NCS型離子膜電解槽改型為高電流密度膜極距的總結

周永衛，葛傲，江泳

(浙江巨化股份有限公司電化廠，浙江 衢州 324004)

1 企業現狀

浙江巨化股份有限公司電化廠(以下簡稱“巨化電化廠”)離子膜燒堿裝置一直保持較高的生產負荷，承擔了整合公司內部氯氫資源的平衡、外部燒堿供應的重任。其中一期電解槽采用的是日本旭化成株式會社的ML-232NCS型復極離子膜自然循環電解槽(以下簡稱“NCS電解槽”)，于2001年7月投入生產運行，并在2011年上半年(涂層壽命到期)進行了膜極距改造[1]。 膜極距改造后，NCS電解槽運行至今仍存在以下問題。

(1)單臺產量低、裝置產值效率低。雖然NCS電解槽已完成膜極距改造，但當時改造除了常規的檢查維修以外，主要還是以增加彈性極網，降低電壓為主，對單槽的產能并沒有顯著提升，最高的生產電流密度仍為4.0 kA/m2，還是屬于低密度電解槽范疇，使得整條生產線產能較低，效率低下。

(2)電解槽電極活性涂層喪失，生產消耗高。NCS電解槽自膜極距改造后已連續運行近10年，已超過電極常規8年的使用壽命，相關的運行數據顯示NCS電解槽噸堿電耗約為2 250 kW·h/t，并引發了例如氯氣純度偏低、電解槽發熱量大及頻繁檢修等一系列問題。

(3)整流配套設施運行時間長，運行穩定下降。NCS電解槽配套的整流機組均已經運行了20年左右，設備存在老化現象，特別是采用的模擬控制技術，存在著控制精度低、穩流效果較差、抗干擾能力較弱等眾多問題，使得整個裝置運行穩定性也在持續下降。

2 改造方案

利用電解槽電極壽命到期需要更新的的機會，對二次鹽水、電解、脫氯(包括后續的氯處理)等整個系統進行整體改造：將6臺普通低電流密度NCS電解槽改造成高電流密度膜極距電解槽，并對前后配套的管道、整流機組、機泵等設備進行整體擴容改造，整體改造完成后，6臺NCS電解槽的整體產能由原來的7萬t/a增至10萬t/a。

2.1 單元槽檢修改造(主要改造內容)

改造前NCS電解槽示意圖如圖1所示。

圖1 改造前NCS電解槽示意圖Fig.1 Diagram of original electrolyzer NCS

單元槽檢修改造內容如下。

陽極側：拆除舊陽極網、損壞的犧牲電極、陽極內循環盒。

陽極側：安裝進液分布管(含插入管、側吸管、鹽水分布管)，筋板間安裝循環板[2]，上部出液孔內安裝消泡器；陽極筋板下部補齊(補充原導流盒位置的筋板)。焊接新陽極網，焊接更換的新犧牲電極。

陰極側：拆除舊陰極網和彈性體、陰極底網。

陰極側：安裝進液分布管(含插入管、側吸管、堿液分布管)；安裝新彈性體和新陰極面網。

改造后NCS電解槽示意圖如圖2所示。

圖2 改造后NCS電解槽示意圖Fig.2 Diagram of remodeled electrolyzer NCS

2.2 整流裝置改造

NCS電解槽配套的整流系統(“一拖二”)全面升級改造：整流變壓器容量由11 500 kVA增加到18 453 kVA，整流柜由11 kA/400 V增加到16.5 kA/600 V，輔助控制器、連接銅牌等都一并進行改造。

整流控制器采用DSP的全數字控制技術，運用邊緣算法，完成整流控制柜的智能控制，實現底層整流機組分布式自主智能運行。采用離散數字控制技術，實現整流機組升降電流控制，升降電流時取消按鈕手動操作，根據工藝APC的控制要求，按照一定的速率自動升降電解槽電流，并保證電流的平穩度。

2.3 其他配套系統改造

由于電解槽改造以后，生產能力提高較多，需要對前后系統進行配套改造。一般情況下，裝置設計建設時都會留有一定余量，因此該部分改造每個工廠需要根據實際系統設計情況進行核算。

(1)二次鹽水：樹脂塔擴容更新，鹽水高位槽位置提高，相應的管道改大。

(2)電解系統：陰極液進出口總管、支管改大，陽極出口總管改大。

(3)脫氯系統：脫氯塔和真空泵以及配套管道擴容改造。

(4)氯處理：氯氣壓縮機擴容改造。

(5)氫處理：氫氣壓縮機擴容改造。

3 改造后電解槽的運行情況

巨化電化廠在確定改造方案后，為了降低改造對生產平衡的影響，改造分階段進行，改造周期從2021年4月到2022年1月，一階段先逐臺完成電解槽的改造，二階段在系統年度大修時完成整流以及配套系統的改造。改造后電解系統的運行指標情況見表1。

表1 NCS電解系統改造前后的經濟指標對比Table 1 Comparison of economic indicators NCS electrolysis system before and after remodeling

由表1可以看出：NCS電解槽改造完成后，經濟運行指標完成情況比較理想，電解槽直流電耗下降十分明顯，而且新型號的整流裝置投運后，效率提高了1.3%，使得整個項目的節能效益更加明顯。另外，改造裝置燒堿產能提高了近4.5萬t/a，在創造效益的同時也有效緩解巨化內部公司缺氯壓力。

4 結語

隨著裝備、制造水平的提升，目前國內廠家的技術已經基本能夠滿足改造需求，但是由于大多數NCS電解槽基本都使用超過20年，單元槽本身的狀況不佳，是采用改造還是整槽更換需要各個工廠綜合進行考慮。

隨著國家“雙碳”戰略的不斷推進，氯堿作為高能耗裝置，電價在燒堿成本的占比將不斷提高。隨著工業峰谷電尖峰與低谷電費差價不斷拉大，燒堿裝置錯峰生產模式在今后必然成為常態，因此，適當提高裝置的產能上限，進行大幅度的錯峰生產，將會成為一個重要的成本控制手段。