Equipamentos elétricos e automação de plantas de eletrólise

Todos os eletrodos em banhos de eletrólise são geralmente conectados em paralelo, de modo que a corrente do eletrolisador consiste na soma das correntes de pares de eletrodos individuais: pelo contrário, a tensão no banho é igual à tensão nos pares de eletrodos . Os banhos de eletrólise, por sua vez, são ligados em série, de forma que a tensão total da instalação chega a centenas de volts. Uma exceção são as instalações de decomposição de água feitas com base no princípio de um filtro prensa, onde todos os eletrodos são conectados em série.

Devido ao fato de que as correntes nas usinas eletrolisadas e os tamanhos das usinas são grandes, o sistema de condução de corrente é bastante ramificado, com um grande número de contatos.

Na fig. 1 mostra um diagrama de barramento para um banho de eletrólise de alumínio. Como você pode ver, é muito complexo, fornecendo alimentação bidirecional por meio de poderosos pacotes de barramento e o uso de compensadores de expansão térmica flexíveis.Além disso, caso seja necessário desconectar os banhos durante os reparos, são fornecidos jumpers que conectam os pacotes de cátodos de dois banhos adjacentes, removendo assim um deles.

Arroz. 1. Barramento para um banho de eletrólise de alumínio com um ânodo contínuo e alimentação de corrente lateral: 1 — riser de ânodo, 2 — barramento de ânodo, 3 — barramento de compensação, 4 — barramento de ânodo flexível, 5 — contato do barramento de pinos, 6 — haste do barramento de cátodo, 7 — barramento catódico flexível, 8 — barramento catódico encapsulado.

Alumínio e cobre são usados ​​\u200b\u200bcomo material para trilhos, menos ferro. Densidade de corrente econômica em eletrólise é 0,3 — 0,4 para barramentos de alumínio, 1,0 — 1,3 para barramentos de cobre, 0,15 — 0,2 A / mm2 para barramentos de aço e ferro fundido.

A seção transversal dos pneus é verificada quanto à perda de tensão (não superior a 3%), quanto ao aquecimento (temperatura máxima de 70 ° C a uma temperatura ambiente de 25 ° C) e quanto à resistência mecânica. As conexões de contato fixo são feitas por pressão (os pneus são comprimidos entre duas chapas de aço fundido, apertadas com parafusos) ou soldadas. Os contatos do plugue são aparafusados. Grampos de cunha ou excêntricos são mais confiáveis ​​e convenientes.

Devido à sua maior potência, as usinas de eletrólise geralmente são alimentadas por uma rede de alta tensão, e transformadores abaixadores especiais são usados ​​para adequar a tensão de alimentação à tensão das usinas, fornecendo unidades de conversão para converter corrente alternada trifásica em corrente contínua .

Os retificadores semicondutores com regulação suave de tensão são usados ​​para alimentar plantas de eletrólise com alta potência, porque sua eficiência é alta (98 - 99%), são mais confiáveis ​​e duráveis, fáceis de manter, constantemente prontos para operação, silenciosos e sem emissões tóxicas.

Ao criar usinas de eletrólise potentes, é necessário incluir válvulas semicondutoras em paralelo e, às vezes, em série, o que causa dificuldades devido a uma certa dispersão de suas características. Para igualar a distribuição de corrente entre as válvulas em paralelo e a tensão em série, são utilizadas soluções de circuitos especiais.

Como as válvulas de semicondutores não são capazes de suportar sobrecargas significativas de corrente e tensão, são usados ​​dispositivos de proteção especiais que causam curto-circuito nas válvulas em caso de falha e as desligam quando ocorre um aumento perigoso na tensão ou na corrente operacional.

A regulação da tensão retificada em instalações com diodos semicondutores só é possível no lado CA. Para isso, é utilizada a comutação dos degraus de tensão do transformador abaixador principal ou um transformador de controle especial com chave degrau remota. Um reator de saturação está incluído em cada braço da ponte retificadora para uma regulação suave da tensão.

A disposição das válvulas é geralmente realizada em gabinetes fabricados para correntes de 13.000 e 25.000 A e para tensão retificada de 300 a 465 V. Subestações de conversão que alimentam plantas de eletrólise são completadas pelos gabinetes. O resfriamento dos gabinetes do retificador pode ser ar ou água.

O ajuste automático das unidades conversoras pode ser feito de três maneiras: para tensão constante, para potência constante, para corrente constante.

A regulação de tensão CC também fornece corrente constante para processos onde não há efeitos anódicos. Para usinas de eletrólise de alumínio, tal sistema não é satisfatório, pois com o aparecimento de efeitos anódicos, a corrente em uma série de banhos diminui e a produtividade dos banhos diminui, principalmente com efeitos anódicos simultâneos em vários banhos. Nesse caso, não apenas a produtividade de uma série de banhos pode cair de 20 a 30%, mas também o modo térmico de operação dos banhos de eletrólise é perturbado.

Na regulação de potência constante, esta é mantida por um regulador constante; no caso acima, a corrente em série cai, mas menos que no caso anterior, à medida que o regulador aumenta a tensão. Com esta regulação não há alteração no consumo de energia, o que é desejável para o sistema elétrico, mas requer uma margem de tensão na subestação de conversão.

A regulamentação DC é a melhor em termos de atendimento aos requisitos do processo. No entanto, com esta regulação, no caso de queda de tensão na rede de alimentação ou aparecimento de um efeito anódico, o regulador aumenta a tensão de alimentação e aumenta o consumo de energia. Portanto, este sistema de controle requer reservas de tensão e energia na subestação conversora (normalmente entre 7-10%).

Recentemente, iniciou-se o trabalho de utilização de fontes de corrente paramétricas para alimentação de usinas de eletrólise, nas quais ocorre um efeito anódico, que estabiliza automaticamente a corrente alternada independentemente de mudanças em sua resistência.

Normalmente, os banhos de eletrólise são instalados ao longo do eixo do corpo do edifício em duas ou quatro fileiras, e a subestação de energia é conectada ao corpo do banho por meio de dutos de ônibus em dutos de ônibus ou por rampas. Dentro da carcaça, os barramentos estão localizados em canais de barramento em ambos os lados das células.

Diagrama do movimento de íons durante a eletrólise de cobre Eletrólito - solução de sulfato de cobre é despejada em um recipiente e duas placas de cobre (eletrodos) são colocadas nele. Os processos que ocorrem durante a eletrólise são discutidos nos artigos o que é eletrólise e Eletrólise - exemplos de cálculo.