Elektrooprema i automatizacija elektroliznih postrojenja

Sve elektrode u kupkama za elektrolizu obično su spojene paralelno, tako da se struja elektrolizatora sastoji od zbroja struja pojedinih parova elektroda: naprotiv, napon u kupki jednak je naponu u parovima elektroda. . Kupke za elektrolizu su pak spojene u seriju, tako da ukupni napon instalacije doseže stotine volti. Izuzetak su instalacije za razgradnju vode izrađene na principu filter preše, gdje su sve elektrode spojene u seriju.

Zbog velike struje u elektrolizama i veličine postrojenja, sustav strujnih dovoda je prilično razgranat, s velikim brojem kontakata.

Na sl. Slika 1 prikazuje dijagram sabirnica za kupku za elektrolizu aluminija. Kao što vidite, vrlo je složen, pruža dvosmjerno napajanje putem moćnih sabirnica i korištenjem fleksibilnih kompenzatora toplinske ekspanzije.Osim toga, u slučaju da je potrebno odspojiti kupke tijekom popravaka, predviđeni su skakači koji povezuju katodne pakete dviju susjednih kupki, čime se uklanja jedna od njih.

Riža. 1. Sabirnica za kupku za elektrolizu aluminija s jednom kontinuiranom anodom i bočnim dovodom struje: 1 — anodni uspon, 2 — anodna sabirnica, 3 — kompenzacijska sabirnica, 4 — fleksibilne anodne sabirnice, 5 — kontakt sabirnice igle, 6 — šipka katodne sabirnice, 7 — fleksibilna katodna sabirnica, 8 — paketna katodna sabirnica.

Kao materijal za tračnice koriste se aluminij i bakar, rjeđe željezo. Ekonomska gustoća struje pri elektroliza iznosi 0,3 — 0,4 za aluminijske sabirnice, 1,0 — 1,3 za bakrene sabirnice, 0,15 — 0,2 A / mm2 za sabirnice od čelika i lijevanog željeza.

Presjek guma provjerava se na gubitak napetosti (ne više od 3%), na zagrijavanje (maksimalna temperatura 70 ° C pri temperaturi okoline od 25 ° C) i na mehaničku čvrstoću. Fiksni kontaktni spojevi izvode se pritiskom (gume se stisnu između dvije lijevane čelične ploče, zategnu vijcima) ili zavarenim. Utični kontakti su pričvršćeni vijcima. Klinaste ili ekscentrične stezaljke su pouzdanije i praktičnije.

Zbog svoje veće snage, postrojenja za elektrolizu obično se napajaju iz visokonaponske mreže, a koriste se posebni silazni transformatori za usklađivanje napona napajanja s naponom postrojenja opskrbom jedinicama za pretvaranje trofazne izmjenične struje u istosmjernu .

Poluvodički ispravljači s glatkom regulacijom napona koriste se za napajanje elektroliznih postrojenja velike snage, jer im je učinkovitost visoka (98 — 99%), pouzdaniji su i dugotrajniji, laki za održavanje, stalno spremni za rad, tihi i bez štetnih emisija.

Pri izradi snažnih elektroliznih postrojenja potrebno je uključiti poluvodičke ventile paralelno, a ponekad i serijski, što uzrokuje poteškoće zbog određene disperzije njihovih karakteristika. Za izjednačavanje raspodjele struje između ventila u paralelnoj vezi i napona u seriji koriste se posebna sklopna rješenja.

Budući da poluvodički ventili nisu u stanju podnijeti značajna strujna i naponska preopterećenja, koriste se posebni zaštitni uređaji koji u slučaju kvara kratko spajaju ventile i isključuju ih kada dođe do opasnog povećanja napona ili radne struje.

Regulacija ispravljenog napona u instalacijama s poluvodičkim diodama moguća je samo na izmjeničnoj strani. Za to se koristi prebacivanje naponskih koraka glavnog silaznog transformatora ili posebnog upravljačkog transformatora s daljinskim stepenastim prekidačem. Reaktor zasićenja uključen je u svaki krak ispravljačkog mosta za glatku regulaciju napona.

Raspored ventila obično se izvodi u ormarima proizvedenim za struje od 13 000 i 25 000 A i za ispravljeni napon od 300 - 465 V. Pretvorne stanice koje napajaju postrojenja za elektrolizu upotpunjene su ormarima. Hlađenje ispravljačkih ormara može biti zračno ili vodeno.

Automatsko podešavanje pretvaračkih jedinica može se izvršiti na tri načina: za konstantni napon, za konstantnu snagu, za konstantnu struju.

Regulacija istosmjernog napona također osigurava konstantnu struju za procese u kojima nema anodnih učinaka. Za postrojenja za elektrolizu aluminija takav sustav nije zadovoljavajući, jer s pojavom anodnih učinaka opada struja u nizu kupki i smanjuje se produktivnost kupki, osobito kod istovremenih anodnih učinaka u više kupki. U ovom slučaju, ne samo da produktivnost niza kupelji može pasti za 20 - 30%, već je poremećen i toplinski način rada kupki za elektrolizu.

Kod stalne regulacije snage, potonja se održava stalnim regulatorom; u gornjem slučaju serijska struja pada, ali manje nego u prethodnom slučaju kako regulator povećava napon. Ovom regulacijom nema promjena u potrošnji energije, što je poželjno za elektroenergetski sustav, ali zahtijeva naponsku rezervu na trafostanici.

DC regulacija je najbolja u smislu ispunjavanja zahtjeva procesa. Međutim, ovakvom regulacijom, u slučaju pada napona u opskrbnoj mreži ili pojave anodnog efekta, regulator povećava napon napajanja i povećava se potrošnja energije. Stoga ovaj sustav upravljanja zahtijeva i rezerve napona i snage u transformatorskoj podstanici (obično unutar 7-10%).

Nedavno se počelo raditi na korištenju parametarskih izvora struje za napajanje postrojenja za elektrolizu u kojima se javlja anodni efekt koji automatski stabilizira izmjeničnu struju bez obzira na promjene njezina otpora.

Obično se kupke za elektrolizu postavljaju duž osi tijela zgrade u dva ili četiri reda, a trafostanica je povezana s tijelom kupelji preko sabirnih kanala u sabirnim kanalima ili rampama. Unutar kućišta, sabirnice su smještene u sabirničkim kanalima s obje strane ćelija.

Dijagram gibanja iona pri elektrolizi bakra U posudu se ulije elektrolit - otopina bakrenog sulfata i u nju se spuste dvije bakrene ploče (elektrode). U člancima se raspravlja o procesima koji se odvijaju tijekom elektrolize Što je elektroliza i Elektroliza - primjeri proračuna.