可擴(kuò)展機(jī)架式小型電解系統(tǒng)模塊化技術(shù)方案

在電解槽技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域，模塊化設(shè)計(jì)已成為重要發(fā)展方向。本文提出一種基于標(biāo)準(zhǔn)化組件的機(jī)架式電解系統(tǒng)解決方案，通過六大核心模塊的協(xié)同運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)靈活配置、快速維護(hù)和高安全性。

一、電解反應(yīng)模塊

核心組件

多單元電堆系統(tǒng)：由若干單電池組成，采用底部通道持續(xù)注入KOH堿液的供液方式

雙相分離容器：集成氫/氧分離與堿液循環(huán)功能，配備壓力平衡閥確保氣路安全

智能控制系統(tǒng)：通過動(dòng)態(tài)平衡閥實(shí)時(shí)監(jiān)控氫氧壓力差，壓力異常時(shí)自動(dòng)切斷氣路

運(yùn)行特征

電解過程產(chǎn)生的氣液混合物通過離心泵導(dǎo)入分離容器，利用氣泡密度差實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)。去離子水持續(xù)補(bǔ)充至洗滌艙，有效去除氣體殘留電解質(zhì)，氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)保障啟停及維保安全。

二、脫氧處理模塊

采用三級(jí)凈化工藝：

預(yù)冷系統(tǒng)：通過熱交換器將濕氫溫度降至40℃以下，冷凝排水

催化燃燒器：以鉑基催化劑在150-200℃實(shí)現(xiàn)微量氧的催化脫除

安全監(jiān)控：配備在線氣體分析儀，實(shí)時(shí)檢測(cè)氧含量（控制值<10ppm）

三、氣體干燥模塊

雙塔吸附系統(tǒng)

運(yùn)行塔：采用4A型沸石分子篩，可將氫氣露點(diǎn)降至-70℃

再生塔：利用干燥氫氣反吹再生，解析壓力0.2-0.5MPa

節(jié)能設(shè)計(jì)

通過壓力能回收裝置將再生廢氣回輸至前端，系統(tǒng)損耗率控制在3%以內(nèi)。該模塊可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選配，適應(yīng)不同干燥度需求。

四、水處理系統(tǒng)

包含三級(jí)凈化單元：

預(yù)處理單元：50μm級(jí)多介質(zhì)過濾器

核心凈化：雙級(jí)反滲透+EDI電去離子裝置（產(chǎn)水電導(dǎo)率≤0.11μS/cm）

高壓供給：磁力驅(qū)動(dòng)增壓泵（工作壓力3.5MPa）配合304L不銹鋼緩沖罐

五、智能控制模塊

采用分層控制系統(tǒng)架構(gòu)：

執(zhí)行層：標(biāo)準(zhǔn)PLC（西門子S7-1200系列）

驅(qū)動(dòng)層：高頻整流電源（效率≥96%）

監(jiān)控層：SCADA系統(tǒng)集成OPC UA協(xié)議，支持遠(yuǎn)程運(yùn)維

六、機(jī)架集成方案

結(jié)構(gòu)特征

·符合19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜規(guī)格（42U高度）

·頂部配置防爆型軸流風(fēng)機(jī)（風(fēng)量≥500m3/h）

·模塊間采用DIN標(biāo)準(zhǔn)快接接口

安全設(shè)計(jì)

設(shè)置三級(jí)防護(hù)體系：機(jī)架正壓保護(hù)（50-100Pa）、氫氣濃度監(jiān)測(cè)（<1%LEL）、應(yīng)急氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)（響應(yīng)時(shí)間<3s）

本方案通過模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電解系統(tǒng)快速部署和維護(hù)，單個(gè)模塊更換可在2小時(shí)內(nèi)完成。系統(tǒng)支持從5Nm3/h到50Nm3/h的彈性擴(kuò)展，特別適用于分布式制氫場(chǎng)景。各模塊已完成2000小時(shí)連續(xù)運(yùn)行測(cè)試，系統(tǒng)整體效率達(dá)到74.3%（基于HHV）。