本发明涉及一种电解盐水制备氯气和氢气装置的纯水加入量控制的方法和系统。
背景技术：
1、风能或光伏发电装置生产的绿电经过电解盐水制氢，将可再生的风能和太阳能转换为化学能储存。离子交换法电解盐水溶液制取氯气和氢气的基本原理是：
2、2nacl+2h2o＝＝＝2naoh+cl2↑+h2↑
3、离子交换膜法电解盐水的电解槽，用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开。电解时从电解槽的下部往阳极室注入经过精制的nacl溶液，往阴极室注入水。在阳极室中cl-放电，生成c12，从电解槽顶部放出，同时na+带着少量水分子透过阳离子交换膜流向阴极室。在阴极室中h+放电，生成h2，也从电解槽顶部放出。阴极室内的液体称为阴极溶液，阳极室内的液体称为阳极溶液。阴极溶液浓度是电解工艺中主要控制参数，它是通过纯水加入量来实现的，图4为传统的工艺控制流程图，这是一个串级控制回路。在这个系统中，阴极溶液浓度作为主调系数，纯水流量为副调参数。但是，浓度分析存在较大的滞后，而且常因浓度计出现故障，而使调节系统不能充分发挥调节作用。
4、因此，需要有新的技术手段或方法，能够稳定的控制电解槽纯水控制，使电解槽阴极溶液的浓度稳定，从而稳定生产和装置安全。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提出了一种控制电解槽系统的纯水加入量的设备和方法，以解决上述部分或全部问题。
2、根据本发明的实施例，提供了一种控制电解槽系统的纯水加入量的设备，所述电解槽系统包括并列设置的多个电解槽，每个电解槽包括阳极室、阴极室、将所述阳极室和所述阴极室隔开的离子交换膜、设置在所述阳极室的阳极)、以及设置在所述阴极室的阴极，其中，纯水注入至每个电解槽单元的所述阴极室，其特征在于，所述设备包括：纯水加入模块，以可变的输出流量向所述阴极室注入纯水；纯水加入量控制模块，基于每个电解槽的电流值、所述电解槽系统的单元槽的数量、以及补偿系数计算向所述阴极室注入的纯水的设定流量，并且基于计算的所述设定流量动态地调整所述纯水加入模块的所述输出流量以控制所述阴极室中的阴极溶液的浓度。
3、通过上述操作，采用补偿功能块的计算值作为串级调节器的设定值，使用计算值来控制纯水流量，使纯水加入量始终保持在最佳状态。
4、优选地，纯水加入量控制模块包括信息获取单元、补偿单元、以及调节单元，所述信息获取单元获取以下各项中的至少一项：每个电解槽的电流值、电解槽系统的单元槽的数量、所述阴极溶液的流量，所述补偿单元基于所述信息获取单元获取的信息以及补偿系数计算向所述阴极室注入的纯水的设定流量，所述调节单元基于计算的所述设定流量以及所述阴极溶液的流量动态地调整所述纯水加入模块的所述输出流量以控制所述阴极室中的阴极溶液的浓度。
5、通过获取每个电解槽的电流值、电解槽系统的单元槽的数量，能够获得电解槽的负荷，因此，基于该负荷来控制纯水流量，使纯水加入量始终保持在最佳状态。
6、优选地，纯水加入量控制模块还包括显示单元，显示所述纯水加入模块的所述输出流量、所述纯水的设定流量、所述补偿系数、以及所述电解槽系统的单元槽个数，其中，所述显示单元被配置为接收对所述电解槽系统的单元槽个数、以及所述补偿系数的输入或者修改。
7、通过显示单元，操作人员可以直观的浏览电解槽系统的负荷以及控制设备的运行，并且还可以根据实际需求，对各个数值进行调整，从而使纯水加入量始终保持在最佳状态。
8、优选地，信息获取单元包括电流传感器。
9、通过电流传感器，获取每个电解槽的电流值，能够获得电解槽的负荷，因此，基于该负荷来控制纯水流量，使纯水加入量始终保持在最佳状态。
10、优选地，纯水加入模块包括：储液器，用于储存纯水，阀门，经由管路连接至所述储液器并且在所述纯水加入量控制模块的控制下调整所述储液器的输出流量；以及流量传感器，设置在所述管路上以检测所述所述储液器的输出流量并将所述储液器的输出流量发送至所述纯水加入量控制模块。
11、通过设置阀门和流量传感器，能够将纯水加入模块的各项参数实时反馈，并且根据控制信号来控制纯水加入模块的运行。
12、优选地，补偿单元基于以下公式计算向所述阴极室注入的纯水的设定流量：
13、fcal＝kf×0.00213×(na×kaa+nb×kab+nc×kac+nd×kad)
14、其中，fcal是所述补偿单元计算的设定流量；
15、kf是补偿系数，范围在0.5至1.5；
16、kaa是第一电解槽的电流值，kab是第二电解槽的电流值；
17、kac是第三电解槽的电流值，kad是第四电解槽的电流值；
18、na是所述第一电解槽的单元槽个数；
19、nb是所述第二电解槽的单元槽个数；
20、nc是所述第三电解槽的单元槽个数；
21、nd是所述第四电解槽的单元槽个数。
22、通过上述公式，能够考虑电解槽的负荷，从而更加精确计算向阴极室注入的纯水的设定流量。
23、根据本发明的另一实施例，提供了一种控制电解槽系统的纯水加入量的方法，所述电解槽系统包括并列设置的多个电解槽，每个电解槽包括阳极室)、阴极室、将所述阳极室和所述阴极室隔开的离子交换膜、设置在所述阳极室的阳极)、以及设置在所述阴极室的阴极，其中，纯水注入至每个电解槽单元的所述阴极室，其特征在于，所述方法包括：纯水加入步骤，由纯水加入模块以可变的输出流量向所述阴极室注入纯水；纯水加入量控制步骤，由纯水加入量控制模块基于每个电解槽的电流值、所述电解槽系统的单元槽的数量、以及补偿系数计算向所述阴极室注入的纯水的设定流量，并且基于计算的所述设定流量动态地调整所述纯水加入模块的所述输出流量以控制所述阴极室中的阴极溶液的浓度。
24、优选地，纯水加入量控制步骤包括以下子步骤：信息获取步骤、补偿步骤、以及调节步骤，在信息获取步骤中，获取以下各项中的至少一项：每个电解槽的电流值、电解槽系统的单元槽的数量、所述阴极溶液的流量，在补偿步骤中，基于所述信息获取步骤中获取的信息以及补偿系数计算向所述阴极室注入的纯水的设定流量，在所述调节步骤中，基于计算的所述设定流量以及所述阴极溶液的流量动态地调整所述纯水加入模块的所述输出流量以控制所述阴极室中的阴极溶液的浓度。
25、优选地，纯水加入量控制步骤还包括显示步骤，显示所述纯水加入模块的所述输出流量、所述纯水的设定流量、所述补偿系数、以及所述电解槽系统的单元槽个数，其中，在所述显示步骤中，接收对所述电解槽系统的单元槽个数、以及所述补偿系数的输入或者修改。
26、优选地，补偿步骤基于以下公式计算向所述阴极室注入的纯水的设定流量：
27、fcal＝kf×0.00213×(na×kaa+nb×kab+nc×kac+nd×kad)
28、其中，fcal是所述补偿单元计算的设定流量；
29、kf是补偿系数，范围在0.5至1.5；
30、kaa是第一电解槽的电流值，kab是第二电解槽的电流值；
31、kac是第三电解槽的电流值，kad是第四电解槽的电流值；
32、na是所述第一电解槽的单元槽个数；
33、nb是所述第二电解槽的单元槽个数；
34、nc是所述第三电解槽的单元槽个数；
35、nd是所述第四电解槽的单元槽个数。
36、从上述方案中可以看出，根据电解槽的工作负荷计算纯水加入量的设定值，从而稳定控制阴极溶液浓度，使电解槽始终保持在最佳状态。
1.一种控制电解槽系统(10)的纯水加入量的设备(40)，所述电解槽系统(10)包括并列设置的多个电解槽(11)，每个电解槽(11)包括阳极室(11a)、阴极室(11b)、将所述阳极室(11a)和所述阴极室(11b)隔开的离子交换膜(12)、设置在所述阳极室(11a)的阳极(13)、以及设置在所述阴极室(11b)的阴极(14)，其中，纯水注入至每个电解槽(11)的所述阴极室(11a)，其特征在于，所述设备(40)包括：
2.根据权利要求1所述的控制电解槽系统的纯水加入量的设备，其特征在于，所述纯水加入量控制模块(402)包括信息获取单元(402-4)、补偿单元(402-6)、以及调节单元(402-8)，所述信息获取单元(402-4)获取以下各项中的至少一项：每个电解槽的电流值、所述电解槽系统的单元槽的数量、所述阴极溶液的流量，所述补偿单元(402-6)基于所述信息获取单元(402-4)获取的信息以及补偿系数计算向所述阴极室注入的纯水的设定流量，所述调节单元(402-8)基于计算的所述设定流量以及所述阴极溶液的流量动态地调整所述纯水加入模块(404)的所述输出流量以控制所述阴极室中的阴极溶液的浓度。
3.根据权利要求2所述的控制电解槽系统的纯水加入量的设备，其特征在于，所述纯水加入量控制模块(402)还包括显示单元(402-2)，显示所述纯水加入模块(404)的输出流量、所述设定流量、所述补偿系数、以及所述电解槽系统的单元槽的数量，其中，所述显示单元被配置为接收对所述电解槽系统的单元槽的数量、以及所述补偿系数的输入或者修改。
4.根据权利要求2所述的控制电解槽系统的纯水加入量的设备，其特征在于，所述信息获取单元包括电流传感器。
5.根据权利要求1所述的控制电解槽系统的纯水加入量的设备，其特征在于，所述纯水加入模块包括：
6.根据权利要求2所述的控制电解槽系统的纯水加入量的设备，其特征在于，所述补偿单元(402-6)基于以下公式计算向所述阴极室注入的纯水的设定流量：
7.一种控制电解槽系统的纯水加入量的方法，所述电解槽系统(10)包括并列设置的多个电解槽(11)，每个电解槽(11)包括阳极室(11a)、阴极室(11b)、将所述阳极室(11a)和所述阴极室(11b)隔开的离子交换膜(12)、设置在所述阳极室(11a)的阳极(13)、以及设置在所述阴极室(11b)的阴极(14)，其中，纯水注入至每个电解槽单元(11)的所述阴极室(11a)，其特征在于，所述方法包括：
8.根据权利要求7所述的控制电解槽系统的纯水加入量的方法，其特征在于，所述纯水加入量控制步骤包括以下子步骤：信息获取步骤、补偿步骤、以及调节步骤，在信息获取步骤中，获取以下各项中的至少一项：每个电解槽的电流值、电解槽系统的单元槽的数量、所述阴极溶液的流量，在补偿步骤中，基于所述信息获取步骤中获取的信息以及补偿系数计算向所述阴极室注入的纯水的设定流量，在所述调节步骤中，基于计算的所述设定流量以及所述阴极溶液的流量动态地调整所述纯水加入模块(404)的所述输出流量以控制所述阴极室中的阴极溶液的浓度。
9.根据权利要求8所述的控制电解槽系统的纯水加入量的方法，其特征在于，所述纯水加入量控制步骤还包括显示步骤，显示所述纯水加入模块(404)的所述输出流量、所述纯水的设定流量、所述补偿系数、以及所述电解槽系统的单元槽个数，其中，在所述显示步骤中，接收对所述电解槽系统的单元槽个数、以及所述补偿系数的输入或者修改。
10.根据权利要求8所述的控制电解槽系统的纯水加入量的方法，其特征在于，所述补偿步骤基于以下公式计算向所述阴极室注入的纯水的设定流量：
