伍德-迪諾拉BM2.7電解槽零極距改造總結

劉世斌，王 慶

（太原理工大學，山西太原030000）

山東鋁業公司氯堿廠（以下簡稱“山鋁氯堿廠”）現有燒堿生產能力18.5萬t/a。其中，一期裝置為伍德-迪諾拉BM-2.7高電流密度自然循環復極式離子膜電解槽4臺，6萬t/a，于2005年7月7日投產；二期裝置為日本旭化成NCH-2.7高電流密度自然循環離子膜電解槽5臺，10萬t/a，于2008年6月13日投產。2010年擴建2.5萬t/a離子膜燒堿裝置，新增1臺復極式高電流密度自然循環零極距離子膜電解槽，于2011年1月18日投產。在超滿負荷運行狀態（14 kA）下，槽電壓為2.94 V，比一期電解槽在13 kA運行時的槽電壓3.36 V降低了0.42 V，節能降耗效果顯著。

山鋁氯堿廠一期6萬t/a離子膜燒堿裝置至今已經運行七年多時間，電解槽陰陽極板涂層性能下降、槽電壓升高、電耗增加，目前每噸堿耗電為2 463.5 kW·h/t，較先進的電解槽高約168 kW·h/t產品堿。

1 改造論證

目前，國內使用伍迪電解槽的氯堿企業基本上都面臨著電解槽重涂或者進行節能改造，有的企業選擇了全部或部分重涂，有的企業選擇對部分單元槽進行零極距改造實驗。2012年5月，該廠分別就電解槽內部陰陽極板的選擇、陰陽極板的距離、彈性極網與極板的連接導電、極網高度尺寸設計、適宜的離子膜的選型、流量的控制、壓力壓差以及極化電流保護、連鎖設計、與普通電解槽系統的兼容等以及改造后試運行期間的管理與國內已改造廠家進行了商討，委托有改造經歷的3個廠家對備用的3個單元槽進行了零極距改造。

2 改造方案

2.1 極間距的測量

伍迪電解槽有著獨特的內部構造和組合方式，1個單元槽由陽極室、陰極室、離子膜、四氟墊片、密封條、隔離條等組成，其極間距受多個因素影響，測量過程存在諸多變量，這是改造成零極距的關鍵，只有重復改造組裝實驗才能得到精準的數據。

2.2 原陽極板的去留

伍迪電解槽的改造存在著陽極側重涂或者改造的兩重選擇，要去除的激光焊接極板存在著一定難度，工作量也非常大；重涂又存在著變形等隱患，最后，決定一臺在原陽極網的基礎上鋪張新網；另一臺重涂，通過運行數據擇優選擇。

2.3 隔離條的去留

出于對離子膜的保護考慮，電解槽在陰陽極側均安裝了不同厚度的隔離條，但是，陰極側增加彈性網后已經沒有安裝隔離條的位置，陽極側由于改造方式的不同，同樣面臨著隔離條去留的問題。通過論證，確定重涂的保留，增鋪新網的去掉，同時，考慮新極網如何填補隔離條的厚度。

2.4 陰極彈性網毛刺、陽極網焊點

電解槽零極距改造的最關鍵部分是陰極側彈性網，該彈性網在加工或施工過程中容易出現斷裂產生毛刺，最有效的手段是通過手摸找出毛刺，將毛刺用鑷子揪出，用剪刀剪斷處理。陽極側若鋪新網，必然要通過焊接的方式固定，焊點多且人工焊接的焊點會不均勻，若凸起或處理不光滑，組裝后會對離子膜造成損傷，只有通過保證焊接質量和手摸的方式來檢查。

2.5 極網的平整度

陰極側增加彈性網、陽極側鋪設新網都會存在平整度問題，若凹凸不平勢必會造成組裝過程中離子膜的損傷和極間距的變化，影響零極距的改造效果，同樣關系到運行安全。只有通過極板加工成型的控制，應用專業儀器檢測，才能確保改造后極板的平整度，真正地實現零極距。

2.6 具體的改造方案

通過充分的探討和論證，確定了零極距改造的方案及改造技術要求。

2.6.1 陽極側

方案（1）：取下隔離條，在原陽極網上平鋪1層陽極網，厚度為1 mm。原有的陽極作為集電體使用。方案（2）：陽極網重涂。

2.6.2 陰極側

方案（1）：保留陰極側隔離條，隔離條間加緩沖網。方案（2）：取下隔離條，直接安裝緩沖網、面網。緩沖網規格：2HX4P，1層，不打折使用；用鎳帶在盤密封面上點焊固定面網，組焊面網后，不按極距壓形。方案（3）：取下隔離條，直接安裝多層填充網、面網。4層填充網，厚度為0.7 mm，是緩沖網未壓波之前的平網；面網，40目，厚度為0.32 mm。用鎳帶在盤密封面上點焊固定面網；總厚度為1.02 mm。

3 改造后試運行情況

通過前期的論證和后期的考察，選擇了3家單位分別用不同的方案改造了3臺，于2012年6月29日安裝到同一臺電解槽中試運行，運行數據見圖1。

（1）改造的單元槽電壓2.98 V（負荷：12.8 kA）；

（2）重涂的單元槽電壓3.20 V（負荷：12.8 kA）；

（3）未改造的單元槽電壓3.40V（負荷：12.8kA）。

運行4個月左右，槽電壓比較理想，12.8 kA時槽電壓約為2.98 V。通過運行對比，目前，電解槽零極距改造效果要優于電解槽重涂。

4 效益測算

該廠伍迪電解槽單臺產能1.5萬t/a，設計額定電流密度為4.5 kA/m2，由106個單元槽組成，改造前后1臺單元槽的槽電壓相差0.42 V，若每年按8 000 h計算，每年節省的電量為 （0.42×4.5×2.7× 106×8 000）/10 000=432（萬kW·h），效益非常可觀。

5 總結分析

伍迪電解槽零極距改造其特殊的結構和組裝模式給改造帶來了諸多技術難題。通過嚴格的計算及對可預見性因素的充分論證，取得了突破，并實現了安全穩定經濟運行。伍迪電解槽零極距改造還有許多可以持續改進的地方，需要不斷摸索和推廣，同時，需要時間的驗證。