Електрическо оборудване и автоматизация на електролизни инсталации

Всички електроди в електролизни вани обикновено са свързани паралелно, така че токът на електролизатора се състои от сумата от токовете на отделни двойки електроди: напротив, напрежението в банята е равно на напрежението в двойките на електроди. Електролизните бани от своя страна са свързани последователно, така че общото напрежение на инсталацията достига стотици волта. Изключение правят инсталациите за разлагане на вода, направени по принципа на филтърна преса, при която всички електроди са свързани последователно.

Поради факта, че токовете в електролизираните инсталации и размерите на инсталациите са големи, сегашната система за отвеждане е доста разклонена, с голям брой контакти.

На фиг. 1 показва диаграма на шина за алуминиева баня за електролиза. Както можете да видите, той е много сложен, осигурява двупосочно захранване с ток чрез мощни шинни пакети и използването на гъвкави компенсатори на термично разширение. Освен това, в случай че е необходимо да се изключат ваните по време на ремонт, са предвидени джъмпери, които свързват катодните пакети на две съседни вани, като по този начин едната от тях се маха.

Ориз. 1. Шина за алуминиева баня за електролиза с един непрекъснат анод и захранване със страничен ток: 1 — аноден щранг, 2 — анодна шина, 3 — изравнителна шина, 4 — гъвкави анодни шини, 5 — контакт на шина с щифт, 6 — катоден прът , 7 — гъвкава катодна шина, 8 — пакет катодна шина.

Алуминият и медта се използват като материал за шини, по -рядко желязо. Икономическа плътност на тока при електролиза е 0,3 — 0,4 за алуминиеви шини, 1,0 — 1,3 за медни шини, 0,15 — 0,2 A / mm2 за стоманени и чугунени шини.

Напречното сечение на гумите се проверява за загуба на напрежение (не повече от 3%), за нагряване (максимална температура 70 ° C при температура на околната среда 25 ° C) и за механична якост. Фиксираните контактни връзки се осъществяват чрез налягане ( гумите са компресирани между две плочи от чугунена стомана, затегнати с болтове) или заварени. Контактите на щепсела са с болтове. Клиновите или ексцентричните скоби са по -надеждни и удобни.

Поради по-високата си мощност електролизните инсталации обикновено се захранват от мрежа с високо напрежение, а специални понижаващи трансформатори се използват, за да съответстват на захранващото напрежение с напрежението на инсталациите, като доставят преобразуващи блокове за преобразуване на трифазен променлив ток в постоянен текущ.

Полупроводникови токоизправители с плавно регулиране на напрежението се използват за захранване на електролизни инсталации с висока мощност, тъй като ефективността им е висока (98 — 99%), те са по -надеждни и издръжливи, лесни за поддръжка, постоянно готови за работа, безшумни и без токсични емисии .

При създаването на мощни електролизни инсталации е необходимо да се включват полупроводникови клапани паралелно, а понякога и последователно, което причинява трудности поради известно разпръскване на техните характеристики. За да се изравни разпределението на тока между клапаните в паралелно свързване и напрежението последователно, се използват специални решения на веригата.

Тъй като полупроводниковите клапани не са в състояние да издържат на значителни претоварвания по ток и напрежение, се използват специални защитни устройства, които късо съединение на клапаните в случай на повреда и ги изключват, когато се появи опасно повишаване на напрежението или работния ток.

Регулирането на коригираното напрежение в инсталации с полупроводникови диоди е възможно само от променливотоковата страна. За това се използва превключване на стъпките на напрежение на главния понижаващ трансформатор или специален управляващ трансформатор с дистанционен стъпалов превключвател. За плавно регулиране на напрежението във всяко рамо на токоизправителния мост е включен реактор за насищане.

Подреждането на клапаните обикновено се извършва в шкафове, произведени за токове 13 000 и 25 000 А и за коригирано напрежение 300 — 465 V. Преобразуващите подстанции, захранващи електролизни инсталации, се завършват от шкафовете. Охлаждането на токоизправителните шкафове може да бъде въздушно или водно.

Автоматичното регулиране на преобразуващите единици може да се извърши по три начина: за постоянно напрежение, за постоянна мощност, за постоянен ток.

Регулирането на постоянно напрежение също осигурява постоянен ток за процеси, при които няма анодни ефекти. За инсталации за електролиза на алуминий такава система не е задоволителна, тъй като с появата на анодни ефекти токът в поредица вани намалява и производителността на ваните намалява, особено при едновременни анодни ефекти в няколко вани. В този случай не само производителността на поредица вани може да падне с 20 — 30%, но и термичният режим на работа на електролизните вани се нарушава.

При регулиране за постоянна мощност последният се поддържа от постоянен регулатор; в горния случай токът в серията спада, но по -малко, отколкото в предишния случай, тъй като регулаторът повишава напрежението. С този регламент няма промени в консумацията на енергия, което е желателно за електроенергийната система, но изисква марж на напрежение на преобразувателната подстанция.

Регулирането на DC е най -доброто от гледна точка на задоволяване на изискванията на процеса. Въпреки това, с такова регулиране, в случай на спад на напрежението в захранващата мрежа или поява на аноден ефект, регулаторът повишава захранващото напрежение и консумацията на енергия се увеличава. Следователно тази система за управление изисква както напрежение, така и резерви на мощност в преобразувателната подстанция (обикновено в рамките на 7-10%).

Напоследък започна работа по използването на параметрични източници на ток за захранване на електролизни инсталации, при които възниква аноден ефект, който автоматично стабилизира последователния ток независимо от промените в неговото съпротивление.

Обикновено ваните за електролиза се монтират по оста на сградното тяло в два или четири реда, а захранващата подстанция е свързана с тялото на банята чрез автобусни канали в автобусни канали или по рампи. Вътре в корпуса шините са разположени в шинни канали от двете страни на клетките.

Диаграма на движение на йони по време на медна електролиза Електролит — разтвор на меден сулфат се излива в съд и в него се спускат две медни плочи (електроди). Процесите, протичащи по време на електролизата, са разгледани в статиите Какво е електролиза и Електролиза — примери за изчисление.