NCS型离子膜电解槽改型为高电流密度膜极距的总结

周永卫，葛傲，江泳

(浙江巨化股份有限公司电化厂，浙江 衢州 324004)

1 企业现状

浙江巨化股份有限公司电化厂(以下简称“巨化电化厂”)离子膜烧碱装置一直保持较高的生产负荷，承担了整合公司内部氯氢资源的平衡、外部烧碱供应的重任。其中一期电解槽采用的是日本旭化成株式会社的ML-232NCS型复极离子膜自然循环电解槽(以下简称“NCS电解槽”)，于2001年7月投入生产运行，并在2011年上半年(涂层寿命到期)进行了膜极距改造[1]。 膜极距改造后，NCS电解槽运行至今仍存在以下问题。

(1)单台产量低、装置产值效率低。虽然NCS电解槽已完成膜极距改造，但当时改造除了常规的检查维修以外，主要还是以增加弹性极网，降低电压为主，对单槽的产能并没有显著提升，最高的生产电流密度仍为4.0 kA/m2，还是属于低密度电解槽范畴，使得整条生产线产能较低，效率低下。

(2)电解槽电极活性涂层丧失，生产消耗高。NCS电解槽自膜极距改造后已连续运行近10年，已超过电极常规8年的使用寿命，相关的运行数据显示NCS电解槽吨碱电耗约为2 250 kW·h/t，并引发了例如氯气纯度偏低、电解槽发热量大及频繁检修等一系列问题。

(3)整流配套设施运行时间长，运行稳定下降。NCS电解槽配套的整流机组均已经运行了20年左右，设备存在老化现象，特别是采用的模拟控制技术，存在着控制精度低、稳流效果较差、抗干扰能力较弱等众多问题，使得整个装置运行稳定性也在持续下降。

2 改造方案

利用电解槽电极寿命到期需要更新的的机会，对二次盐水、电解、脱氯(包括后续的氯处理)等整个系统进行整体改造：将6台普通低电流密度NCS电解槽改造成高电流密度膜极距电解槽，并对前后配套的管道、整流机组、机泵等设备进行整体扩容改造，整体改造完成后，6台NCS电解槽的整体产能由原来的7万t/a增至10万t/a。

2.1 单元槽检修改造(主要改造内容)

改造前NCS电解槽示意图如图1所示。

图1 改造前NCS电解槽示意图Fig.1 Diagram of original electrolyzer NCS

单元槽检修改造内容如下。

阳极侧：拆除旧阳极网、损坏的牺牲电极、阳极内循环盒。

阳极侧：安装进液分布管(含插入管、侧吸管、盐水分布管)，筋板间安装循环板[2]，上部出液孔内安装消泡器；阳极筋板下部补齐(补充原导流盒位置的筋板)。焊接新阳极网，焊接更换的新牺牲电极。

阴极侧：拆除旧阴极网和弹性体、阴极底网。

阴极侧：安装进液分布管(含插入管、侧吸管、碱液分布管)；安装新弹性体和新阴极面网。

改造后NCS电解槽示意图如图2所示。

图2 改造后NCS电解槽示意图Fig.2 Diagram of remodeled electrolyzer NCS

2.2 整流装置改造

NCS电解槽配套的整流系统(“一拖二”)全面升级改造：整流变压器容量由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，辅助控制器、连接铜牌等都一并进行改造。

整流控制器采用DSP的全数字控制技术，运用边缘算法，完成整流控制柜的智能控制，实现底层整流机组分布式自主智能运行。采用离散数字控制技术，实现整流机组升降电流控制，升降电流时取消按钮手动操作，根据工艺APC的控制要求，按照一定的速率自动升降电解槽电流，并保证电流的平稳度。

2.3 其他配套系统改造

由于电解槽改造以后，生产能力提高较多，需要对前后系统进行配套改造。一般情况下，装置设计建设时都会留有一定余量，因此该部分改造每个工厂需要根据实际系统设计情况进行核算。

(1)二次盐水：树脂塔扩容更新，盐水高位槽位置提高，相应的管道改大。

(2)电解系统：阴极液进出口总管、支管改大，阳极出口总管改大。

(3)脱氯系统：脱氯塔和真空泵以及配套管道扩容改造。

(4)氯处理：氯气压缩机扩容改造。

(5)氢处理：氢气压缩机扩容改造。

3 改造后电解槽的运行情况

巨化电化厂在确定改造方案后，为了降低改造对生产平衡的影响，改造分阶段进行，改造周期从2021年4月到2022年1月，一阶段先逐台完成电解槽的改造，二阶段在系统年度大修时完成整流以及配套系统的改造。改造后电解系统的运行指标情况见表1。

表1 NCS电解系统改造前后的经济指标对比Table 1 Comparison of economic indicators NCS electrolysis system before and after remodeling

由表1可以看出：NCS电解槽改造完成后，经济运行指标完成情况比较理想，电解槽直流电耗下降十分明显，而且新型号的整流装置投运后，效率提高了1.3%，使得整个项目的节能效益更加明显。另外，改造装置烧碱产能提高了近4.5万t/a，在创造效益的同时也有效缓解巨化内部公司缺氯压力。

4 结语

随着装备、制造水平的提升，目前国内厂家的技术已经基本能够满足改造需求，但是由于大多数NCS电解槽基本都使用超过20年，单元槽本身的状况不佳，是采用改造还是整槽更换需要各个工厂综合进行考虑。

随着国家“双碳”战略的不断推进，氯碱作为高能耗装置，电价在烧碱成本的占比将不断提高。随着工业峰谷电尖峰与低谷电费差价不断拉大，烧碱装置错峰生产模式在今后必然成为常态，因此，适当提高装置的产能上限，进行大幅度的错峰生产，将会成为一个重要的成本控制手段。