Электрический расчет электролизера

2.3 Электрический расчет электролизера

 

Электрический расчет электролизера выполняется с целью определения греющего, среднего и рабочего напряжения.

Исходные данные:

Сила тока 155кА

Выход по току 86%

Размер анода 2750 х 8440мм.

Площадь анода 227941

Высота столба анода 1600мм.

Количество штырей 72шт.

Анодная плотность тока 0,68А/см²

Размер шахты 4050 х 9440мм.

Глубина шахты 550мм.

Расстояние от анода до продольной

стенки шахты 650мм.

до торцевой стенки 550мм.

Количество подовых секций 15 х 2 = 30шт.

Сечение катодных стержней 115 х 230мм.

Ошиновка электролизера. Анодная ошиновка

Определяем общее сечение шин стояков, при этом принимаем плотность тока в шиноподводе 0,4

Принимает алюминиевые шины сечения 430 х 60мм, тогда число шин в стояках будет равно:

П = 387500 / (430 * 60) = 15 шт.

Катодная ошиновка

Катодная часть ошиновки состоит из гибких листпусков отводящих ток от катодных стержней подшин к катодным шинам. Сечение лент в пакете 1.5 х 200мм.

где 0,7 - плотность тока в лентах А/мм;

30 - количество пакетов

Тогда количество лент в одном пакете

Падение напряжения в анодной ошиновке

Падение напряжения в анодной ошиновке состоящей из стояков Lст - 3,0м. и анодных пакетов 9,9м. (размеры определяются конструкцией электролизера).

Сечение анодной ошиновки определено 387500 по которым протекает ток J = 155кА

где ча.о. - электросопротивление анодной ошиновки

Для определения электросопротивления анодной ошиновки - ча.о., необходимо найти удельное сопротивление , при средней t⁰50⁰C.

Принимаем удельное электросопротивление  при t⁰20⁰C.

d = 0,004

Отсюда электросопротивление в анодной ошиновке будет равно:

Падение напряжения в аноде

При ориентированных расчетах определения падения напряжения в аноде используем уравнение:

Находим площадь сечения анода

Sa = 275 * 844 = 232100мм²

где к - количество штырей 72шт.;

- средне расстояние от торцов всех токоведущих штырей до подошвы;

- анодная плотность тока принимаем 0,7;

 - вреднее удельное электросопротивление 0,008ом.см.

Среднее расстояние от торцов штырей до подошвы анода () может быть определено из выражения:

где - минимальное расстояние от торца штыря до подошвы анода 25см.;

n_ч - число горизонтов установки штырей принимаем 2;

 - шаг между горизонтами 20.

Подставляем в формулу М.А. Коробова найденные значения:

Ua = 0,565 B

Принимает из практических данных, что падение напряжения штырь-штанга Uшт - 0,01В падение напряжения в контактах Uконт - 0,01В.

Падение напряжения в анодном узле

Состоит из суммы падений напряжения в аноде и контактах.

Падение напряжения в электролите

Где сила тока 15000А.

Р - удельное сопротивление электролита, 0,500ом.см. при К.О. 2,5;

 - межполюсное расстояние 5,5см.

Sa - 232100см²

2 * (А + В) - периметр

(844 + 275) * 2 = 2238см.

Падение напряжения в катодном устройстве

Складывается из напряжения в подине, в частях катодных стержней, в соединительных пакетах, в контактах соединений стержень-пакет-ошиновка.

где  - приведенная длина тока по катодному блоку.

 - удельное сопротивление прошивных блоков, принимаем по данным ВАМН 3,72*10^-3.

Вш - половина ширины шахты ванны.

а - ширина бортовой настыли шахты ванны, при условии оптимальной ее формы и составляет 60см.

 - ширина катодного блока с учетом набивочного шва 55 + 4 = 59см.

Sст - площадь сечения катодного стержня 115 х 230 = 365см².

ia - анодная плотность тока 0.7А/см.

Приведенную длину пути тока () по катодному блоку, вычисляем по уравнению:

где Н - высота катодного блока 40см.

и в - соответственно ширина и высота катодного стержня с учетом чугунной заливки = 13см. в = 26см.

Тогда

В формулу Коробова подставляем полученные значения:

Падение напряжения на участках катодных стержней на выступающих из подины участков катодных стержней.

Определяем исходя из следующих данных:

Общая площадь катодных стержней:

Sк = 115 *230 * 30 = 793500мм²

где 30 - количество стержней.

Длина выступающей части катодных стержней из конструктивного расчета

При этой температуре удельное электросопротивление стали составляет

Сопротивление стальных стержней

Исходя из полученных данных, определяем падение напряжения на участках катодных стержней.

Падение напряжения в алюминиевых соединительных лентах ΔUл

Определяем площадь сечения алюминиевых лент:

Конструктивная длина алюминиевых лент:

Удельное сопротивление алюминия при средней t⁰ лент 80⁰C

.

Находим общее сопротивление в соединительных лентах

Падение напряжения в них составит:

Принимаем из практических данных катодные контакты 0,01В

Падение напряжения в катодном узле

Складывается из падения напряжения на подине, катодных контактов, падения напряжения на алюминиевых лентах и участках катодных стержней.

Напряжение разложения

Для электролизеров с полусухими анодами с верхним токоподводом напряжения разложения рассчитывается по формуле:

где

Падение напряжения от анодных эффектов

Определяем по формуле:

где - превышение напряжения в электролизере во время анодных эффектов.

t - продолжительность анодного эффекта.

n - количество вспышек.

24; 60 - количество минут в сутках.

Частота анодных эффектов от 0,5 - 1; выбираем 1 анодный эффект.

Напряжение от анодных эффектов от 35 - 50В; выбираем 35В.

Продолжительность анодных эффектов 2 - 3мин.; выбираем 2 минуты.

Расчет падения напряжения в ошиновке

Падение напряжения в катодной ошиновке при ее длине , площади поперечного сечения  и удельном сопротивлении  составит:

Греющее напряжение

Определяем по формуле:

где Uа.у. - падение напряжения в анодном узле.

Uк.у. - падение напряжения в катодном узле.

Uэл. - падение напряжения в электролите.

Uн.р. - направление разложения.

Uан.эф. - падение напряжения от анодного эффекта.

Суммируя все составляющие находим среднее напряжение:

Падение напряжения в общесерийной ошиновке принимаем по практическим данным 0,04В.

Отсюда

Удельный расход электроэнергии

где J - сила тока.

A - часовая производительность.

24 - количество часов в сутках

Баланс напряжения электролиза

Таблица 4 - Баланс напряжения электролиза

Статьи падения напряжения	Падение напряжения
	Uгр	Uраб	Uср	Всего
				В	%
Анодные контакты Анод	+ +	+ +	+ +	0,02 0,565	0,45 12,7
Итого в анодном устройстве	+	+	+	0,585	13,1
Электролит Напряжение разложения	+ +	+ +	+ +	1,70 1,38	38,2 31
Итого в электролите	+	+	+	3,08	69,2
Подина Контакты катодного узла Катодный стержень Катодные алюминиевые ленты	+ + + +	+ + + +	+ + + +	0,35 0,01 0,013 0,020	7,86 0,22 0,29 0,45
Итого в катодном устройстве	+	+	+	0,393	8,83

Продолжение Таблицы 4

Статьи падения напряжения	Падение напряжения
	Uгр	Uраб	Uср	Всего
				В	%
Анодная ошиновка Катодная ошиновка	- -	+ +	+ +	0,18 0,13	4,04 2,9
Итого в ошиновке	-	+	+	0,31	6,97
Падение напряжения от анодного эффекта общесерийная ошиновка	+ -	- +	+ +	0,048 0,04	1,1 0,90
Всего:	4,1	4,4	4,45	4,45	100