氯堿企業(yè)合理實(shí)施錯(cuò)峰用電的效益分析

耿慶魯，劉立華

(德州實(shí)華化工有限公司，山東 德州 253007)

氯堿企業(yè)合理實(shí)施錯(cuò)峰用電的效益分析

耿慶魯*，劉立華

(德州實(shí)華化工有限公司，山東 德州 253007)

離子交換膜電解槽；錯(cuò)峰用電；節(jié)能降耗

根據(jù)某公司40萬t/a離子膜法燒堿的實(shí)際情況，采用錯(cuò)峰用電計(jì)劃，減少離子膜電解槽的電費(fèi)支出，最終實(shí)現(xiàn)電解裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，并達(dá)到節(jié)能降耗的目的 。

1 德州實(shí)華生產(chǎn)現(xiàn)狀

德州實(shí)華化工有限公司(以下簡稱“德州實(shí)華”)具有40萬t/a的離子膜法燒堿規(guī)模，擁有2套20萬t/a離子膜法燒堿裝置，相繼于 2011 年11月和2016 年 8 月建成投產(chǎn)。

國產(chǎn)2.5萬t/a離子膜法燒堿生產(chǎn)裝置采用藍(lán)星(北京)化工機(jī)械有限公司NBZ-2.7自然循環(huán)膜極距電解槽，共有150個(gè)單元槽，設(shè)計(jì)電流14.85 kA，運(yùn)行電流14.5 kA。因距離電力公司變電站較近，且德州實(shí)華具有約10萬kW的發(fā)電負(fù)荷，40萬t/a離子膜整流裝置的進(jìn)線電壓選擇35 kV，在整流站設(shè)置35 kV開關(guān)站，便于整流變壓器停送電操作。整流變壓器采用“一拖二”的運(yùn)行方式，由1臺整流變壓器帶2臺整流柜及2臺離子膜電解槽組成。現(xiàn)共有16臺膜極距離子膜電解槽規(guī)模化生產(chǎn)模式。

離子膜法生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

氯堿企業(yè)的用電成本約占生產(chǎn)成本的65%。現(xiàn)階段國家電網(wǎng)的電價(jià)采用六時(shí)段計(jì)價(jià)方式，總電費(fèi)包括六時(shí)段電費(fèi)總和、基本電費(fèi)及功率因數(shù)獎(jiǎng)罰。由于尖峰、峰及平、谷電價(jià)差異較大，在具有富余能的情況下，對離子膜電解的負(fù)荷實(shí)施錯(cuò)峰運(yùn)行有利于降低平均電耗，從而降低生產(chǎn)成本。

本文根據(jù)德州實(shí)華40萬t/a離子膜法燒堿的實(shí)際情況，采用錯(cuò)峰用電計(jì)劃，減少離子膜電解槽的電費(fèi)支出，最終實(shí)現(xiàn)電解裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，并達(dá)到節(jié)能降耗的目的 。

2 錯(cuò)峰用電實(shí)施方案

錯(cuò)峰用電實(shí)施目的是在電價(jià)峰值的時(shí)間段，降低裝置負(fù)荷、減少產(chǎn)量和能耗；在電價(jià)谷值的時(shí)間段，提高裝置負(fù)荷、增大裝置產(chǎn)量和能耗，最終達(dá)到減少電費(fèi)支出，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化的目的。

德州市大工業(yè)用電分時(shí)電價(jià)表如表1所示。

圖1 離子膜法生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Process flow of ion-exchange membrane electrolysis

表1 德州市大工業(yè)用電分時(shí)電價(jià)表Table 1 Time-of-use electricity price for major industrial users in Dezhou City 元/(kW·h)

從表1可以看出：每天的23:00到第二天的7:00電價(jià)最低，即為谷電時(shí)段；其他時(shí)段的用電價(jià)格較高，稱為峰電時(shí)段。因此，企業(yè)應(yīng)安排在23:00到第二天的7:00的谷電時(shí)段盡最大可能開足負(fù)荷，多用價(jià)格最低的電。從裝置的安全及頻繁的操作對離子膜電解槽的影響等多方面考慮，最后選擇每天進(jìn)行一升一降方案，即每天的23:00把電流升上去，第二天的7:00前把電流降下來。

表2為錯(cuò)峰用電實(shí)施方案中某一時(shí)段離子膜電解槽電流控制指標(biāo)。

由表2可以看出：根據(jù)更換膜的時(shí)間不同，在非谷電時(shí)段的運(yùn)行電流稍有差別；但在23:00到第二天7:00的谷電時(shí)段，則以比離子膜電解槽的設(shè)計(jì)電流稍低的電流14.50 kA運(yùn)行，盡可能地使用便宜電價(jià)的電能。這樣合理調(diào)整整流負(fù)荷用電時(shí)間，積極利用峰谷電價(jià)差，適當(dāng)調(diào)整整流負(fù)荷，將部分高峰用電時(shí)間轉(zhuǎn)移到低谷時(shí)段。

離子膜電解槽采用峰谷電流負(fù)荷調(diào)整時(shí)，在不考慮其他影響的前提下，燒堿產(chǎn)量相同時(shí)，峰谷分時(shí)運(yùn)行電流差距越大，節(jié)電費(fèi)用越顯著。峰谷電流負(fù)荷調(diào)整，可以減少企業(yè)的用電費(fèi)用，達(dá)到降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。電解槽運(yùn)行電流在一定范圍內(nèi)波動(dòng)對電流效率影響不大，是以隨電流負(fù)荷的改變能及時(shí)調(diào)整與電解槽相關(guān)的工藝控制指標(biāo)為前提的。調(diào)整電流負(fù)荷時(shí)要及時(shí)調(diào)整入槽鹽水、純水、鹽酸、循環(huán)堿的流量，將陰陽極液的濃度及陽極液的 pH 值控制在工藝允許的范圍內(nèi)。還要通過調(diào)整入槽循環(huán)堿溫度，保持電解槽溫度在最佳范圍。

表2 錯(cuò)峰用電實(shí)施方案中分時(shí)段離子膜電解槽電流控制指標(biāo)Table 2 Control indexes of electrolyzer current in certain periods in implementation of off-peak electricity kA

目前，操作管理水平有了較大提高，且離子膜法燒堿生產(chǎn)企業(yè)均采用 DCS 控制，可以比較方便地調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，維持電解槽在較好的狀態(tài)下運(yùn)行。

3 錯(cuò)峰用電的經(jīng)濟(jì)效益分析

結(jié)合表1和表2，按照直流電(交流電數(shù)值略大)計(jì)算，并且假設(shè)低電流時(shí)的電壓為465 V，高電流時(shí)的電壓為488 V，平均電流時(shí)的電壓為480 V。

全天的平均用電負(fù)荷為：

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

于是，每天節(jié)約電費(fèi)：

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，年節(jié)約電費(fèi)開支：

365×65 891=24 050 215(元)≈

2 405(萬元)。

4 實(shí)施錯(cuò)峰用電對設(shè)備運(yùn)行影響分析

(1)對整流變壓器的影響主要是調(diào)變觸頭磨損與燒蝕，調(diào)變用的有載開關(guān)的動(dòng)作次數(shù)是有記錄的，檢修也是按照動(dòng)作次數(shù)來決定的，因此升降電流對整流變的影響主要是對調(diào)壓和有載開關(guān)的影響，對整流變沒有大的損害。

(2)對整流器的影響可以忽略。但是如果調(diào)整后長時(shí)間運(yùn)行于低導(dǎo)通角狀態(tài)，對晶閘管本身是有損害的。也就是說，任何時(shí)候都不要讓晶閘管處于低導(dǎo)通狀態(tài)。應(yīng)配合調(diào)變檔位，讓晶閘管處于基本全導(dǎo)通狀態(tài)。

(3)對離子膜的影響。低電流會(huì)讓槽溫降低，不利于離子膜的交換效率，而離子膜的使用壽命是與離子交換總量相關(guān)的，所以，低電流運(yùn)行可以提高離子膜的使用壽命。因此，就離子膜本身而言，在其允許的電流密度范圍內(nèi)，其特性對電流高低不敏感，完全可以通過升降電流來應(yīng)對峰谷電價(jià)，保持最大效益化。

(4)對電解槽本身的影響。槽溫低時(shí)，槽框收縮，電解槽壓緊壓力減小，容易泄漏；電流高時(shí)，電解槽壓緊壓力增高，墊片被強(qiáng)烈壓縮，容易損壞墊片。所以，要使電解槽擠壓機(jī)處于浮動(dòng)狀態(tài)，不要完全鎖緊，運(yùn)行中加強(qiáng)巡檢，避免泄漏。

(5)對整個(gè)電解系統(tǒng)而言，電流的升高與降低，都要限定在一個(gè)范圍內(nèi)。這個(gè)范圍的界定就是氯壓機(jī)以及氯氣調(diào)節(jié)閥的可控范圍、氫壓機(jī)與氫氣調(diào)節(jié)閥的可控范圍。

5 實(shí)施錯(cuò)峰用電的注意事項(xiàng)

(1)為保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，電解槽在升降電流時(shí)，必須由生產(chǎn)調(diào)度統(tǒng)一指揮，按照總控制電流1 kA/min的速率升降電流，盡量避免因電流升降過快導(dǎo)致電解槽槽溫或氣體壓力波動(dòng)較大而造成設(shè)備跳停事故[1]。

(2)控制好電解槽的堿濃度和含鹽等指標(biāo)，對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并及時(shí)調(diào)整，在升降指標(biāo)的過程中，須增加中控分析指標(biāo)的取樣頻率，并根據(jù)指標(biāo)的變化調(diào)整物料的加入量，保證各項(xiàng)指標(biāo)的穩(wěn)定[2]。

(3)電流升降完畢后，應(yīng)加強(qiáng)巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

(4)電解槽低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，應(yīng)認(rèn)真觀察在線氫氣分析儀的變化，控制氯中含氫的體積分?jǐn)?shù)在合理范圍內(nèi)。

(5)注意氯中含氧濃度。氯中含氧體積分?jǐn)?shù)主要與出口淡鹽水pH值有關(guān)，在錯(cuò)峰運(yùn)行時(shí)，確認(rèn)pH值的穩(wěn)定性非常重要。

(6)電解槽升降電流時(shí)，DCS操作人員應(yīng)控制氯氣氫氣的壓力平穩(wěn)，減少氣體波動(dòng)對極網(wǎng)的損傷，或者因壓差波動(dòng)引起DCS保護(hù)動(dòng)作。

6 運(yùn)行總結(jié)

實(shí)施錯(cuò)峰用電生產(chǎn)模式，雖然不利于離子膜電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行，整流變壓器增加切換檔位的次數(shù)，降低了整流電氣元件、觸控元件的使用壽命，也不利于配套動(dòng)力設(shè)備如透平機(jī)、氫壓機(jī)、螺桿機(jī)組等的穩(wěn)定運(yùn)行，但在保證安全的情況下，是當(dāng)前氯堿企業(yè)提高效益的一種重要手段，需要企業(yè)制定嚴(yán)格操作規(guī)程，細(xì)化執(zhí)行的過程，并由精細(xì)的管理團(tuán)隊(duì)認(rèn)真管理，嚴(yán)格各項(xiàng)生產(chǎn)工藝指標(biāo)，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 陳再昕.氯堿公司峰谷電運(yùn)行總結(jié)[J].中國氯堿，2016(9)：8-10.

[2] 程殿彬，陳伯森，施孝奎. 離子膜法制堿生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：138.

[編輯：蔡春艷]

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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耿慶魯(1967—)，男，高級電氣工程師，1992年7月畢業(yè)于成都科技大學(xué)電力工程系電力系統(tǒng)及自動(dòng)化專業(yè)，多年來一直從事燒堿生產(chǎn)的發(fā)電、輸電、配電及整流裝置的設(shè)計(jì)、安裝和改造。

2017-05-17