Equipament elèctric i automatització de plantes d'electròlisi

Tots els elèctrodes dels banys d'electròlisi solen estar connectats en paral·lel, de manera que el corrent de l'electrolitzador consisteix en la suma dels corrents de parells d'elèctrodes individuals: per contra, la tensió del bany és igual a la tensió dels parells d'elèctrodes. . Els banys d'electròlisi, al seu torn, estan connectats en sèrie, de manera que la tensió total de la instal·lació arriba a centenars de volts. Una excepció són les instal·lacions de descomposició d'aigua fetes amb el principi d'un filtre premsa, on tots els elèctrodes estan connectats en sèrie.

A causa del fet que els corrents a les plantes electrolitzades i les mides de les plantes són grans, el sistema de plom actual és força ramificat, amb un gran nombre de contactes.

A la fig. La figura 1 mostra un diagrama de barres per a un bany d'electròlisi d'alumini. Com podeu veure és molt complex, proporciona una font d'alimentació bidireccional a través de potents paquets de bus i l'ús de compensadors d'expansió tèrmica flexibles.A més, en cas que sigui necessari desconnectar els banys durant les reparacions, es proporcionen ponts que connecten els paquets de càtodes de dos banys adjacents, eliminant així un d'ells.

Arròs. 1. Barra colectora per a un bany d'electròlisi d'alumini amb un ànode continu i subministrament de corrent lateral: 1 - elevador d'ànode, 2 - barra colectora ànode, 3 - barra colectora de compensació, 4 - barres colectores ànode flexibles, 5 - contacte de barra de pins, 6 - barra de barra de càtode, 7 — bus de càtode flexible, 8 — bus de càtode de paquet.

L'alumini i el coure s'utilitzen com a material per als rails, menys sovint el ferro. Densitat de corrent econòmica a electròlisi és 0,3 - 0,4 per a barres d'alumini, 1,0 - 1,3 per a barres de coure, 0,15 - 0,2 A / mm2 per a barres d'acer i ferro colat.

La secció transversal dels pneumàtics es comprova per a la pèrdua de tensió (no més del 3%), per a la calefacció (temperatura màxima 70 ° C a una temperatura ambient de 25 ° C) i per a la resistència mecànica. Les connexions de contacte fix es realitzen per pressió (els pneumàtics es comprimeixen entre dues plaques d'acer fos, es tensen amb cargols) o es solden. Els contactes de l'endoll estan cargolats. Les pinces de falca o excèntriques són més fiables i còmodes.

A causa de la seva potència més alta, les plantes d'electròlisi solen alimentar-se des d'una xarxa d'alta tensió i s'utilitzen transformadors especials reductors per fer coincidir la tensió d'alimentació amb la tensió de les plantes subministrant unitats de conversió per convertir el corrent altern trifàsic en corrent continu. .

Els rectificadors de semiconductors amb regulació de tensió suau s'utilitzen per alimentar plantes d'electròlisi amb gran potència, perquè la seva eficiència és alta (98-99%), són més fiables i duradors, fàcils de mantenir, constantment preparats per al funcionament, silenciosos i sense emissions tòxiques.

A l'hora de crear potents plantes d'electròlisi, cal incloure vàlvules semiconductors en paral·lel, i de vegades en sèrie, la qual cosa provoca dificultats per una certa dispersió de les seves característiques. Per igualar la distribució de corrent entre les vàlvules en connexió en paral·lel i la tensió en sèrie, s'utilitzen solucions de circuits especials.

Atès que les vàlvules semiconductors no són capaços de suportar sobrecàrregues de corrent i tensió importants, s'utilitzen dispositius de protecció especials que curtcircuita les vàlvules en cas de fallada i les apaguen quan es produeix un augment perillós de tensió o corrent de funcionament.

La regulació de la tensió rectificada en instal·lacions amb díodes semiconductors només és possible en el costat AC. Per a això, s'utilitza la commutació dels passos de tensió del transformador reductor principal o un transformador de control especial amb un interruptor de pas a distància. S'inclou un reactor de saturació a cada braç del pont rectificador per a una regulació suau de la tensió.

La disposició de les vàlvules s'acostuma a dur a terme en armaris fabricats per a corrents de 13.000 i 25.000 A i per a tensió rectificada de 300 — 465 V. Les subestacions de conversió que alimenten les plantes d'electròlisi es completen amb els armaris. La refrigeració dels armaris rectificadors pot ser per aire o aigua.

L'ajust automàtic de les unitats convertidores es pot fer de tres maneres: per tensió constant, per potència constant, per corrent constant.

La regulació de tensió de CC també proporciona un corrent constant per als processos on no hi ha efectes d'ànode. Per a les plantes d'electròlisi d'alumini, aquest sistema no és satisfactori, ja que amb l'aparició d'efectes anòdics, el corrent en una sèrie de banys disminueix i la productivitat dels banys disminueix, especialment amb efectes anòdics simultanis en diversos banys. En aquest cas, no només la productivitat d'una sèrie de banys pot baixar entre un 20 i un 30%, sinó que també es veu alterat el mode de funcionament tèrmic dels banys d'electròlisi.

En regulació de potència constant, aquesta última es manté per un regulador constant; en el cas anterior el corrent en sèrie baixa però menys que en el cas anterior a mesura que el regulador augmenta la tensió. Amb aquesta regulació, no hi ha canvis en el consum d'energia, que és desitjable per al sistema elèctric, però requereix un marge de tensió a la subestació de conversió.

La regulació DC és la millor pel que fa a complir els requisits del procés. Tanmateix, amb aquesta regulació, en cas de caiguda de tensió a la xarxa de subministrament o l'aparició d'un efecte ànode, el regulador augmenta la tensió d'alimentació i augmenta el consum d'energia. Per tant, aquest sistema de control requereix reserves tant de tensió com de potència a la subestació del convertidor (normalment entre el 7-10%).

Recentment, s'ha començat a treballar en l'ús de fonts de corrent paramètrics per alimentar plantes d'electròlisi, en les quals es produeix un efecte ànode, que estabilitza automàticament el corrent altern independentment dels canvis en la seva resistència.

Normalment, els banys d'electròlisi s'instal·len al llarg de l'eix del cos de l'edifici en dues o quatre files, i la subestació elèctrica es connecta al cos del bany mitjançant conductes d'autobús en conductes d'autobús o per rampes. Dins de la carcassa, les barres es troben en canals de barres a banda i banda de les cèl·lules.

Diagrama del moviment dels ions durant l'electròlisi de coure L'electròlit - la solució de sulfat de coure s'aboca en un recipient i s'hi baixen dues plaques de coure (elèctrodes). Els processos que es produeixen durant l'electròlisi es discuteixen als articles Què és l'electròlisi i Electròlisi - exemples de càlcul.