电解离子膜烧碱整流器

离子膜烧碱电解原理

氢氧化钠，是化工重要原料“三酸两碱”之一，三酸两碱即：三酸两碱，即硝酸（HNO₃）、硫酸（H₂SO₄）、盐酸（HCl）和氢氧化钠（NaOH）、碳酸钠（Na2CO3）。但碳酸钠不是碱，是盐，俗称纯碱、苏打，显碱性。

氢氧化钠，化学式为NaOH，俗称烧碱、火碱、苛性钠，为一种具有强腐蚀性的强碱，一般为片状或块状形态，易溶于水（溶于水时放热）并形成碱性溶液，为基本化工原料，广泛用于造纸、合成洗涤剂及肥皂、粘胶纤维、人造丝及绵织品等轻纺工业方面，农药、染料、橡胶和化学工业方面、石油钻探，精炼石油油脂和提炼焦油的石油工业，以及国防工业、机械工业、木材加工、冶金工业，医药工业及城市建设等方面。

目前广泛采用的烧碱生产主要是离子膜电解法，原料为粗盐NaCl，电解是烧碱生产工序的重要环节，也是电耗占比最高的工序，而电解的发生必须提供可靠稳定的直流电，直流电需要通过电网的交流电转化而来，这一过程成为整流，提供直流电的设备叫做整流器。离子膜烧碱整流柜采用半控器件可控硅作为核心，通过可控硅移相控制技术，实现变流，为离子膜烧碱电解提供稳定可靠的直流电源，是离子膜烧碱的核心组成部分。

离子膜电解的主要流程如下：氢氧化钠（烧碱）精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－=H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。 

离子膜烧碱整流器的要求

由于离子膜电解生产烧碱是24小时连续工作不停机，且氯气是有毒气体，一旦泄露，将造成严重的安全事故。作为电解过程的重要设备，整流器担当着重要角色，因此其可靠性、稳定性尤为关键。

离子膜烧碱整流器的要求如下：

l 极高的可靠性，这就要求采用互为热备份的双通道控制器、N+1可控硅数量配置，可控硅的选型留有足够的裕量等措施保证

l 输出电流稳定，稳流精度高

l 保护系统完备，确保系统安全可靠运行

l 可与工艺实现连锁

l 可提供远程监控系统，实时监测设备状态

l 可与客户的DCS通讯，通过DCS系统监控整流系统设备的运行状态

英特利电解离子膜整流器特点及优势

l 双通道热备份控制器

l 同步信号自适应滤波

l 光纤触发，光时延小，同步效果好，抗干扰能力强

l DSP数字控制，响应速度快，控制精度高、可靠性高、便于DCS组网

l 高可靠性，经过出口应用验证

l 主回路的设计、对称性的布置有效减少损耗和电磁干扰，提高设备的EMI性能。桥臂上可控硅N+1设计，当一只可控硅故障时，其他可控硅可仍然满功率输出。

l 可靠性设计，从器件选型、拓扑结构、保护系统、抗干扰措施、全动态试验多方面保障设备可靠性，满足不间断运行要求。

l 整流柜内元器件排列整齐，结构紧凑，既有利元件的均流，也减少了柜内导电线路的距离，提高整机效率。

l 整流柜布局合理，结构简洁，整流柜汇流部分采用环氧树脂搭接支撑，避免了钢结构中的局部涡流发热，减小了损耗，提高了效率。

l 整流臂、快熔臂、汇流排采取水冷母排，输出排、元件与快熔之间母排均采用无氧铜材，电流密度低；

l 晶闸管是本设备的核心器件，对晶闸管进行筛选和配对，将器件参数的离散性降低，提高并联晶闸管桥臂的均流度，从而提高系统的可靠性；

l 多达96通道的开关量监测模块，实时监测每一个熔断器和温度开关的状态，并通过CAN-Bus通信将每一路状态发送至整流控制柜内控制器。

英特利企业优势

1. 经验丰富：20余年的整流器设计开发、生产制造、现场应用经验，曾完成多个大功率整流电源项目，输出电流高达100kA、输出电压高达21kV；

2. 技术实力强：多名电力电子专业博士、硕士，公司创始人曾受到温总理的接见、北京市十大杰出青年、北京市劳模；在北京、成都拥有研发中心，与北京交通大学、四川大学电气学院展开合作研发；完备的技术团队：电气、结构、控制、软件设计配备完整；

3. 性价比高：产品和服务具有高性价比；

4. 质量保障：出口到包括美国、加拿大、德国、英国、俄罗斯、哈萨克斯坦、巴基斯坦、印度等40多国，产品质量符合出口标准，获得客户好评；具备完善的测试能力；

5. 性能保证：可靠性高、转换效率高、控制精度高、输出稳定、智能化控制；

6. 制造能力强：拥有10000多平米的生产厂房、生产车间、自动化高低温老化测试平台、全自动控制板SMT焊接设备；

7. 高效服务：提供及时快捷的售前、售中、售后服务，承诺响应时间小于一小时；

8. 满足客户个性化要求：可根据客户的个性化要求进行定制。

电解离子膜烧碱整流器概述

离子膜烧碱电解整流器主要包括整流变压器（根据客户需求）、整流柜、整流器控制柜、去离子纯水冷却器、测量用直流电流传感器、直流刀开关等。整流柜内通过三相桥整流电路整流，冷却方式为去离子纯水冷却。控制柜主要包括西门子1200系列PLC、9英寸西门子触摸屏、互为热备份的双通道全数字控制器及采用光纤传输的脉冲触发器等；PLC作为控制柜内的中央处理器，完成整流器单元所有的逻辑控制，保护处理，与触摸屏、双通道控制器及后台监控DCS系统的数据交互等；触发控制系统采用两路实时在线热备份的双通道控制器，主控制器运行，辅控制器热备用，当主控制器故障时自动切换至辅控制器运行，主、辅控制器功能完全一样，各自独立完成输入电流、输出电流电压等参数的采样、开环或闭环PID调节、触发脉冲计算等功能。

整流器系统框图如下图所示：

离子膜烧碱电解整流器主要技术参数

外形示意图
 

保护功能

整流器系统具备完善的保护功能，确保系统的安全可靠运行，主要包括：

² 主回路操作过电压、换相过电压保护：每只晶闸管均配有阻容吸收电路，有效抑制dv/dt，抑制换相过程中导致的尖峰过电压，对晶闸管进行可靠保护。

² 熔断器熔断保护：当熔断器断开时，控制系统发出报警信号，并在触摸屏和后台监控系统上实时显示发生故障的熔断器的位置。

² 过热保护：检测晶闸管温度，当超过65℃时发出过热报警信号，并在触摸屏和后台监控系统上实时显示发生故障的位置。

² 交流输入过流保护：检测交流6相输入电流，当超过设定的交流输入过流保护值时发出交流输入过流报警信号，并发出高压断路器跳闸信号。

² 直流输出过流保护：检测直流输出电流，当超过设定的直流输出过流保护值时发出直流输出过流报警信号。

² 直流输出过压保护：检测直流输出电压，当超过设定的直流输出过压保护值时发出值输出过压报警信号。

² 水温超温保护：通过电接点温度表实时检测出水管冷却水温度，当冷却水出水温度高于设定值时，发出水温超温报警信号。

² 水压欠压保护：通过电接点压力表实时检测进水管冷却水压力，当冷却水压力小于设定值时，发出水压欠压报警信号。

² 水压过压保护：通过电接点压力表实时检测进水管冷却水压力，当冷却水压力大于设定值时，发出水压过压报警信号。

² 绝缘故障：通过绝缘检测模块监测整流柜输出正负极与地间的绝缘阻抗，当绝缘阻抗低于第一设定值（较高值）时，发出绝缘故障报警信号，当绝缘阻抗低于第二设定值（较低值）时，系统发出高压断路器跳闸信号。

² 输入缺相保护：控制系统实时检测三相同步信号，当缺任意一相同步信号时，12路脉冲仍然输出正常，并发出缺相报警信号；当同时缺三相同步信号，在 1 秒钟内 12 路脉冲输出应正常，随后整流器停机。

² 无电流反馈保护：当直流电流传感器和电流互感器都发生故障造成反馈信号丢失时，自动切换到手动开环控制，保持故障前的控制角和电流，直流输出不产生冲击电流，不造成意外停车，并发出无反馈报警信号。

客户反馈