Падение напряжения в катодном устройстве

3.3.6 Падение напряжения в катодном устройстве.

Определяется как сумма всех потерь

3.4 Падение напряжения за счет анодных эффектов

где: /U_А.Э. - напряжение анодного эффекта до 40 в, К - количество анодных эффектов в сутки 1 шт, U_РАБ - принимаем 4,25 в, τ - продолжительность анодного эффекта, принимаем 2 мин.

3.5 Греющее напряжение

ΔU_ГР = ΔU_А + ΔU_ПОД + ΔU_ЭЛ + ΔU_А.Э. + U_РАЗЛ=

= 0,254 + 0,32 + 1,6 + 0,0496 + 1,65 = 3,8736 в

3.6 Рабочее напряжение

ΔU_РАБ = ΔU_ЭЛ + U_РАЗЛ + ΔU_{КАТ. УСТР.} + ΔU_{АН. УСТР.} + ΔU_{ОБЩЕСЕР.} =

= 1,6 + 1,65 + 0,4839 + 0,4546 + 0,05 = 4,2385 в

3.7 Среднее напряжение

ΔU_СР = ΔU_РАБ + ΔU_А.Э.

где ΔU_{ОБЩЕСЕР} - падение напряжения в общесерийной ошиновке, принимаем 0,05в

ΔU_РАБ = 4,2385 + 0,0496 = 4,2881 в

Данные из расчета сводим в таблицу

3.8 Определяем основные показатели

Выход по энергии

где:

η_i - выход по току, принимаем 0,9

с - электрохимический эквивалент 0,336 г/А·ч

Удельный расход электроэнергии

4) Тепловой расчет

Данный расчет составляется для t = 25 ^° С. При выполнении данного расчета учитывается уравнение теплового баланса.

Q_ЭЛ + Q_{СГОР. АНОДА} = Q_РАЗЛ + Q_МЕТ + Q_ГАЗ + Q_ПОТ

4.1 Приход 4.1.1 Тепло от электроэнергии

I - сила тока 70 кА

U_ГР - напряжение греющее 3,87 в

Q_ЭЛ = 3,6 · 10³ · I · U_ГР = 3,6 · 10³ · 70 · 3,87 =975240 кДж/ч

4.1.2 Тепло от сгорания анода

Q_{СГОР. АНОДА} = P_CO · ΔН_CO + P_CO2 · ΔН_CO2

где: ΔН_СО2 и ΔН_СО - тепловой эффект образования реакции СО₂ и СО.

По справочнику:

ΔНсо₂ = 394070 кДж. /кМоль

ΔНсо = 110616 кДж. кМоль

P_CO и P_CO2 количества СО иСО₂ в кило молях

,

где: m - объемная доля СО₂ в анодных газах, принимаем 0,6 или 60%

Q_{СГОР. АНОДА} = 0,294 · 110616 + 0,440 · 394070 =

= 32521,1 + 173390,8 = 205911,9 кДж/ч

4.1.3 Суммарный приход тепла

Q_ПРИХ = Q_{СГОР. АНОДА} + Q_ЭЛ = 205911,9 + 975240 = 1181151,9 кДж/ч

4.2 Расход тепла 4.2.1 На разложение глинозема

Q_РАЗЛ = Р_АI2О3 · Н_Т^АL2О3

где: Н_Т^АI2О3 - тепловой эффект образования реакции глинозема при температуре 25 ˚С.

По справочнику:

Н_Т^АI2О3 = 1676000 кДж. /кМоль

Р_АI2О3 - расход глинозема на электрическое разложение

где: F - число Фарадея 26,8 А·ч

Q_РАЗЛ = 0,39 · 1676000 = 653640 кДж/ч

4.2.2 С выливкой металла

Определяется из условия равенства вылитого AI и наработанного за то же время

Q_МЕТ = Р_AI · (ΔН⁹⁶⁰ - ΔН²⁵)

где:

27 - атомная масса алюминия

ΔН⁹⁶⁰ - теплосодержание алюминия при температуре 960 ˚С - 43982 кДж/моль

ΔН²⁵ - теплосодержание алюминия при температуре 20 ˚С - 6716 кДж/моль

Q_МЕТ = 0,78 · (43982 - 6716) = 29067,5 кДж/ч

4.2.3 Унос тепла с газами

Q_ГАЗ = V · C · (t₂ - t₁)

где:

V - объем газов, принимаем 7600 м³/ч

С - теплоемкость анодных газов 1,4 кДж/м³·°С

t₁, t₂ - температура газов 25 °С, 50 °С

Q_ГАЗ = 7600 · 1,4 · (50 - 25) = 266000 кДж/ч

4.2.4 Потери тепла с поверхности электролизера

Q_ПОТ = Q_ПРИХ - (Q_РАЗЛ + Q_МЕТ + Q_ГАЗ) =

= 1181151,9 - (653640 + 29067,5 + 266000) = 232444,4 кДж/ч

5) Расчет числа электролизеров в серии

Число работающих электролизеров определяется U_СР и U_{ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ}. Для серии электролизеров выпрямительный агрегат имеет U = 850 в. Учитываются потери напряжения в шинопроводах подстанции, принимаем 1%. Резерв напряжения при снижении I при анодном эффекте принимаем 40 в. Резерв напряжения для компенсации колебаний напряжения во внешней электросети 1%. При этом напряжение серии составит:

U_СЕРИИ = 850 - (8,5 + 40 + 8,5) = 793 в

Число работающих электролизеров

Число резервных электролизеров

Производительность серии в год

Р = I · 8760 · 0,336 · n_РАБ · η_i · 10^-6 =

= 70000 · 8760 · 0,336 · 185 · 0,9 · 10^-6 = 34305 т/год