现实问题。
51.现有设备氢氧分离器中氢氧混合气和碱液的混合物入口位置位于分离器下方，操作过程中由于碱液和混合气在碱液循环泵的强制作用下大量涌出，造成碱液泛液的现象比较严重。本实用新型采用立式分离器，碱液及混合气入口放置于设定液面上方，液面上部气相空间通过管道连通，增加气相空间体积，液面下部液相空间通过管道连通，增加液相空间体积。同时采用多级分离的形式，可以有效的解决泛液问题同时提升气液比。
52.以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。