Elektrisk udstyr og automatisering af elektrolyseanlæg

Alle elektroder i elektrolysebade er normalt forbundet parallelt, således at elektrolysatorens strøm består af summen af ​​strømmene af individuelle elektroderpar: tværtimod er spændingen i badet lig med spændingen i elektrodeparrene . Elektrolysebadene er på sin side forbundet i serie, så installationens samlede spænding når hundredvis af volt. En undtagelse er vandnedbrydningsinstallationer udført efter princippet om en filterpresse, hvor alle elektroder er serieforbundne.

På grund af det faktum, at strømmene i de elektrolyserede anlæg og størrelserne på anlæggene er store, er strømledningssystemet ret forgrenet, med et stort antal kontakter.

I fig. 1 viser et samleskinnediagram for et aluminiumelektrolysebad. Som du kan se, er det meget komplekst og giver tovejs strømforsyning gennem kraftfulde buspakker og brug af fleksible termiske ekspansionskompensatorer.Derudover, i tilfælde af at det er nødvendigt at afbryde badene under reparationer, leveres jumpere, der forbinder katodepakkerne på to tilstødende bade og derved fjerner et af dem.

Ris. 1. Samleskinne til et aluminiumselektrolysebad med én kontinuerlig anode og sidestrømforsyning: 1 — anodestige, 2 — anodeskinne, 3 — kompensationsskinne, 4 — fleksible anodeskinne, 5 — stift skinnekontakt, 6 — katodeskinnestang , 7 — fleksibel katodebus, 8 — pakke katodebus.

Aluminium og kobber bruges som materiale til skinner, sjældnere jern. Økonomisk strømtæthed ved elektrolyse er 0,3 — 0,4 for alu skinner, 1,0 — 1,3 for kobber skinner, 0,15 — 0,2 A/mm2 for stål og støbejerns skinner.

Dækkenes tværsnit kontrolleres for spændingstab (ikke mere end 3%), for opvarmning (maksimal temperatur 70 ° C ved en omgivelsestemperatur på 25 ° C) og for mekanisk styrke. Faste kontaktforbindelser laves ved tryk (dækkene komprimeres mellem to støbte stålplader, spændes med bolte) eller svejses. Stikkontakterne er boltet. Kile- eller excentriske klemmer er mere pålidelige og bekvemme.

På grund af deres højere effekt bliver elektrolyseanlæg normalt forsynet fra et højspændingsnetværk, og specielle step-down transformere bruges til at matche forsyningsspændingen til anlæggenes spænding ved at levere konverteringsenheder til at omdanne trefaset vekselstrøm til jævnstrøm .

Halvlederensrettere med jævn spændingsregulering bruges til at drive elektrolyseanlæg med høj effekt, fordi deres effektivitet er høj (98 — 99%), de er mere pålidelige og holdbare, nemme at vedligeholde, konstant klar til drift, lydløse og ingen giftige emissioner.

Når du opretter kraftige elektrolyseanlæg, er det nødvendigt at inkludere halvlederventiler parallelt og nogle gange i serie, hvilket forårsager vanskeligheder på grund af en vis spredning af deres egenskaber. For at udligne strømfordelingen mellem ventilerne i parallelforbindelse og spændingen i serie anvendes specielle kredsløbsløsninger.

Da halvlederventiler ikke er i stand til at modstå betydelige strøm- og spændingsoverbelastninger, bruges specielle beskyttelsesanordninger, der kortslutter ventilerne i tilfælde af fejl og slukker dem, når der opstår en farlig stigning i spænding eller driftsstrøm.

Regulering af den ensrettede spænding i installationer med halvlederdioder er kun mulig på AC-siden. Til dette bruges omskiftning af spændingstrinene på hovedtrinstransformatoren eller en speciel styretransformator med en fjerntrinskontakt. En mætningsreaktor er inkluderet i hver arm af ensretterbroen for jævn spændingsregulering.

Ventilarrangement udføres sædvanligvis i skabe fremstillet til strømstyrker på 13.000 og 25.000 A og til ensrettet spænding på 300 — 465 V. Konverteringsstationer, der forsyner elektrolyseanlæg, færdiggøres af skabene. Køling af ensretterskabe kan være luft eller vand.

Automatisk justering af konverterenhederne kan udføres på tre måder: for konstant spænding, for konstant effekt, for konstant strøm.

DC-spændingsregulering giver også konstant strøm til processer, hvor der ikke er anodeeffekter. For aluminiumelektrolyseanlæg er et sådant system ikke tilfredsstillende, fordi med fremkomsten af ​​anodiske effekter falder strømmen i en serie af bade, og produktiviteten af ​​badene falder, især ved samtidige anodiske effekter i flere bade. I dette tilfælde kan ikke kun produktiviteten af ​​en serie bade falde med 20 - 30%, men også den termiske driftsform for elektrolysebadene er forstyrret.

Ved konstant effektregulering opretholdes sidstnævnte af en konstant regulator; i ovenstående tilfælde falder seriestrømmen, men mindre end i det foregående tilfælde, da regulatoren øger spændingen. Med denne regulering sker der ingen ændringer i energiforbruget, hvilket er ønskeligt for elsystemet, men kræver en spændingsmargin på ombygningsstationen.

DC-regulering er den bedste i forhold til at opfylde proceskrav. Men med en sådan regulering, i tilfælde af et spændingsfald i forsyningsnettet eller forekomsten af ​​en anodeeffekt, øger regulatoren forsyningsspændingen, og energiforbruget stiger. Derfor kræver dette styresystem både spændings- og effektreserver i omformerstationen (typisk inden for 7-10%).

For nylig er arbejdet påbegyndt med brugen af ​​parametriske strømkilder til at drive elektrolyseanlæg, hvor der opstår en anodeeffekt, som automatisk stabiliserer vekselstrømmen uanset ændringer i dens modstand.

Normalt installeres elektrolysebade langs bygningskroppens akse i to eller fire rækker, og strømforsyningsstationen er forbundet med badets krop gennem buskanaler i buskanaler eller ved ramper. Inde i huset er skinnerne placeret i skinnekanaler på begge sider af cellerne.

Diagram over bevægelse af ioner under kobberelektrolyse Elektrolyt - kobbersulfatopløsning hældes i en beholder, og to kobberplader (elektroder) sænkes ned i den. De processer, der sker under elektrolyse, diskuteres i artiklerne Hvad er elektrolyse og Elektrolyse - regneeksempler.