(廣州市老科技工作者協(xié)會(huì)，廣東 廣州 510600)

長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于燒堿電耗的考核一直延用考核直流電單耗的辦法，未將整流設(shè)備的效率列入考核內(nèi)容。為更完整地反映產(chǎn)品電耗狀況，國(guó)家計(jì)量局、中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)發(fā)布過(guò)《關(guān)于整流設(shè)備的整流效率及其供電對(duì)象的電能利用率測(cè)算方法》[1]的技術(shù)規(guī)范。此規(guī)范適用于大功率用電的電化學(xué)、電冶金等行業(yè)。基于整流技術(shù)和電解設(shè)備的更新?lián)Q代，當(dāng)前可控硅整流器取代了不可控(二極管)整流器，離子膜電解槽取代了隔膜電解槽，筆者對(duì)電解槽的電能利用現(xiàn)狀及其實(shí)際意義進(jìn)行了簡(jiǎn)單地探討。

1 電能利用率及其確定方法

“規(guī)范”的定義：

電能利用率=整流效率×電壓效率×電流效率。

對(duì)于電解槽而言，電能利用率就是指由電解槽的電壓效率、電流效率及其供電設(shè)備效率所構(gòu)成的綜合電效率。

1.1 整流效率的確定[2]

式中：

輸出直流功率=輸出直流電流×輸出直流電壓；

整流設(shè)備總損耗=調(diào)壓變損耗+整流變損耗+

整流器損耗+輔助設(shè)備損耗。

(1)調(diào)壓變壓器(以下簡(jiǎn)稱“調(diào)壓變”)損耗=

空載損耗(鐵損)+短路損耗(銅損)。

(2)整流變壓器(以下簡(jiǎn)稱“整流變”)總損耗=

鐵損+銅損+雜散損耗(渦流、諧波影響)。

調(diào)壓變和整流變的損耗在出廠試驗(yàn)報(bào)告和設(shè)備銘牌中均有標(biāo)示。但是，這里所提供的數(shù)據(jù)均是指輸出電壓和電流均為額定值的鐵損和銅損，而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，往往輸出電流和電壓都不是額定值，因此，要對(duì)其實(shí)際損耗值進(jìn)行修正。

調(diào)壓變的損耗修正方法與調(diào)壓電路形式有關(guān)，可參考《電化學(xué)整流設(shè)備若干特殊問(wèn)題》[3]。

整流變的雜散損耗一般取其額定銅損的10%～15%(輸出電流較小時(shí)取低值，輸出電流較大時(shí)取高值)。

(3)整流損耗的確定。

整流器損耗包括整流元件、快速熔斷器、連接銅排等的損耗。通常情況下，制造廠家一般不提供損耗數(shù)據(jù)。

由于以上各損耗值與通過(guò)電流及其直流總壓降值成正比，可按下式計(jì)算：

整流器損耗=直流總壓降×直流電流。

式中：直流總壓降以整流元件壓降為主，且基本不變。三相全控橋晶閘管整流器的總壓降為5～6 V，負(fù)荷較高時(shí)取6 V。

(4)整流效率的測(cè)量驗(yàn)證[4]。整流效率亦可通過(guò)測(cè)量的方法加以驗(yàn)證。

在運(yùn)行過(guò)程中，同時(shí)測(cè)量其直流功率和交流功率，求出前者與后者的比值，便是運(yùn)行實(shí)際效率(瞬時(shí)值)。

直流功率可利用在線的直流計(jì)量裝置測(cè)出，交流功率可在高壓配電柜的二次回路臨時(shí)裝接的功率表測(cè)出，操作簡(jiǎn)單可行。有的企業(yè)雖有交流功率表，但其誤差較大，該表只供顯示用，其準(zhǔn)確度為1.5級(jí)，測(cè)量用的交流功率表的準(zhǔn)確度要求在0.5級(jí)以上。

1.2 電壓效率的確定[5]161-163

電壓效率=

(表觀分解電壓Et/槽電壓Uc)×100%。

式中：表觀分解電壓通常以標(biāo)準(zhǔn)槽溫90 ℃、陰極液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32%作參考條件，其值在2.35～2.39 V,本文中取2.37 V。

槽電壓等于表觀分解電壓加上總等效壓降。其簡(jiǎn)化計(jì)算式為：

Uc=E++K·Ic。

式中：K為電解槽電壓與電流密度比例特性值，0.5 mm膜極距電解槽，K的典型值為0.14 V·m2/kA；Ic為電解槽的電流密度，低電流密度電解槽的Ic為2.0～4.0 kA/m2，高電流密度電解槽的Ic為4～6 kA/m2。

1.3 電流效率的確定[5]159-161

電流效率是指生產(chǎn)單位質(zhì)量燒堿的理論電荷量占實(shí)際電荷量的百分?jǐn)?shù)。

影響電流效率的因素共有8個(gè)，其中離子膜的特性和運(yùn)行時(shí)間直接影響電流效率，本文中取其平均值，為95%。

2 電能利用率估算實(shí)例

2.1 估算條件

2.1.1 電解槽

復(fù)極式離子膜電解槽陽(yáng)極面積為2.7 m2；高電流密度自然循環(huán)電解槽極距為0.5 mm，140臺(tái)單元槽串聯(lián)。

2.1.2 整流設(shè)備

晶閘管(可控硅)整流裝置：額定容量為8 000 kV·A，三相全控橋式接線，額定直流電流為16.5 kA,直流電壓為460 V。整流變(不帶調(diào)壓變)額定鐵損為18.5 kW，額定銅損為162.4 kW。估算過(guò)程略，估算結(jié)果如表1所示。

表1 電能利用率估算結(jié)果Table 1 The result of power efficiency estimation

2.2 估算結(jié)論

(1)電壓效率為85.2%～74.0%，最高與最低值相差11.2%，與電流密度成反比。

(2)整流效率為96.5%～97.2%，最高與最低值相差0.7%。其最高值出現(xiàn)時(shí)，負(fù)荷率為66.6%。負(fù)荷率增大或減少時(shí)，整流效率略有下降。

(3)電能利用率為78.3%～67.8%，最高與最低值相差10.5%，與電解槽電流密度成反比；電解槽電流每增大1 000 A，電能利用率平均降低1.30%。

3 電能利用率對(duì)優(yōu)化運(yùn)行方式的參考意義

3.1 有利于進(jìn)一步挖掘設(shè)備節(jié)電潛力

整流效率反映出整流設(shè)備損耗數(shù)據(jù)和效率水平。通過(guò)該次估算，對(duì)于已定型的整流設(shè)備而言，可發(fā)現(xiàn)在哪一種負(fù)荷率下運(yùn)行的效率高。對(duì)于新建氯堿項(xiàng)目而言，可結(jié)合概率較高的負(fù)荷率設(shè)計(jì)出相應(yīng)較高效率的整流設(shè)備。所例舉實(shí)例的最高整流效率為97.2%，所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷率為66.6%，表明設(shè)備經(jīng)常不在效率最高水平上運(yùn)行。

3.2 為電解槽電流密度優(yōu)化提供參考方案

氯堿企業(yè)會(huì)隨氯堿市場(chǎng)供求情況的變化調(diào)整產(chǎn)量。在改變電解槽電流密度時(shí)，擁有多個(gè)系列電解槽的企業(yè)要根據(jù)各系列電解槽的槽齡和技術(shù)狀況的不同，相應(yīng)地調(diào)整電流密度；對(duì)于實(shí)行國(guó)家峰谷電價(jià)政策的企業(yè)，在每天不同時(shí)段也要調(diào)整電解槽的電流密度，所以，改變電解槽電流密度的情況，企業(yè)常遇到。在編制運(yùn)行方案時(shí)，如將電能利用率列為必須考慮的因素，在方案擇優(yōu)中將有更多的對(duì)比，并可從電流密度動(dòng)態(tài)管理中收到節(jié)電效果。

3.3 驗(yàn)證直流計(jì)量的準(zhǔn)確性以提高計(jì)量質(zhì)量

用于直流電能計(jì)量的直流大電流傳感器及二次儀表一直沒(méi)有納入國(guó)家或行業(yè)的規(guī)范管理范圍內(nèi)，對(duì)其準(zhǔn)確度一直沒(méi)有限定。

通過(guò)整流效率的理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)量對(duì)比，可以核準(zhǔn)其準(zhǔn)確度，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)改進(jìn)計(jì)量質(zhì)量，以充分發(fā)揮儀表的監(jiān)測(cè)作用。

4 結(jié)語(yǔ)

電流密度取決于多種綜合因素，電能利用率只是參考因素之一；該估算實(shí)例的參數(shù)大多取的是典型值，各單位的實(shí)際情況千差萬(wàn)別，應(yīng)按各自的實(shí)際情況估算才有意義。離子膜法燒堿生產(chǎn)已取得了顯著的節(jié)電效果，為了進(jìn)一步挖掘節(jié)電潛力，建議從提高電能利用率入手，結(jié)合各單位的實(shí)際，設(shè)計(jì)更高效率的整流設(shè)備，優(yōu)化電解槽電流密度，雙管齊下，獲得更多的節(jié)電效果。