横琴电厂制水、制氢系统详解

1、珠海横琴热电有限公司化学补给水处理、制氢系统水处理工艺杂质： 在水处理工艺中，我们将水中杂质按照其颗粒大小分为以下三类： 1）悬浮物：颗粒直径在104毫米以上的微粒，通常我们所看到的水的浑浊现象，都是由于此类杂质造成的。主要依靠自沉降或过滤的工艺去除，有时也需进行澄清和过滤； 2）胶体：颗粒直径在106104毫米间，这种微粒我们用肉眼是分辨不出颗粒的存在，往往是由许多分子或离子组成的集合体，这类物质比较稳定，很难靠自然沉降与水分离。主要依靠混凝、澄清和过滤等工艺去除； 水处理工艺杂质：3）溶解物质：颗粒直径小于106毫米，分为两种，一种是以离子状态溶于水中形成溶液，例如Na+、K+ 、SO42

2、-、Cl-等；另一种是以分子状态溶于水中形成溶液，例如O2、CO2等。通常必需用离子交换工艺去除。 水处理工艺杂质：第一章 锅炉补给水处理系统系统流程： 我厂除盐水系统采用超滤（UF）反渗透（RO）电除盐（EDI）生产工艺，具体生产流程如下： 化学水池超滤给水泵自清洗过滤器超滤装置超滤水箱一级反渗透给水泵一级反渗透保安过滤器一级反渗透高压泵 一级反渗透装置 一级反渗透产水箱 Y型过滤器 二级反渗透高压泵二级反渗透装置预脱盐水箱EDI升压泵EDI保安过滤器EDI装置除盐水箱除盐水泵除盐水管网 出水标准： 二氧化硅15g/L 电导率0.1s/cm系统出力： 目前已建成2套锅炉补给水处理系统，单套出

3、力为68t/h。自清洗过滤器 自清洗过滤器的功能是去除水中超过直径100m颗粒，满足超滤膜进水水质要求。 自清洗过滤器采用过滤精度为100m的圆筒式钢滤网，当过滤器的进出口压差达到设定值或者累计运行时间（目前设定值30分钟）超过设定值时，自动启动清洗程序，控制系统给出打开排污控制阀信号、驱动电机信号，进行冲洗及排污，10秒后清洗结束，关闭控制阀、停电机。 超滤用自清洗过滤器在进行清洗时，其排污水量非常小，只占其过滤水量的1%左右，不影响其正常的过滤运行，属于在线清洗。自清洗过滤器构造图：超滤系统（UF）原理： 超滤技术是以进出口压力差为推动力的筛分过程，超滤膜孔径为0.005m至1m，水中悬浮

4、颗粒、胶体、蛋白质、大分子物质及部分BOD、COD通过超滤膜时被除去。 在压力作用下，水从高压侧透过膜到低压侧，水中大分子及微粒组分被膜阻挡，杂质在超滤膜上积攒一定时间后通过自动冲洗和反向冲洗排出。超滤膜具有选择性的表面层上有一定大小和开口的孔，它的分离机理主要是靠物理的筛分作用。超滤（UF）原理图：超滤系统（UF） 我厂超滤膜组件采用荷兰NORIT的磺化聚醚砜内压式中空纤维膜，采用死端过滤方式。 超滤系统由二套系列组成，采用并联方式运行，每套系列配置32支膜组件，单套额定出力95m3/h，回收率90%。为保证后级正常供水，超滤水箱建成2台，每台容积为200m3。 产水水质： 浊度2NTU；污

5、染密度指数SDI2。 超滤系统运行至设定时间后，进入常规反洗，超滤常规反洗一定次数后，进行化学增强反洗。在化学增强反洗中加入盐酸、次氯酸钠或氢氧化钠溶液，恢复超滤膜正常筛分工作能力。单只超滤膜外观图：超滤外观图：超滤系统运行流程：正冲（上正冲+下正冲）运行正冲（上正冲+下正冲）下正冲+反洗下正冲正冲（上正冲+下正冲）。运行40个周期(可调)后进入加药反洗阶段（即在反洗过程中投加药剂），加药反洗分为加碱、氯反洗和加酸反洗两种，这两种交替进行。运行一定时间后，会对超滤膜进行化学清洗，通过化学清洗系统对超滤注入药剂循环清洗来恢复过滤效果。（反渗透、EDI同）正冲：运行：反洗+正冲：反渗透（RO）原理

6、： 反渗透又称逆渗透，是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液，高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。反渗透（RO）原理图：反渗透（RO） 本厂反渗透系统由两套系列单元组成，采用二级二段方式排列运行。 一级反渗透膜组件采用美国海德能PROC10抗污染膜，每套配102根膜组件，分别安装在17根压力容器内，成11:6排列，回收率为75%，浓水排至循环水前池，单套一级反渗透装置的设计产水量为81m3/h，共两套。为保证后级正常供水，一级反渗透水箱建成2台，每台容积为1

7、00m3。 二级反渗透膜组件采用美国海德能ESPA4低压膜，每套配72根膜组件，分别安装在12根压力容器内，成8:4排列，回收率为85%。浓水回收至超滤产水箱，单套二级反渗透装置的设计产水量为75m3/h，共两套。为保证后级正常供水，预脱盐水箱建成2台，每台容积为100m3。 反渗透装置脱盐率：168期间98.5%，商业运行前三年 97%，商业运行三年后95% 计算公式：一级反渗透现场图：二级反渗透现场图：电除盐（EDI）原理： 电除盐技术简称EDI，是电渗析和离子交换技术的结合，性能又优于二者的一种新型的膜分离技术。 该技术巧妙地将电渗析技术和离子交换技术相融合，通过阴、阳离子交换膜对阴、阳

8、离子的选择性透过作用与离子交换树脂对离子的交换作用，在直流电场的作用下实现离子的定向迁移，从而完成水的深度除盐，同时水电离产生的氢离子和氢氧根离子对离子交换树脂进行再生，因此不需酸碱化学再生而能连续制取超纯水。 EDI技术具有产水水质稳定、无需酸碱再生、连续运行操作简单等优点，但对进水水质要求高电除盐（EDI） EDI装置已建成2个系列单元，每列单元配置14个模块，本厂EDI模块采用美国GE公司E-CELl-3X模块，每个EDI模块配置1个独立的整流电源模块，单个EDI模块的设计出力为5m3/h，每列设计出力为68m3/h，回收率为90%。为保证后级正常供水，除盐水箱设计2台，每台容积为100

9、0m3。单个电除盐（EDI）模块：电除盐（EDI）现场图：EDI模块内部水流走向：补给水处理系统水箱：补给水处理加药补给水处理系统共设置5套加药装置，包括：1.超滤反洗加酸装置1套：溶液箱1台、计量泵2台2.超滤反洗加次氯酸钠装置1套：溶液箱1台、计量泵2台3.超滤反洗加碱、二级反渗透加碱装置1套：溶液箱2台、超滤反洗碱加药计量泵2台、二级反渗透碱加药计量泵2台4.还原剂加药装置1套：溶药箱2台、计量泵2台5.阻垢剂加药装置1套：溶药箱2台、一级反渗透阻垢剂加药计量泵2台、二级反渗透阻垢剂加药计量泵2台加药装置一般组成：隔膜加药泵；脉冲阻尼器：吸收加药泵的冲击性压力，保护压力表；压力表：判断加

10、药泵是否正常运行；安全阀：系统超压时安全阀开启，泄压；背压阀：防治药液自流进入系统；溶药箱；搅拌器。加药装置：补给水处理加药1盐酸（HCl）超滤反洗加药点：超滤反洗保安过滤器母管加药混合器超滤维护清洗，清除结垢和金属氧化物，预防和减缓无机物污染2次氯酸钠（NaClO）超滤反洗加药点：超滤反洗保安过滤器母管加药混合器超滤维护清洗，杀灭细菌等活性物质3氢氧化钠（NaOH ）超滤反洗加药点：超滤反洗保安过滤器母管加药混合器超滤维护清洗，主要清除油类等有机物 反渗透加药点：二级反渗透进口母管加药混合器提高pH，去除水中CO2，降低出水电导率补给水处理加药4亚硫酸氢钠（NaHSO）加药点：一级反渗透进口

11、母管加药混合器去除水中活性氯，防止氧化膜组件5反渗透阻垢剂 加药点：一级、二级反渗透进口母管加药混合器。防止膜结垢第二章 制氢站系统水电解制氢装置的基本工作原理就是利用电能使特定的电解质溶液分解从而得到所需的氢气，即在电解液中浸没一对电极，电极中间隔以防止气体渗透的隔膜构成水电解池，当电极通过一定电压的直流电时，水就发生分解，在阴极析出氢气，阳极析出氧气。其反应式如下： 阴 极： 2H2O2e-H22OH- 阳 极： 2OH-2e-H2O1/2O2总反应： 2H2O2H2O2水电解制氢装置所采用的电解液为KOH溶液，溶液中的KOH起催化剂的作用，并不参与电解反应，故理论上并不消耗。另外，碱液在

12、配制时加入质量分数为0.2%的V2O5，作用是催化电极的活化，增加电极导电率并降低电极表面的含气度。本厂制氢站已建成一套HG103.2型制氢装置，产氢量为10Nm3/h。核心设备为电解槽。目前有3个13.9m氢气储罐。电解槽是由若干水电解池组成，每个水电解池称之为一个电解小室。有电解槽所产生的氢气还含有少量的水分等杂质，必须将氢气进行干燥、过滤等处理才能得到满足用户要求的氢气。本装置中包含了干燥系统，该干燥系统采用了两台干燥器，干燥塔中装填一定数量的干燥剂用以吸附氢气中的水分，在本装置中干燥剂采用分子筛。两干燥塔当其中一台处于工作状态（吸附水分）时，另一台则先处于再生状态（干燥剂脱除水分），之

13、后进入待用状态。在运行一定时间后切换工作状态，再生塔投入工作，工作塔进行再生和待用，依次往复执行，从而保证装置运行过程中所产生的氢气始终都能得到有效的处理。为避免氢气的损耗，干燥塔的再生采用原料氢气再生。制氢装置现场图：系统组成： 本装置由框架(制氢框架)、框架（气体分配框架）、框架（水碱箱框架）、整流装置、控制柜、计算机管理系统、配电装置、闭式冷却水装置及动力气源组成。 框架由电解槽、氢、氧分离器、氢洗涤器、循环泵、碱液过滤器、干燥器、冷却器、气水分离器、氢气过滤器等组成。电解槽两端下部有进液管,上部有氢、氧气液出口，中间极板为直流电的正极,两端极板为负极。给电解槽加上一定的直流电压，电解槽

14、内部就会发生电解反应产生氢气和氧气，氢气经分离和洗涤后送入干燥塔吸附所含的水分。系统组成： 框架为氢气分配装置，其进口与框架相连，出口分别与储氢罐和发电机组供氢管道相连接。该框架可以将框架输出的成品氢气送入各储罐储存，在发电机组需要补氢时，将储罐内储存的氢气减压后送入补氢管道。 框架包括水箱、碱箱和加水泵。用于碱液的配制和储存、原料水的储存以及为制氢装置提供原料水及碱液。 整流装置由整流变压器、整流柜组成，用于供给电解所需直流电源。 控制柜由DCS模块、测量及控制仪表组成，计算机管理系统主要由上位机组成。控制系统通过DCS及相关的检测仪表来实现自动控制、自动检测、自动调节、自动充罐、显示、故障

15、报警、连锁、开机及停机等功能，同时DCS通过光纤通讯将相关数据和信息送上位机进行显示和记录。系统组成： 配电装置由MCC柜组成，电厂提供双路3相四线制电源进入MCC柜，MCC柜内有双电源切换开关。MCC柜为整流柜、暖通、仪表控制箱、电磁阀箱、防爆风机、照明等提供电源，并留有备用电源。 制氢仪表箱包括三种在线检测仪表和电磁阀箱。在线仪表包括：氧中氢、氢中氧、氢露点，监测氢气指标，保证制氢设备安全运行。电磁阀箱包含设备内所有控制气动薄膜调节阀开度的电气转换器及控制气动球阀开关的电磁阀。其动力气源为压缩空气。系统组成： 闭式冷却水装置由除盐水箱、一台循环水泵、一台压缩机、换热器及控制箱构成，该装置将

16、用户提供的除盐水储存于除盐水箱，同时由除盐水箱、循环水泵及各用水设备构成闭式循环用于为制氢系统提供冷却水，除盐水循环所带出的热量经压缩机盘管冷却后与外接工业冷却水进行热交换，从而保证除盐水温度满足制氢设备的要求。 该装置的控制系统自成一体，可以保证装置的独立使用，同时也可接受来自控制柜或其它设备的远操信号。系统流程： 原料水在电解槽内直流电作用下分解，在电解小室的阴、阳极表面分别产生氢气、氧气。 从电解小室出来的氢气和碱液的混合物一起通过极框上阴极侧的气道流出，进入氢气分离器下部，在重力作用下进行气液分离，分离出的氢气进入洗涤器进行洗涤和冷却，然后经洗涤器顶部除雾器除去液滴后，经氢气调节阀到达

17、氢侧三通阀，由该阀选择进行放空或进入干燥部分除湿后进入储存系统备用。 由电解槽产生的氧气和碱液的混合物进入氧气分离器，分离后的氧气经氧气调节阀排空。系统流程： 从电解槽出来夹带氢气和氧气的碱液进入氢分离器和氧分离器中，靠重力作用分别与氢气、氧气分离，经分离器内的蛇管冷却后通过氢、氧分离器底部的连通管进入碱液过滤器，过滤杂质后再回电解槽，构成了电解液循环系统。 水箱中的水通过加补泵，经过止回阀、球阀被注入氢洗涤器，先供氢气的冷却洗涤，多于部分通过洗涤器与氢分离器间的溢流管流入氢分离器，从而进入碱液循环系统，经循环泵被送入电解槽，不断的补充电解消耗的原料水。也可经过止回阀、球阀补入氧分离器（止回阀

18、的作用是保证水电解制氢设备系统中的带压气体和碱液在加不补泵不工作期间不会反流至水箱）注意：在设备正常运行的情况下，通常只向氢洗涤器补水。警告：氢、氧气两侧球阀严禁同时开启，否则可能引起氢氧混合导致爆炸。系统流程： 水电解过程中，碱起到增加电导作用，理论上不消耗，正常运行中一般不需补充碱。如确需补充碱时，可在碱箱中配置少量碱液（浓度可稍高一些），然后启动加水泵经过止回阀H1020、球阀Q1022直接注入氧分离器中。碱液补入完毕后，可再补入一些原料水以清洗管道，然后将阀门切至氢洗涤器侧。注意：补充碱液时，应关闭球阀Q1023，碱液不得加入氢洗涤器内。系统流程： 冷却水共分四个回路：第一路：经过冷却

19、水调节阀TV1001进入氢、氧分离器内部蛇管，以冷却循环碱液，从而达到控制系统工作温度的目的。第二路：经过球阀Q1063进入氧冷却器内，对氧气进行冷却除湿。此冷却水为常流水，由球阀Q1063调节流量大小。系统流程：第三路：经过球阀Q1055进入氢冷却器内，对氢气进行冷却除湿。此冷却水为常流水，由球阀Q1055调节流量大小。第四路：经过球阀Q1071进入再生冷却器1、再生冷却器2内，对氢气进行冷却除湿。此冷却水为常流水，由球阀Q1071调节流量大小。系统流程：排污管道共分六处。第一处：框架的排污口（排污阀Q1031）。用于拆洗过滤器时排出过滤器内的液体。第二处：电解槽的排污口。用于排放电解槽内残

20、余的液体。第三处：通过氧气冷却器底部的气动球阀QZ1123排出氧气冷却器中的冷凝水，通过氢气冷却器底部的气动球阀QZ1123排出氢气冷却器中的冷凝水，二者进入对应积液罐中，积液罐中的水由相应气动球阀QZ1124和QZ1124排出。系统流程：第四处：通过再生冷却器1底部的气动球阀QZ1121，经节流阀J1114排出再生冷却器1中的冷凝水。第五处：通过再生冷却器2底部的气动球阀QZ1122，经节流阀J1115排出再生冷却器2中的冷凝水。第六处：框架的排污口（排污阀Q1340，Q1341），供清洗水、碱箱时排污用。系统流程： 干燥部分由冷却冷凝器、干燥塔A、干燥塔B、再生冷却器1、再生冷却器2、过滤

21、器构成。干燥部分的工作状态可细分为以下几种：A再生B工作、A待用B工作、A工作B再生、A工作B待用，整个干燥部分的工作状态按一定周期循环往复执行，其工作周期为48h，其中：A再生B工作及A待用B工作的时间为24h，A工作B再生及A工作B待用的时间为24h，系统流程： 系统流程： 化三通阀QS1132放空，露点合格后的氢气，经纯化三通阀QS1132进入框架II。 为控制氢气的温度以及检测分子筛再生的程度，在干燥器的下部及上部分别安装了检测温度的铂电阻，下部铂电阻用以测量氢气温度，并根据此信号控制电加热器的通断，在正常工作时，下部温度控制在200-260。上部铂电阻则插入至分子筛的上层，检测分子筛

22、上层的温度，并且参与控制电加热温度和过热报警保护，本工作状态的持续时间为8h。干燥塔A再生完毕后，自动转入“A待用B工作”状态。（A再生结束后自动停止电加热，流程不变，保持冷吹至A塔顶温度低于100）系统流程： 干燥塔A再生结束后，干燥部分自动切换至“A待用B工作”状态，此时经冷却冷凝器分离后的氢气经小切换三通阀QS1130和再生冷却器2，从工作气进口进入干燥塔B，经分子筛吸附水分后，从工作气出口流出干燥塔B，经大切换四通阀QS1131和过滤器，送至纯化三通阀QS1132（过滤器的作用是滤除氢气中的粉尘），在阀QS1132前安装有露点仪，用以分析氢气的含水量，如氢气露点不符合要求，氢气经纯化三

23、通阀QS1132放空，露点和合格后的氢气，经纯化三通阀QS1132进入框架II。本工作状态的持续时间为16h。时间到后自动转入“A工作B再生”状态。系统流程： 框架II是一个由阀门、储罐、仪表及减压装置构成的气体分配系统，它同时具有充罐和补氢两大功能。下面分别对其流程进行介绍：充罐部分：充罐部分由充氢母管、自动储罐选择系统（气动球阀、压力变送器、压力表及3台储罐构成。制氢顺控启动后， DCS程序依次检测三个储氢罐的压力，制氢顺控将纯化三通阀开启后会进行充罐，系统会选择所有低于“储罐压力上限值”的储罐中压力值最大的储罐，自动开启此储罐对应的储罐阀门，向该罐充氢（开启储罐的顺序是压力从高到低排列）

24、，当罐压达到设定上限值时，自动关闭相应储罐阀门，重新进行选择。如需手动选择充罐，点击运行界面上储罐阀门并开启即可。系统流程： 补氢部分：补氢部分由3台储罐、自动储罐选择系统（气动球阀）、补氢母管和减压装置构成。减压装置由旁通球阀、减压阀、气动球阀、压力变送器及压力表组成。减压阀用于将储罐来的高压气体减压为用户所需的低压气体，该阀在设备调试时整定完毕后，正常运行时无需调整；旁通球阀用于在减压装置故障时补氢。自动运行补氢顺控时，DCS程序依次检测三个储氢罐的压力，如储罐的压力大于“储罐压力下限”值，则自动开启此储罐对应的气动球阀，并开启所需补氢的母管阀门，将氢气自储罐送入补氢母管（开启储罐的顺序是

25、压力从低到高排列），在经减压装置送至用户。如需手动补氢，可选择补氢所需的储罐及补氢母管阀门，手动开启即可。系统流程： 框架III由水箱、碱箱及加补泵构成，水箱主要用于储存制氢装置所需的原料水（纯水），碱箱主要用于利用原料水（纯水）配置制氢装置所用的碱液，补水泵可将原料水补入制氢装置，以补充电解所消耗的水，当系统需补碱时，也可使用加水泵将碱箱内配置好的碱液补入系统。注意：补充碱液时，应关闭球阀Q1023，碱液不得加入氢洗涤器内。碱液补充完毕后应继续补入一些原料水以清洗管道。水箱装有带远传功能的磁翻板液位计（LT1301），它可将水箱的液位信号送入DCS，当液位过低时，自动开启电磁阀（DF1330）将原料水补入水箱，液位达到高限时关闭该阀，停止补水。主要技术参数（1）氢气产量：10Nm3/h（2）氧气产量：5Nm3/h（3）氢气纯度：99.8%（4）氧气纯度：99.2%（5）工作压力：0.81.6MPa（6）工作温度：90（7）单位直流电耗：4.6KW.h/m3H2（8）电解小室电流：2300A；总电流：4600A（9）直流总电压：102V氢气与氧气,空气的混合气体具有爆炸性，范围如下：氢气与氧气的混合气体上限氢气 94%