高电密离子膜电解槽零极距节电改造

李 华 李志锋 王文生

（1.巨化集团公司生产运营部；2.浙江巨化股份公司电化厂：浙江 衢州324004）

某厂离子膜法电解制碱装置共有4套离子膜法电解装置。其中二期电解装置产能为130 kt/a，共有6台电解槽，全部采用自然循环高电密电解槽。目前二期电解槽在整体换膜后的运行时间已经超过3 a，不仅离子膜运行时间达到使用寿命后期，部分单元槽的使用年限也已经达到了8 a的设计使用寿命。

在离子膜法电解制碱装置中，电解单元的阴、阳极间距（极距）是一项重要的技术指标，极距越小，单元槽的电解电压越低，电耗也越低。该厂根据高电密电解槽的实际运行状况，对二期高电密电解槽进行零极距改造，通过在阴极侧增加弹性结构，使阴、阳极两电极直接与选择性离子膜接触，最大程度地缩小了电极间的距离，减少电极间溶液的电压降，从而使得零极距电槽获得更低的槽电压、更低电耗[1]。

1 改造前运行情况

二期电解槽和离子膜都处于使用寿命后期，系统运行稳定性下降，电解槽单元槽、大垫片检修情况日渐增多，而且槽电压上升明显，电流效率较低。二期各台电解槽改造前槽电压情况如表1所示。

根据二期电解槽统计数据分析，二期电解槽的直流电耗一直呈现上升趋势，特别是进入2012年以来，二期电解槽在12.5 kA运行电流下的单元槽槽电压已经高达3.4 V，直流电耗达到2 398 kWh/t，电流效率下降到90.5%，各项消耗明显上升。

表1 二期电解槽改造前运行情况Tab 1 Running condition before transformation of phaseⅡ electrolyzer

2 改造内容

2.1 设备

将二期原有的6台高电密电解槽改造为零极距电解槽。对单元槽阳极电极网进行整体更换，并将原阴极作为集电板，在原阴极网面上加装弹性电导体网，再安装活性阴极网，用镍带固定。通过弹性网的填充将每个电解单元的极距缩小的膜的厚度，从而将原有电解槽改造成零极距电解槽。

2.2 电气改造

由于零极距电解槽阴极网涂层中含有较易脱落的钌元素，在电解槽停车后，产生的反向电流会造成活性涂层的脱落，造成槽电压较快上升。因此，改造后的零极距电解槽需要配套极化整流器，在电槽停车初期，保证极化整流器及时开启，产生正向电流，防止停车时产生的反向电流损伤阴极的活性涂层[2]。

为了确保电解槽停车时极化整流器的及时启动以及电解槽的正常循环，需要增加UPS及配电装置，对极化整流器和精盐水泵、阴极液泵、淡盐水泵、脱氯盐水泵、高纯水泵、亚硫酸钠泵等涉及到电解槽循环的机泵增加应急电源，确保此部分机泵在系统失电后仍能正常运行，维持电解槽正常循环，避免出现因失电跳停导致电解槽联锁而极化整流器无法迅速开启的情况，最大程度的保护单元槽阴极钌涂层的完好，延长电解槽的使用寿命。

2.3 工艺联锁调整

由于零极距电槽在电槽内部结构与普通电槽有较大改变，因此为了提高装置安全性能，对装置部分联锁控制进行了如下调整：

1)增加单槽阴、阳极压差联锁。当单槽阴、阳极压差高于19.6 kPa或者低于-9.8 kPa时联锁相应电解槽停车；

2)增加单槽相应极化整流器紧急停车；

3)将氯氢总管压差联锁低值由-0.98 kPa调整为0.0 kPa；

4)将氯气总管压力联锁高值由49.0 kPa调整为29.4 kPa；

5)将氢气总管压力联锁高值由52.9 kPa调整为33.3 kPa；

3 改造后运行效果

二期6台电解槽完成了零极距改造工作后开车运行正常，未出现离子膜损坏的现象。其改造前、改造后与投产初期（2004年10月）的消耗情况对比如表2所示。

表2 二期电解槽改造效果对比Tab 2 Comparison before and after transformotion of phaseⅡelectrolyzer

从表2可以看出，二期电解槽改造成零极距电解槽后，在同等运行电流下的吨碱电耗较改造前有大幅度下降，电流效率明显提升。

改造后的零极距电解槽与普通高电密电解槽投产初期相比，交流电耗下降了65 kWh/t，按照二期电解槽设计烧碱产能130kt/a计算，每年可节电8.45GWh。

4 改造注意事项

在普通高电密电解槽的零极距改造中，需要关注以下问题：

1)由于零极距电解槽阴阳极与离子膜完全接触，容易受到阴极弹性网中外露的断丝损伤而产生针孔，给装置运行带来风险，所以在单元槽安装前必须对阴极网进行反复检查，一旦发现断丝，应使用细剪刀从根部剪断。

2)由于改造后的零极距电解槽通过铺设弹性网来增加了极网高度，因此在电解槽安装前，应在2只单元槽之间放置鞍型隔板，防止相邻2只单元槽发生碰撞，损伤极网。

3)为了保证单元槽的使用寿命，各单元槽完成改造后应按原位置装回电槽[3]。因此，在电解槽解体拆卸前需要对各单元槽做好编号、记录，要求厂家在改造完成后按原顺序排列装箱运回。

4)若改造后零极距电解槽与原电解槽在同1台电解槽混用时，因2者受到反向电流的影响程度不同，在电解槽停车时容易造成原装电解槽涂层脱落，槽电压迅速上升，因此应禁止改造后的零极距电解槽与原装电解槽混用。

5 结束语

氯碱行业作为高耗能行业，电费成本约占了烧碱生产成本的60%以上，而采用零极距电解槽新技术是降低烧碱单位产品能耗的有效途径之一。利用二期电解槽电极更新的机会对其进行零极距改造，在增加投入不多的情况下，实现了电解槽的节能技术改造，取得了显著的节电效果。同时，电解槽实施零极距改造后，对盐水质量、系统的平稳性提出了更高的要求。唯有加强精细化管理，提高盐水质量，确保装置稳定控制，尽量减少装置的非计划行停车，才能充分发挥零极距电解槽的低电耗优势，降低电解装置消耗。

[1]王树燕.电槽零极距改造的技术及意义[J].科技信息,2013(8):155.

[2]刘晓营,唐必勇.高电流密度零极距离子膜电解槽的应用[J].中国氯碱,2007(4):9-11.

[3]韩松.离子膜电解槽零极距改造及运行总结[J].中国氯碱,2012(2):5-6.