高電密離子膜電解槽零極距節(jié)電改造

李 華 李志鋒 王文生

（1.巨化集團(tuán)公司生產(chǎn)運(yùn)營部；2.浙江巨化股份公司電化廠：浙江 衢州324004）

某廠離子膜法電解制堿裝置共有4套離子膜法電解裝置。其中二期電解裝置產(chǎn)能為130 kt/a，共有6臺電解槽，全部采用自然循環(huán)高電密電解槽。目前二期電解槽在整體換膜后的運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)超過3 a，不僅離子膜運(yùn)行時(shí)間達(dá)到使用壽命后期，部分單元槽的使用年限也已經(jīng)達(dá)到了8 a的設(shè)計(jì)使用壽命。

在離子膜法電解制堿裝置中，電解單元的陰、陽極間距（極距）是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，極距越小，單元槽的電解電壓越低，電耗也越低。該廠根據(jù)高電密電解槽的實(shí)際運(yùn)行狀況，對二期高電密電解槽進(jìn)行零極距改造，通過在陰極側(cè)增加彈性結(jié)構(gòu)，使陰、陽極兩電極直接與選擇性離子膜接觸，最大程度地縮小了電極間的距離，減少電極間溶液的電壓降，從而使得零極距電槽獲得更低的槽電壓、更低電耗[1]。

1 改造前運(yùn)行情況

二期電解槽和離子膜都處于使用壽命后期，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性下降，電解槽單元槽、大墊片檢修情況日漸增多，而且槽電壓上升明顯，電流效率較低。二期各臺電解槽改造前槽電壓情況如表1所示。

根據(jù)二期電解槽統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，二期電解槽的直流電耗一直呈現(xiàn)上升趨勢，特別是進(jìn)入2012年以來，二期電解槽在12.5 kA運(yùn)行電流下的單元槽槽電壓已經(jīng)高達(dá)3.4 V，直流電耗達(dá)到2 398 kWh/t，電流效率下降到90.5%，各項(xiàng)消耗明顯上升。

表1 二期電解槽改造前運(yùn)行情況Tab 1 Running condition before transformation of phaseⅡ electrolyzer

2 改造內(nèi)容

2.1 設(shè)備

將二期原有的6臺高電密電解槽改造為零極距電解槽。對單元槽陽極電極網(wǎng)進(jìn)行整體更換，并將原陰極作為集電板，在原陰極網(wǎng)面上加裝彈性電導(dǎo)體網(wǎng)，再安裝活性陰極網(wǎng)，用鎳帶固定。通過彈性網(wǎng)的填充將每個電解單元的極距縮小的膜的厚度，從而將原有電解槽改造成零極距電解槽。

2.2 電氣改造

由于零極距電解槽陰極網(wǎng)涂層中含有較易脫落的釕元素，在電解槽停車后，產(chǎn)生的反向電流會造成活性涂層的脫落，造成槽電壓較快上升。因此，改造后的零極距電解槽需要配套極化整流器，在電槽停車初期，保證極化整流器及時(shí)開啟，產(chǎn)生正向電流，防止停車時(shí)產(chǎn)生的反向電流損傷陰極的活性涂層[2]。

為了確保電解槽停車時(shí)極化整流器的及時(shí)啟動以及電解槽的正常循環(huán)，需要增加UPS及配電裝置，對極化整流器和精鹽水泵、陰極液泵、淡鹽水泵、脫氯鹽水泵、高純水泵、亞硫酸鈉泵等涉及到電解槽循環(huán)的機(jī)泵增加應(yīng)急電源，確保此部分機(jī)泵在系統(tǒng)失電后仍能正常運(yùn)行，維持電解槽正常循環(huán)，避免出現(xiàn)因失電跳停導(dǎo)致電解槽聯(lián)鎖而極化整流器無法迅速開啟的情況，最大程度的保護(hù)單元槽陰極釕涂層的完好，延長電解槽的使用壽命。

2.3 工藝聯(lián)鎖調(diào)整

由于零極距電槽在電槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通電槽有較大改變，因此為了提高裝置安全性能，對裝置部分聯(lián)鎖控制進(jìn)行了如下調(diào)整：

1)增加單槽陰、陽極壓差聯(lián)鎖。當(dāng)單槽陰、陽極壓差高于19.6 kPa或者低于-9.8 kPa時(shí)聯(lián)鎖相應(yīng)電解槽停車；

2)增加單槽相應(yīng)極化整流器緊急停車；

3)將氯氫總管壓差聯(lián)鎖低值由-0.98 kPa調(diào)整為0.0 kPa；

4)將氯氣總管壓力聯(lián)鎖高值由49.0 kPa調(diào)整為29.4 kPa；

5)將氫氣總管壓力聯(lián)鎖高值由52.9 kPa調(diào)整為33.3 kPa；

3 改造后運(yùn)行效果

二期6臺電解槽完成了零極距改造工作后開車運(yùn)行正常，未出現(xiàn)離子膜損壞的現(xiàn)象。其改造前、改造后與投產(chǎn)初期（2004年10月）的消耗情況對比如表2所示。

表2 二期電解槽改造效果對比Tab 2 Comparison before and after transformotion of phaseⅡelectrolyzer

從表2可以看出，二期電解槽改造成零極距電解槽后，在同等運(yùn)行電流下的噸堿電耗較改造前有大幅度下降，電流效率明顯提升。

改造后的零極距電解槽與普通高電密電解槽投產(chǎn)初期相比，交流電耗下降了65 kWh/t，按照二期電解槽設(shè)計(jì)燒堿產(chǎn)能130kt/a計(jì)算，每年可節(jié)電8.45GWh。

4 改造注意事項(xiàng)

在普通高電密電解槽的零極距改造中，需要關(guān)注以下問題：

1)由于零極距電解槽陰陽極與離子膜完全接觸，容易受到陰極彈性網(wǎng)中外露的斷絲損傷而產(chǎn)生針孔，給裝置運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn)，所以在單元槽安裝前必須對陰極網(wǎng)進(jìn)行反復(fù)檢查，一旦發(fā)現(xiàn)斷絲，應(yīng)使用細(xì)剪刀從根部剪斷。

2)由于改造后的零極距電解槽通過鋪設(shè)彈性網(wǎng)來增加了極網(wǎng)高度，因此在電解槽安裝前，應(yīng)在2只單元槽之間放置鞍型隔板，防止相鄰2只單元槽發(fā)生碰撞，損傷極網(wǎng)。

3)為了保證單元槽的使用壽命，各單元槽完成改造后應(yīng)按原位置裝回電槽[3]。因此，在電解槽解體拆卸前需要對各單元槽做好編號、記錄，要求廠家在改造完成后按原順序排列裝箱運(yùn)回。

4)若改造后零極距電解槽與原電解槽在同1臺電解槽混用時(shí)，因2者受到反向電流的影響程度不同，在電解槽停車時(shí)容易造成原裝電解槽涂層脫落，槽電壓迅速上升，因此應(yīng)禁止改造后的零極距電解槽與原裝電解槽混用。

5 結(jié)束語

氯堿行業(yè)作為高耗能行業(yè)，電費(fèi)成本約占了燒堿生產(chǎn)成本的60%以上，而采用零極距電解槽新技術(shù)是降低燒堿單位產(chǎn)品能耗的有效途徑之一。利用二期電解槽電極更新的機(jī)會對其進(jìn)行零極距改造，在增加投入不多的情況下，實(shí)現(xiàn)了電解槽的節(jié)能技術(shù)改造，取得了顯著的節(jié)電效果。同時(shí)，電解槽實(shí)施零極距改造后，對鹽水質(zhì)量、系統(tǒng)的平穩(wěn)性提出了更高的要求。唯有加強(qiáng)精細(xì)化管理，提高鹽水質(zhì)量，確保裝置穩(wěn)定控制，盡量減少裝置的非計(jì)劃行停車，才能充分發(fā)揮零極距電解槽的低電耗優(yōu)勢，降低電解裝置消耗。

[1]王樹燕.電槽零極距改造的技術(shù)及意義[J].科技信息,2013(8):155.

[2]劉曉營,唐必勇.高電流密度零極距離子膜電解槽的應(yīng)用[J].中國氯堿,2007(4):9-11.

[3]韓松.離子膜電解槽零極距改造及運(yùn)行總結(jié)[J].中國氯堿,2012(2):5-6.