Elektrisk utrustning och automatisering av elektrolysanläggningar

Alla elektroder i elektrolysbad är vanligtvis parallellkopplade, så att elektrolysatorns ström består av summan av strömmarna för enskilda elektrodpar: tvärtom är spänningen i badet lika med spänningen i elektrodparen . Elektrolysbaden är i sin tur seriekopplade så att installationens totala spänning når hundratals volt. Ett undantag är vattennedbrytningsinstallationer gjorda enligt principen om en filterpress, där alla elektroder är seriekopplade.

På grund av att strömmarna i de elektrolyserade anläggningarna och storleken på anläggningarna är stora, är strömledningssystemet ganska grenat, med ett stort antal kontakter.

I fig. Figur 1 visar ett samlingsskenadiagram för ett elektrolysbad av aluminium. Som du kan se är det mycket komplext och ger dubbelriktad strömförsörjning genom kraftfulla busspaket och användning av flexibla termiska expansionskompensatorer.Dessutom, om det är nödvändigt att koppla bort baden under reparationer, tillhandahålls byglar som ansluter katodpaketen till två intilliggande bad, och tar därigenom bort ett av dem.

Ris. 1. Samlingsskena för ett elektrolysbad av aluminium med en kontinuerlig anod och sidoströmförsörjning: 1 — anodstegare, 2 — anodskena, 3 — kompensationsskena, 4 — flexibla anodskenor, 5 — stifts skenkontakt, 6 — katodskena skenstav , 7 — flexibel katodbuss, 8 — paket katodbuss.

Aluminium och koppar används som material för skenor, mer sällan järn. Ekonomisk strömtäthet vid elektrolys är 0,3 — 0,4 för aluminiumskenor, 1,0 — 1,3 för kopparskenor, 0,15 — 0,2 A/mm2 för stål- och gjutjärnsskenor.

Däckens tvärsnitt kontrolleras för spänningsförlust (högst 3%), för uppvärmning (maximal temperatur 70 ° C vid en omgivningstemperatur på 25 ° C) och för mekanisk hållfasthet. Fasta kontaktanslutningar görs genom tryck (däcken komprimeras mellan två gjutna stålplåtar, åtdragna med bultar) eller svetsade. Pluggkontakterna är bultade. Kil- eller excentriska klämmor är mer pålitliga och bekväma.

På grund av sin högre effekt matas elektrolysanläggningar vanligtvis från ett högspänningsnät, och speciella nedtrappningstransformatorer används för att matcha matningsspänningen till anläggningens spänning genom att leverera omvandlingsenheter för att omvandla trefas växelström till likström .

Halvledarlikriktare med jämn spänningsreglering används för att driva elektrolysanläggningar med hög effekt, eftersom deras effektivitet är hög (98 — 99%), de är mer pålitliga och hållbara, lätta att underhålla, ständigt redo för drift, tysta och inga giftiga utsläpp.

När man skapar kraftfulla elektrolysanläggningar är det nödvändigt att inkludera halvledarventiler parallellt och ibland i serie, vilket orsakar svårigheter på grund av en viss spridning av deras egenskaper. För att utjämna strömfördelningen mellan ventilerna i parallellkoppling och spänningen i serie används speciella kretslösningar.

Eftersom halvledarventiler inte klarar av betydande ström- och spänningsöverbelastningar används speciella skyddsanordningar som kortsluter ventilerna i händelse av fel och stänger av dem när en farlig ökning av spänning eller driftström inträffar.

Reglering av den likriktade spänningen i installationer med halvledardioder är endast möjlig på AC-sidan. För detta används växling av spänningsstegen för huvudreduceringstransformatorn eller en speciell styrtransformator med en fjärrstegsomkopplare. En mättningsreaktor ingår i varje arm av likriktarbryggan för smidig spänningsreglering.

Ventilarrangemang utförs vanligtvis i skåp tillverkade för strömmar på 13 000 och 25 000 A och för likriktad spänning på 300 — 465 V. Konverteringsstationer som matar elektrolysanläggningar kompletteras av skåpen. Kylning av likriktarskåp kan vara luft eller vatten.

Automatisk justering av omvandlarenheterna kan göras på tre sätt: för konstant spänning, för konstant effekt, för konstant ström.

DC-spänningsreglering ger också konstant ström för processer där det inte finns några anodeffekter. För aluminiumelektrolysanläggningar är ett sådant system inte tillfredsställande, eftersom med uppkomsten av anodeffekter minskar strömmen i en serie bad och badens produktivitet minskar, speciellt med samtidiga anodeffekter i flera bad. I det här fallet kan inte bara produktiviteten för en serie bad sjunka med 20 - 30%, utan också det termiska driftsättet för elektrolysbaden störs.

Vid konstant effektreglering upprätthålls den senare av en konstant regulator; i ovanstående fall sjunker serieströmmen men mindre än i föregående fall då regulatorn ökar spänningen. Med denna reglering sker inga förändringar i energiförbrukningen, vilket är önskvärt för kraftsystemet, utan kräver en spänningsmarginal vid omvandlingsstationen.

DC-reglering är bäst när det gäller att uppfylla processkrav. Men med en sådan reglering, i händelse av ett spänningsfall i försörjningsnätet eller uppkomsten av en anodeffekt, ökar regulatorn matningsspänningen och energiförbrukningen ökar. Därför kräver detta styrsystem både spännings- och effektreserver i transformatorstationen (vanligtvis inom 7-10%).

Nyligen har arbetet påbörjats med att använda parametriska strömkällor för att driva elektrolysanläggningar, där en anodeffekt uppstår, som automatiskt stabiliserar växelströmmen oavsett förändringar i dess resistans.

Vanligtvis installeras elektrolysbad längs byggnadskroppens axel i två eller fyra rader, och kraftöverföringsstationen är ansluten till badets kropp genom busskanaler i busskanaler eller med ramper. Inuti huset är samlingsskenorna placerade i samlingsskenor på båda sidor om cellerna.

Diagram över rörelse av joner under kopparelektrolys Elektrolyt - kopparsulfatlösning hälls i ett kärl och två kopparplattor (elektroder) sänks ner i det. De processer som sker under elektrolys diskuteras i artiklarna Vad är elektrolys och Elektrolys - räkneexempel.