氯碱企业合理实施错峰用电的效益分析

耿庆鲁，刘立华

(德州实华化工有限公司，山东 德州 253007)

氯碱企业合理实施错峰用电的效益分析

耿庆鲁*，刘立华

(德州实华化工有限公司，山东 德州 253007)

离子交换膜电解槽；错峰用电；节能降耗

根据某公司40万t/a离子膜法烧碱的实际情况，采用错峰用电计划，减少离子膜电解槽的电费支出，最终实现电解装置的稳定运行，并达到节能降耗的目的 。

1 德州实华生产现状

德州实华化工有限公司(以下简称“德州实华”)具有40万t/a的离子膜法烧碱规模，拥有2套20万t/a离子膜法烧碱装置，相继于 2011 年11月和2016 年 8 月建成投产。

国产2.5万t/a离子膜法烧碱生产装置采用蓝星(北京)化工机械有限公司NBZ-2.7自然循环膜极距电解槽，共有150个单元槽，设计电流14.85 kA，运行电流14.5 kA。因距离电力公司变电站较近，且德州实华具有约10万kW的发电负荷，40万t/a离子膜整流装置的进线电压选择35 kV，在整流站设置35 kV开关站，便于整流变压器停送电操作。整流变压器采用“一拖二”的运行方式，由1台整流变压器带2台整流柜及2台离子膜电解槽组成。现共有16台膜极距离子膜电解槽规模化生产模式。

离子膜法生产工艺流程如图1所示。

氯碱企业的用电成本约占生产成本的65%。现阶段国家电网的电价采用六时段计价方式，总电费包括六时段电费总和、基本电费及功率因数奖罚。由于尖峰、峰及平、谷电价差异较大，在具有富余能的情况下，对离子膜电解的负荷实施错峰运行有利于降低平均电耗，从而降低生产成本。

本文根据德州实华40万t/a离子膜法烧碱的实际情况，采用错峰用电计划，减少离子膜电解槽的电费支出，最终实现电解装置的稳定运行，并达到节能降耗的目的 。

2 错峰用电实施方案

错峰用电实施目的是在电价峰值的时间段，降低装置负荷、减少产量和能耗；在电价谷值的时间段，提高装置负荷、增大装置产量和能耗，最终达到减少电费支出，实现企业效益最大化的目的。

德州市大工业用电分时电价表如表1所示。

图1 离子膜法生产工艺流程Fig.1 Process flow of ion-exchange membrane electrolysis

表1 德州市大工业用电分时电价表Table 1 Time-of-use electricity price for major industrial users in Dezhou City 元/(kW·h)

从表1可以看出：每天的23:00到第二天的7:00电价最低，即为谷电时段；其他时段的用电价格较高，称为峰电时段。因此，企业应安排在23:00到第二天的7:00的谷电时段尽最大可能开足负荷，多用价格最低的电。从装置的安全及频繁的操作对离子膜电解槽的影响等多方面考虑，最后选择每天进行一升一降方案，即每天的23:00把电流升上去，第二天的7:00前把电流降下来。

表2为错峰用电实施方案中某一时段离子膜电解槽电流控制指标。

由表2可以看出：根据更换膜的时间不同，在非谷电时段的运行电流稍有差别；但在23:00到第二天7:00的谷电时段，则以比离子膜电解槽的设计电流稍低的电流14.50 kA运行，尽可能地使用便宜电价的电能。这样合理调整整流负荷用电时间，积极利用峰谷电价差，适当调整整流负荷，将部分高峰用电时间转移到低谷时段。

离子膜电解槽采用峰谷电流负荷调整时，在不考虑其他影响的前提下，烧碱产量相同时，峰谷分时运行电流差距越大，节电费用越显著。峰谷电流负荷调整，可以减少企业的用电费用，达到降低生产成本、提高经济效益的目的。电解槽运行电流在一定范围内波动对电流效率影响不大，是以随电流负荷的改变能及时调整与电解槽相关的工艺控制指标为前提的。调整电流负荷时要及时调整入槽盐水、纯水、盐酸、循环碱的流量，将阴阳极液的浓度及阳极液的 pH 值控制在工艺允许的范围内。还要通过调整入槽循环碱温度，保持电解槽温度在最佳范围。

表2 错峰用电实施方案中分时段离子膜电解槽电流控制指标Table 2 Control indexes of electrolyzer current in certain periods in implementation of off-peak electricity kA

目前，操作管理水平有了较大提高，且离子膜法烧碱生产企业均采用 DCS 控制，可以比较方便地调整运行参数，维持电解槽在较好的状态下运行。

3 错峰用电的经济效益分析

结合表1和表2，按照直流电(交流电数值略大)计算，并且假设低电流时的电压为465 V，高电流时的电压为488 V，平均电流时的电压为480 V。

全天的平均用电负荷为：

(185×465×16+232×488×8)÷(480×24)=198.1 (kA)。

于是，每天节约电费：

198.1×488×0.632 4×16+

198.1×488×0.316 2×8-

(185×465×0.632 4×16+

232×488×0.316 2×8)=

65 891(元)。

那么，年节约电费开支：

365×65 891=24 050 215(元)≈

2 405(万元)。

4 实施错峰用电对设备运行影响分析

(1)对整流变压器的影响主要是调变触头磨损与烧蚀，调变用的有载开关的动作次数是有记录的，检修也是按照动作次数来决定的，因此升降电流对整流变的影响主要是对调压和有载开关的影响，对整流变没有大的损害。

(2)对整流器的影响可以忽略。但是如果调整后长时间运行于低导通角状态，对晶闸管本身是有损害的。也就是说，任何时候都不要让晶闸管处于低导通状态。应配合调变档位，让晶闸管处于基本全导通状态。

(3)对离子膜的影响。低电流会让槽温降低，不利于离子膜的交换效率，而离子膜的使用寿命是与离子交换总量相关的，所以，低电流运行可以提高离子膜的使用寿命。因此，就离子膜本身而言，在其允许的电流密度范围内，其特性对电流高低不敏感，完全可以通过升降电流来应对峰谷电价，保持最大效益化。

(4)对电解槽本身的影响。槽温低时，槽框收缩，电解槽压紧压力减小，容易泄漏；电流高时，电解槽压紧压力增高，垫片被强烈压缩，容易损坏垫片。所以，要使电解槽挤压机处于浮动状态，不要完全锁紧，运行中加强巡检，避免泄漏。

(5)对整个电解系统而言，电流的升高与降低，都要限定在一个范围内。这个范围的界定就是氯压机以及氯气调节阀的可控范围、氢压机与氢气调节阀的可控范围。

5 实施错峰用电的注意事项

(1)为保证整个系统的稳定运行，电解槽在升降电流时，必须由生产调度统一指挥，按照总控制电流1 kA/min的速率升降电流，尽量避免因电流升降过快导致电解槽槽温或气体压力波动较大而造成设备跳停事故[1]。

(2)控制好电解槽的碱浓度和含盐等指标，对各项指标进行实时监控并及时调整，在升降指标的过程中，须增加中控分析指标的取样频率，并根据指标的变化调整物料的加入量，保证各项指标的稳定[2]。

(3)电流升降完毕后，应加强巡检，发现问题及时处理。

(4)电解槽低负荷运行时，应认真观察在线氢气分析仪的变化，控制氯中含氢的体积分数在合理范围内。

(5)注意氯中含氧浓度。氯中含氧体积分数主要与出口淡盐水pH值有关，在错峰运行时，确认pH值的稳定性非常重要。

(6)电解槽升降电流时，DCS操作人员应控制氯气氢气的压力平稳，减少气体波动对极网的损伤，或者因压差波动引起DCS保护动作。

6 运行总结

实施错峰用电生产模式，虽然不利于离子膜电解槽的稳定运行，整流变压器增加切换档位的次数，降低了整流电气元件、触控元件的使用寿命，也不利于配套动力设备如透平机、氢压机、螺杆机组等的稳定运行，但在保证安全的情况下，是当前氯碱企业提高效益的一种重要手段，需要企业制定严格操作规程，细化执行的过程，并由精细的管理团队认真管理，严格各项生产工艺指标，保证生产稳定运行。

[1] 陈再昕.氯碱公司峰谷电运行总结[J].中国氯碱，2016(9)：8-10.

[2] 程殿彬，陈伯森，施孝奎. 离子膜法制碱生产技术[M].北京：化学工业出版社，2010：138.

[编辑：蔡春艳]

Benefitanalysisofproperoff-peakelectricityinchlor-alkalienterprises

GENGQinglu,LIULihua

( Dezhou Shihua Chemical Co.,Ltd.,Dezhou 253007,China)

ion-exchange membrane electrolyzer; off-peak electricity; energy saving and consumption reducing

According to the practical situation of a facility for 400-kt/a ion-exchange membrane caustic soda at a company,off-peak power plan is taken to reduce the electricity cost of ion-exchange membrane electrolyzers. Thus the aims such as stable operation of electrolysis devices,energy saving and consumption reducing are eventually realized.

TQ114.262

B

1008-133X(2017)07-0010-03

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耿庆鲁(1967—)，男，高级电气工程师，1992年7月毕业于成都科技大学电力工程系电力系统及自动化专业，多年来一直从事烧碱生产的发电、输电、配电及整流装置的设计、安装和改造。

2017-05-17