伍德-迪諾拉BM2.7電解槽零極距改造總結(jié)

劉世斌，王 慶

（太原理工大學(xué)，山西太原030000）

山東鋁業(yè)公司氯堿廠（以下簡(jiǎn)稱“山鋁氯堿廠”）現(xiàn)有燒堿生產(chǎn)能力18.5萬(wàn)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(huán)復(fù)極式離子膜電解槽4臺(tái)，6萬(wàn)t/a，于2005年7月7日投產(chǎn)；二期裝置為日本旭化成NCH-2.7高電流密度自然循環(huán)離子膜電解槽5臺(tái)，10萬(wàn)t/a，于2008年6月13日投產(chǎn)。2010年擴(kuò)建2.5萬(wàn)t/a離子膜燒堿裝置，新增1臺(tái)復(fù)極式高電流密度自然循環(huán)零極距離子膜電解槽，于2011年1月18日投產(chǎn)。在超滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)（14 kA）下，槽電壓為2.94 V，比一期電解槽在13 kA運(yùn)行時(shí)的槽電壓3.36 V降低了0.42 V，節(jié)能降耗效果顯著。

山鋁氯堿廠一期6萬(wàn)t/a離子膜燒堿裝置至今已經(jīng)運(yùn)行七年多時(shí)間，電解槽陰陽(yáng)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(jìn)的電解槽高約168 kW·h/t產(chǎn)品堿。

1 改造論證

目前，國(guó)內(nèi)使用伍迪電解槽的氯堿企業(yè)基本上都面臨著電解槽重涂或者進(jìn)行節(jié)能改造，有的企業(yè)選擇了全部或部分重涂，有的企業(yè)選擇對(duì)部分單元槽進(jìn)行零極距改造實(shí)驗(yàn)。2012年5月，該廠分別就電解槽內(nèi)部陰陽(yáng)極板的選擇、陰陽(yáng)極板的距離、彈性極網(wǎng)與極板的連接導(dǎo)電、極網(wǎng)高度尺寸設(shè)計(jì)、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(hù)、連鎖設(shè)計(jì)、與普通電解槽系統(tǒng)的兼容等以及改造后試運(yùn)行期間的管理與國(guó)內(nèi)已改造廠家進(jìn)行了商討，委托有改造經(jīng)歷的3個(gè)廠家對(duì)備用的3個(gè)單元槽進(jìn)行了零極距改造。

2 改造方案

2.1 極間距的測(cè)量

伍迪電解槽有著獨(dú)特的內(nèi)部構(gòu)造和組合方式，1個(gè)單元槽由陽(yáng)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(gè)因素影響，測(cè)量過程存在諸多變量，這是改造成零極距的關(guān)鍵，只有重復(fù)改造組裝實(shí)驗(yàn)才能得到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

2.2 原陽(yáng)極板的去留

伍迪電解槽的改造存在著陽(yáng)極側(cè)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(tái)在原陽(yáng)極網(wǎng)的基礎(chǔ)上鋪張新網(wǎng)；另一臺(tái)重涂，通過運(yùn)行數(shù)據(jù)擇優(yōu)選擇。

2.3 隔離條的去留

出于對(duì)離子膜的保護(hù)考慮，電解槽在陰陽(yáng)極側(cè)均安裝了不同厚度的隔離條，但是，陰極側(cè)增加彈性網(wǎng)后已經(jīng)沒有安裝隔離條的位置，陽(yáng)極側(cè)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(wǎng)的去掉，同時(shí)，考慮新極網(wǎng)如何填補(bǔ)隔離條的厚度。

2.4 陰極彈性網(wǎng)毛刺、陽(yáng)極網(wǎng)焊點(diǎn)

電解槽零極距改造的最關(guān)鍵部分是陰極側(cè)彈性網(wǎng)，該彈性網(wǎng)在加工或施工過程中容易出現(xiàn)斷裂產(chǎn)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(yáng)極側(cè)若鋪新網(wǎng)，必然要通過焊接的方式固定，焊點(diǎn)多且人工焊接的焊點(diǎn)會(huì)不均勻，若凸起或處理不光滑，組裝后會(huì)對(duì)離子膜造成損傷，只有通過保證焊接質(zhì)量和手摸的方式來(lái)檢查。

2.5 極網(wǎng)的平整度

陰極側(cè)增加彈性網(wǎng)、陽(yáng)極側(cè)鋪設(shè)新網(wǎng)都會(huì)存在平整度問題，若凹凸不平勢(shì)必會(huì)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(guān)系到運(yùn)行安全。只有通過極板加工成型的控制，應(yīng)用專業(yè)儀器檢測(cè)，才能確保改造后極板的平整度，真正地實(shí)現(xiàn)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(shù)要求。

2.6.1 陽(yáng)極側(cè)

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

2.6.2 陰極側(cè)

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

3 改造后試運(yùn)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(tái)，于2012年6月29日安裝到同一臺(tái)電解槽中試運(yùn)行，運(yùn)行數(shù)據(jù)見圖1。

（1）改造的單元槽電壓2.98 V（負(fù)荷：12.8 kA）；

（2）重涂的單元槽電壓3.20 V（負(fù)荷：12.8 kA）；

（3）未改造的單元槽電壓3.40V（負(fù)荷：12.8kA）。

運(yùn)行4個(gè)月左右，槽電壓比較理想，12.8 kA時(shí)槽電壓約為2.98 V。通過運(yùn)行對(duì)比，目前，電解槽零極距改造效果要優(yōu)于電解槽重涂。

4 效益測(cè)算

該廠伍迪電解槽單臺(tái)產(chǎn)能1.5萬(wàn)t/a，設(shè)計(jì)額定電流密度為4.5 kA/m2，由106個(gè)單元槽組成，改造前后1臺(tái)單元槽的槽電壓相差0.42 V，若每年按8 000 h計(jì)算，每年節(jié)省的電量為 （0.42×4.5×2.7× 106×8 000）/10 000=432（萬(wàn)kW·h），效益非常可觀。

5 總結(jié)分析

伍迪電解槽零極距改造其特殊的結(jié)構(gòu)和組裝模式給改造帶來(lái)了諸多技術(shù)難題。通過嚴(yán)格的計(jì)算及對(duì)可預(yù)見性因素的充分論證，取得了突破，并實(shí)現(xiàn)了安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。伍迪電解槽零極距改造還有許多可以持續(xù)改進(jìn)的地方，需要不斷摸索和推廣，同時(shí)，需要時(shí)間的驗(yàn)證。