Elektrische uitrusting en automatisering van elektrolyse-installaties

Alle elektroden in elektrolysebaden zijn meestal parallel geschakeld, zodat de stroom van de elektrolyseur bestaat uit de som van de stromen van individuele paren elektroden: integendeel, de spanning in het bad is gelijk aan de spanning in de paren elektroden . De elektrolysebaden zijn op hun beurt in serie geschakeld, waardoor de totale spanning van de installatie honderden volt bereikt. Een uitzondering vormen waterontledingsinstallaties die zijn gemaakt volgens het principe van een filterpers, waarbij alle elektroden in serie zijn geschakeld.

Vanwege het feit dat de stromingen in de geëlektrolyseerde planten en de afmetingen van de planten groot zijn, is het huidige leidingsysteem behoorlijk vertakt, met een groot aantal contacten.

In afb. 1 toont een stroomrailschema voor een aluminium elektrolysebad. Zoals u kunt zien, is het zeer complex en biedt het bidirectionele voeding via krachtige buspakketten en het gebruik van flexibele thermische uitzettingscompensatoren.Bovendien, voor het geval het nodig is om de baden los te koppelen tijdens reparaties, zijn er jumpers voorzien die de kathodepakketten van twee aangrenzende baden verbinden, waardoor een ervan wordt verwijderd.

Rijst. 1. Busbar voor een aluminium elektrolysebad met één continue anode en zijdelingse stroomvoorziening: 1 — anode-stijgbuis, 2 — anode-rail, 3 — compensatierail, 4 — flexibele anode-rails, 5 — penrailcontact, 6 — kathoderail-staaf, 7 — flexibele kathodebus, 8 — pakketkathodebus.

Aluminium en koper worden gebruikt als materiaal voor rails, minder vaak ijzer. Economische stroomdichtheid bij elektrolyse is 0,3 - 0,4 voor aluminium rails, 1,0 - 1,3 voor koperen rails, 0,15 - 0,2 A / mm2 voor stalen en gietijzeren rails.

De dwarsdoorsnede van de banden wordt gecontroleerd op spanningsverlies (niet meer dan 3%), op verwarming (maximumtemperatuur 70°C bij een omgevingstemperatuur van 25°C) en op mechanische sterkte. Vaste contactverbindingen worden gemaakt door druk (de banden worden samengedrukt tussen twee gietstalen platen, vastgezet met bouten) of gelast. De stekkercontacten zijn geschroefd. Wig- of excentrische klemmen zijn betrouwbaarder en handiger.

Vanwege hun hogere vermogen worden elektrolyse-installaties meestal gevoed vanuit een hoogspanningsnetwerk en worden speciale step-down transformatoren gebruikt om de voedingsspanning af te stemmen op de spanning van de installatie door conversie-eenheden te leveren om driefasige wisselstroom om te zetten in gelijkstroom .

Halfgeleidergelijkrichters met soepele spanningsregeling worden gebruikt om elektrolyse-installaties met een hoog vermogen aan te drijven, omdat hun efficiëntie hoog is (98 - 99%), ze betrouwbaarder en duurzamer zijn, gemakkelijk te onderhouden, constant klaar voor gebruik, stil en geen giftige emissies.

Bij het maken van krachtige elektrolyse-installaties is het noodzakelijk om halfgeleiderkleppen parallel en soms in serie op te nemen, wat problemen veroorzaakt vanwege een zekere spreiding van hun kenmerken. Om de stroomverdeling tussen de kleppen in parallelschakeling en de spanning in serie gelijk te maken, worden speciale circuitoplossingen gebruikt.

Omdat halfgeleiderkleppen niet bestand zijn tegen aanzienlijke stroom- en spanningsoverbelastingen, worden speciale beveiligingsinrichtingen gebruikt die de kleppen kortsluiten in geval van storing en uitschakelen wanneer een gevaarlijke toename van spanning of bedrijfsstroom optreedt.

Regeling van de gelijkgerichte spanning in installaties met halfgeleiderdioden is alleen aan de AC-zijde mogelijk. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van het schakelen van de spanningstrappen van de hoofdafbouwtrafo of een speciale stuurtrafo met een afstandstrapschakelaar. In elke arm van de gelijkrichterbrug is een verzadigingsreactor opgenomen voor een soepele spanningsregeling.

Klepopstelling wordt meestal uitgevoerd in kasten die zijn vervaardigd voor stromen van 13.000 en 25.000 A en voor gelijkgerichte spanning van 300 - 465 V. De ombouwstations die elektrolyse-installaties voeden, worden gecompleteerd door de kasten. Koeling van gelijkrichterkasten kan lucht of water zijn.

Automatische aanpassing van de omvormereenheden kan op drie manieren: voor constante spanning, voor constant vermogen, voor constante stroom.

DC-spanningsregeling zorgt ook voor een constante stroom voor processen waarbij er geen anode-effecten zijn. Voor aluminiumelektrolyse-installaties is een dergelijk systeem niet bevredigend, omdat met het optreden van anodische effecten de stroom in een reeks baden afneemt en de productiviteit van de baden afneemt, vooral bij gelijktijdige anodische effecten in meerdere baden. In dit geval kan niet alleen de productiviteit van een reeks baden met 20 - 30% dalen, maar wordt ook de thermische werking van de elektrolysebaden verstoord.

Bij constante vermogensregeling wordt dit laatste in stand gehouden door een constante regelaar; in het bovenstaande geval daalt de seriestroom maar minder dan in het vorige geval naarmate de regelaar de spanning verhoogt. Met deze regeling zijn er geen veranderingen in het energieverbruik, wat wenselijk is voor het energiesysteem, maar vereist een spanningsmarge bij het conversiestation.

DC-regeling is de beste als het gaat om het voldoen aan procesvereisten. Bij een dergelijke regeling verhoogt de regelaar echter in het geval van een spanningsval in het voedingsnetwerk of het optreden van een anode-effect de voedingsspanning en neemt het energieverbruik toe. Daarom vereist dit besturingssysteem zowel spannings- als vermogensreserves in het convertorsubstation (meestal binnen 7-10%).

Onlangs is begonnen met het gebruik van parametrische stroombronnen voor het voeden van elektrolyse-installaties, waarbij een anode-effect optreedt, dat de wisselstroom automatisch stabiliseert, ongeacht veranderingen in de weerstand ervan.

Gewoonlijk worden elektrolysebaden langs de as van het bouwlichaam in twee of vier rijen geïnstalleerd en wordt het krachtonderstation via buskanalen in buskanalen of via opritten met het lichaam van het bad verbonden. In de behuizing bevinden de rails zich in railkanalen aan beide zijden van de cellen.

Schema van beweging van ionen tijdens koperelektrolyse Elektrolyt - kopersulfaatoplossing wordt in een vat gegoten en twee koperen platen (elektroden) worden erin neergelaten. De processen die plaatsvinden tijdens elektrolyse worden in de artikelen besproken Wat is elektrolyse En Elektrolyse - rekenvoorbeelden.