Elektrisk utstyr og automatisering av elektrolyseanlegg

Alle elektroder i elektrolysebad er vanligvis koblet parallelt, slik at strømmen til elektrolysatoren består av summen av strømmene til individuelle elektrodepar: tvert imot er spenningen i badet lik spenningen i elektrodeparene . Elektrolysebadene er på sin side koblet i serie, slik at den totale spenningen til installasjonen når hundrevis av volt. Et unntak er vannspaltningsinstallasjoner laget etter prinsippet om en filterpresse, hvor alle elektroder er koblet i serie.

På grunn av det faktum at strømmene i de elektrolyserte plantene og størrelsene på plantene er store, er strømledningssystemet ganske forgrenet, med et stort antall kontakter.

I fig. 1 viser et samleskinnediagram for et aluminiumelektrolysebad. Som du kan se er det veldig komplekst, og gir toveis strømforsyning gjennom kraftige busspakker og bruk av fleksible termiske ekspansjonskompensatorer.I tillegg, i tilfelle det er nødvendig å koble fra badene under reparasjoner, er det utstyrt med jumpere som kobler katodepakkene til to tilstøtende bad, og fjerner dermed en av dem.

Ris. 1. Samleskinne for et aluminiumelektrolysebad med en kontinuerlig anode og sidestrømforsyning: 1 — anodestigerør, 2 — anodesamleskinne, 3 — kompensasjonsskinne, 4 — fleksible anodesamleskinner, 5 — stift samleskinnekontakt, 6 — katodesamleskinne , 7 — fleksibel katodebuss, 8 — pakke katodebuss.

Aluminium og kobber brukes som materiale for skinner, sjeldnere jern. Økonomisk strømtetthet kl elektrolyse er 0,3 — 0,4 for aluminiumsskinner, 1,0 — 1,3 for kobberskinner, 0,15 — 0,2 A/mm2 for stål- og støpejernsskinner.

Tverrsnittet til dekkene kontrolleres for spenningstap (ikke mer enn 3%), for oppvarming (maksimal temperatur 70 ° C ved en omgivelsestemperatur på 25 ° C) og for mekanisk styrke. Faste kontaktforbindelser lages ved trykk (dekkene komprimeres mellom to støpte stålplater, strammes med bolter) eller sveises. Pluggkontaktene er boltet. Kile- eller eksentriske klemmer er mer pålitelige og praktiske.

På grunn av sin høyere effekt blir elektrolyseanlegg vanligvis matet fra et høyspentnett, og spesielle nedtrappingstransformatorer brukes for å matche forsyningsspenningen til anleggets spenning ved å levere konverteringsenheter for å konvertere trefaset vekselstrøm til likestrøm .

Halvlederlikerettere med jevn spenningsregulering brukes til å drive elektrolyseanlegg med høy effekt, fordi deres effektivitet er høy (98 — 99%), de er mer pålitelige og holdbare, enkle å vedlikeholde, konstant klare for drift, stille og ingen giftige utslipp.

Når du lager kraftige elektrolyseanlegg, er det nødvendig å inkludere halvlederventiler parallelt, og noen ganger i serie, noe som forårsaker vanskeligheter på grunn av en viss spredning av deres egenskaper. For å utjevne strømfordelingen mellom ventilene i parallellkopling og spenningen i serie benyttes spesielle kretsløsninger.

Siden halvlederventiler ikke er i stand til å motstå betydelig strøm- og spenningsoverbelastning, brukes spesielle beskyttelsesanordninger som kortslutter ventilene ved feil og slår dem av når det oppstår en farlig økning i spenning eller driftsstrøm.

Regulering av likerettet spenning i installasjoner med halvlederdioder er kun mulig på AC-siden. For dette brukes svitsjing av spenningstrinnene til hovednedtrappingstransformatoren eller en spesiell styretransformator med fjerntrinnsbryter. En metningsreaktor er inkludert i hver arm av likeretterbroen for jevn spenningsregulering.

Ventilarrangement utføres vanligvis i skap produsert for strømmer på 13 000 og 25 000 A og for likerettede spenninger på 300 — 465 V. Konvertering av transformatorstasjoner som mater elektrolyseanlegg fullføres av skap. Kjøling av likeretterskap kan være luft eller vann.

Automatisk justering av omformerenhetene kan gjøres på tre måter: for konstant spenning, for konstant effekt, for konstant strøm.

DC spenningsregulering gir også konstant strøm for prosesser der det ikke er anodeeffekter. For aluminiumelektrolyseanlegg er et slikt system ikke tilfredsstillende, fordi med utseendet av anodiske effekter, reduseres strømmen i en serie bad og produktiviteten til badene reduseres, spesielt med samtidige anodiske effekter i flere bad. I dette tilfellet kan ikke bare produktiviteten til en serie bad falle med 20 - 30%, men også den termiske driftsmodusen til elektrolysebadene blir forstyrret.

Ved konstant effektregulering opprettholdes sistnevnte av en konstant regulator; i tilfellet ovenfor synker seriestrømmen, men mindre enn i det forrige tilfellet ettersom regulatoren øker spenningen. Med denne forskriften er det ingen endringer i energiforbruk, som er ønskelig for kraftsystemet, men krever spenningsmargin ved ombyggingsstasjon.

DC-regulering er best når det gjelder å møte prosesskrav. Men med en slik regulering, i tilfelle spenningsfall i forsyningsnettet eller utseende av en anodeeffekt, øker regulatoren forsyningsspenningen og energiforbruket øker. Derfor krever dette kontrollsystemet både spennings- og effektreserver i transformatorstasjonen (typisk innenfor 7-10%).

Nylig har det startet arbeidet med bruk av parametriske strømkilder for å drive elektrolyseanlegg, der det oppstår en anodeeffekt, som automatisk stabiliserer vekselstrømmen uavhengig av endringer i motstanden.

Vanligvis installeres elektrolysebad langs bygningskroppens akse i to eller fire rader, og kraftoverføringsstasjonen er koblet til karets kropp gjennom busskanaler i busskanaler eller med ramper. Inne i huset er samleskinnene plassert i samleskinnekanaler på begge sider av cellene.

Diagram over bevegelse av ioner under kobberelektrolyse Elektrolytt - kobbersulfatløsning helles i et kar og to kobberplater (elektroder) senkes ned i den. Prosessene som skjer under elektrolyse er omtalt i artiklene Hva er elektrolyse og Elektrolyse - regneeksempler.