Elektrické zariadenia a automatizácia elektrolýznych zariadení

Všetky elektródy v elektrolýznych kúpeľoch sú zvyčajne zapojené paralelne, takže prúd elektrolyzéra pozostáva zo súčtu prúdov jednotlivých párov elektród: naopak, napätie v kúpeli sa rovná napätiu v pároch elektród. . Elektrolýzne vane sú zas zapojené do série, takže celkové napätie inštalácie dosahuje stovky voltov. Výnimkou sú zariadenia na rozklad vody vyrobené na princípe kalolisu, kde sú všetky elektródy zapojené do série.

Vzhľadom na to, že prúdy v elektrolyzovaných zariadeniach a veľkosti zariadení sú veľké, systém vedenia prúdu je značne rozvetvený s veľkým počtom kontaktov.

Na obr. 1 znázorňuje schému prípojníc pre hliníkový elektrolytický kúpeľ. Ako vidíte, je veľmi zložitý, poskytuje obojsmerné napájanie prostredníctvom výkonných zberníc a využíva flexibilné kompenzátory tepelnej rozťažnosti.Okrem toho, v prípade, že je potrebné počas opravy odpojiť vane, sú k dispozícii prepojky, ktoré spájajú katódové balíčky dvoch susedných vaní, čím sa odstráni jeden z nich.

Ryža. 1. Prípojnica pre hliníkový elektrolytický kúpeľ s jednou súvislou anódou a bočným napájaním prúdu: 1 — anódová stúpačka, 2 — anódová prípojnica, 3 — kompenzačná prípojnica, 4 — ohybné anódové prípojnice, 5 — kolíkový prípojnicový kontakt, 6 — katódová tyč prípojnice, 7 — flexibilná katódová zbernica, 8 — obalová katódová zbernica.

Ako materiál na koľajnice sa používa hliník a meď, menej často železo. Ekonomická prúdová hustota pri elektrolýza je 0,3 — 0,4 pre hliníkové prípojnice, 1,0 — 1,3 pre medené prípojnice, 0,15 — 0,2 A / mm2 pre oceľové a liatinové prípojnice.

Prierez pneumatík sa kontroluje na stratu napätia (nie viac ako 3%), na zahrievanie (maximálna teplota 70 ° C pri teplote okolia 25 ° C) a na mechanickú pevnosť. Pevné kontaktné spoje sú tlakové (pneumatiky sú stlačené medzi dvoma oceľovými plechmi, utiahnuté skrutkami) alebo zvárané. Kontakty zástrčky sú priskrutkované. Klinové alebo excentrické svorky sú spoľahlivejšie a pohodlnejšie.

Kvôli ich vyššiemu výkonu sú elektrolýzne zariadenia zvyčajne napájané z vysokonapäťovej siete a používajú sa špeciálne znižovacie transformátory na prispôsobenie napájacieho napätia napätiu rastlín dodávaním konverzných jednotiek na konverziu trojfázového striedavého prúdu na jednosmerný prúd. .

Polovodičové usmerňovače s plynulou reguláciou napätia sa používajú na napájanie elektrolýz s vysokým výkonom, pretože ich účinnosť je vysoká (98 — 99 %), sú spoľahlivejšie a odolnejšie, nenáročné na údržbu, neustále pripravené na prevádzku, tiché a bez toxických emisií.

Pri vytváraní výkonných zariadení na elektrolýzu je potrebné zahrnúť polovodičové ventily paralelne a niekedy aj sériovo, čo spôsobuje ťažkosti v dôsledku určitého rozptylu ich charakteristík. Na vyrovnanie rozloženia prúdu medzi ventilmi v paralelnom zapojení a napätím v sérii sa používajú špeciálne obvodové riešenia.

Keďže polovodičové ventily nie sú schopné vydržať výrazné prúdové a napäťové preťaženie, používajú sa špeciálne ochranné zariadenia, ktoré v prípade poruchy ventily skratujú a pri nebezpečnom zvýšení napätia alebo prevádzkového prúdu ich vypnú.

Regulácia usmerneného napätia v inštaláciách s polovodičovými diódami je možná len na AC strane. Na to sa používa spínanie napäťových stupňov hlavného znižovacieho transformátora alebo špeciálneho riadiaceho transformátora s diaľkovým stupňovým spínačom. Pre plynulú reguláciu napätia je v každom ramene usmerňovacieho mostíka zahrnutá saturačná tlmivka.

Usporiadanie ventilov sa zvyčajne vykonáva v skriniach vyrábaných pre prúdy 13 000 a 25 000 A a pre usmernené napätie 300 — 465 V. Rozvádzače napájajúce elektrolýzu sú doplnené skriňami. Chladenie skríň usmerňovača môže byť vzduchové alebo vodné.

Automatické nastavenie meničových jednotiek je možné vykonať tromi spôsobmi: pre konštantné napätie, pre konštantný výkon, pre konštantný prúd.

Regulácia jednosmerného napätia tiež poskytuje konštantný prúd pre procesy, kde nie sú žiadne anódové efekty. Pre zariadenia na elektrolýzu hliníka nie je takýto systém vyhovujúci, pretože s objavením sa anodických efektov sa prúd v sérii kúpeľov znižuje a produktivita kúpeľov klesá, najmä pri súčasnom anodickom efekte vo viacerých kúpeľoch. V tomto prípade môže klesnúť nielen produktivita série kúpeľov o 20 - 30%, ale je narušený aj tepelný režim prevádzky elektrolýznych kúpeľov.

Pri regulácii konštantného výkonu je tento udržiavaný konštantným regulátorom; vo vyššie uvedenom prípade sériový prúd klesá, ale menej ako v predchádzajúcom prípade, pretože regulátor zvyšuje napätie. Pri tejto regulácii nedochádza k zmenám spotreby energie, čo je pre elektrizačnú sústavu žiadúce, ale vyžaduje si napäťovú rezervu na transformačnej stanici.

DC regulácia je najlepšia z hľadiska splnenia procesných požiadaviek. Pri takejto regulácii však v prípade poklesu napätia v napájacej sieti alebo objavenia sa anódového efektu regulátor zvyšuje napájacie napätie a zvyšuje sa spotreba energie. Preto tento riadiaci systém vyžaduje napäťové aj výkonové rezervy v rozvodni meniča (zvyčajne v rozmedzí 7-10 %).

V poslednom čase sa začalo pracovať na využití parametrických zdrojov prúdu pre napájanie elektrolýz, v ktorých dochádza k anódovému efektu, ktorý automaticky stabilizuje striedavý prúd bez ohľadu na zmeny jeho odporu.

Obvykle sú elektrolýzne vane inštalované pozdĺž osi telesa budovy v dvoch alebo štyroch radoch a rozvodňa je pripojená k telesu vane cez zbernicové kanály v zbernicových kanáloch alebo rampy. Vo vnútri krytu sú prípojnice umiestnené v kanáloch prípojníc na oboch stranách buniek.

Schéma pohybu iónov pri elektrolýze medi Elektrolyt - roztok síranu meďnatého sa naleje do nádoby a do nej sa spustia dve medené platne (elektródy). Procesy vyskytujúce sa počas elektrolýzy sú diskutované v článkoch Čo je elektrolýza a Elektrolýza - príklady výpočtu.