Elektrická zařízení a automatizace elektrolyzérů

Všechny elektrody v elektrolýzních lázních jsou obvykle zapojeny paralelně, takže proud elektrolyzéru se skládá ze součtu proudů jednotlivých párů elektrod: naopak napětí v lázni se rovná napětí v párech elektrod. . Elektrolytické lázně jsou zase zapojeny do série, takže celkové napětí instalace dosahuje stovek voltů. Výjimkou jsou instalace na rozklad vody na principu kalolisu, kde jsou všechny elektrody zapojeny do série.

Vzhledem k tomu, že proudy v elektrolyzovaných závodech a velikosti závodů jsou velké, je systém proudového vedení značně rozvětvený, s velkým počtem kontaktů.

Na Obr. 1 znázorňuje schéma přípojnic pro hliníkovou elektrolytickou lázeň. Jak vidíte, je velmi komplexní, poskytuje obousměrné napájení prostřednictvím výkonných sběrnicových sad a použití flexibilních kompenzátorů tepelné roztažnosti.Kromě toho pro případ, že je nutné během opravy odpojit lázně, jsou k dispozici propojky, které spojují katodové sady dvou sousedních lázní, čímž se jedna z nich odstraní.

Rýže. 1. Přípojnice pro hliníkovou elektrolytickou lázeň s jednou spojitou anodou a bočním přívodem proudu: 1 — anodová stoupačka, 2 — anodová přípojnice, 3 — kompenzační přípojnice, 4 — pružné anodové přípojnice, 5 — kolíkový přípojnicový kontakt, 6 — katodová přípojnice, 7 — flexibilní katodová sběrnice, 8 — obalová katodová sběrnice.

Jako materiál pro kolejnice se používá hliník a měď, méně často železo. Ekonomická proudová hustota při elektrolýza je 0,3 — 0,4 pro hliníkové přípojnice, 1,0 — 1,3 pro měděné přípojnice, 0,15 — 0,2 A / mm2 pro ocelové a litinové přípojnice.

Průřez pneumatik se kontroluje na ztrátu tahu (ne více než 3 %), na zahřívání (maximální teplota 70 °C při teplotě okolí 25 °C) a na mechanickou pevnost. Pevné kontaktní spoje jsou tlakové (pneumatiky jsou stlačeny mezi dvěma ocelovými litými deskami, utaženy šrouby) nebo svařeny. Kontakty zástrčky jsou šroubované. Klínové nebo excentrické svorky jsou spolehlivější a pohodlnější.

Kvůli vyššímu výkonu jsou elektrolýzy obvykle napájeny z vysokonapěťové sítě a pro přizpůsobení napájecího napětí napětí elektrárny se používají speciální transformátory snižující napětí tím, že dodávají konverzní jednotky pro přeměnu třífázového střídavého proudu na stejnosměrný proud. .

Polovodičové usměrňovače s plynulou regulací napětí se používají k napájení elektrolýz vysokým výkonem, protože jejich účinnost je vysoká (98 — 99 %), jsou spolehlivější a odolnější, nenáročné na údržbu, neustále připravené k provozu, tiché a bez toxických emisí.

Při vytváření výkonných elektrolýzních zařízení je nutné zahrnout polovodičové ventily paralelně a někdy i sériově, což způsobuje potíže kvůli určitému rozptylu jejich charakteristik. Pro vyrovnání rozložení proudu mezi ventily v paralelním zapojení a napětím v sérii se používají speciální obvodová řešení.

Protože polovodičové ventily nejsou schopny odolat značnému proudovému a napěťovému přetížení, používají se speciální ochranná zařízení, která ventily v případě poruchy zkratují a vypnou při nebezpečném zvýšení napětí nebo provozního proudu.

Regulace usměrněného napětí v instalacích s polovodičovými diodami je možná pouze na straně AC. K tomu se používá spínání napěťových stupňů hlavního snižovacího transformátoru nebo speciálního řídicího transformátoru s dálkovým stupňovým spínačem. V každém rameni usměrňovacího můstku je zahrnuta saturační tlumivka pro plynulou regulaci napětí.

Uspořádání ventilů se obvykle provádí ve skříních vyráběných pro proudy 13 000 a 25 000 A a pro usměrněné napětí 300 — 465 V. Skříněmi jsou doplněny měnírny napájející elektrolýzy. Chlazení usměrňovacích skříní může být vzduchové nebo vodní.

Automatické nastavení měničových jednotek lze provést třemi způsoby: pro konstantní napětí, pro konstantní výkon, pro konstantní proud.

Regulace stejnosměrného napětí také zajišťuje konstantní proud pro procesy, kde nedochází k anodovým efektům. Pro zařízení na elektrolýzu hliníku není takový systém vyhovující, protože s výskytem anodických jevů klesá proud v řadě lázní a klesá produktivita lázní, zejména při současném anodickém působení v několika lázních. V tomto případě může nejen klesnout produktivita řady lázní o 20 — 30 %, ale také je narušen tepelný režim provozu elektrolýzních lázní.

Při konstantní regulaci výkonu je tento udržován konstantním regulátorem; ve výše uvedeném případě sériový proud klesá, ale méně než v předchozím případě, protože regulátor zvyšuje napětí. Při této regulaci nedochází ke změnám spotřeby energie, což je pro elektrizační soustavu žádoucí, ale vyžaduje napěťovou rezervu na transformační stanici.

DC regulace je nejlepší z hlediska plnění procesních požadavků. Při takové regulaci však v případě poklesu napětí v napájecí síti nebo výskytu anodového efektu regulátor zvyšuje napájecí napětí a zvyšuje se spotřeba energie. Proto tento řídicí systém vyžaduje napěťové i výkonové rezervy v měnírně (typicky v rozmezí 7-10 %).

V poslední době se začalo pracovat na využití parametrických zdrojů proudu pro napájení elektrolýz, u kterých dochází k anodovému efektu, který automaticky stabilizuje střídavý proud bez ohledu na změny jeho odporu.

Obvykle se elektrolýzní vany instalují podél osy tělesa budovy ve dvou nebo čtyřech řadách a rozvodna je s tělesem vany propojena sběrnicovými kanály ve sběrnicových kanálech nebo rampami. Uvnitř krytu jsou přípojnice umístěny v přípojnicových kanálech na obou stranách článků.

Schéma pohybu iontů při elektrolýze mědi Elektrolyt - roztok síranu měďnatého se nalije do nádoby a do ní se spustí dvě měděné desky (elektrody). Procesy probíhající během elektrolýzy jsou diskutovány v článcích Co je elektrolýza a Elektrolýza - příklady výpočtů.