電解プラントの電気機器および自動化
電解槽内のすべての電極は通常並列に接続されているため、電解槽の電流は個々の電極対の電流の合計で構成されます。逆に、電解槽内の電圧は電極対の電圧に等しくなります。 。電解槽は直列に接続されているため、設備の総電圧は数百ボルトに達します。例外は、フィルタープレスの原理に基づいて作成された水分解装置であり、すべての電極が直列に接続されています。
電解プラント内の電流とプラントのサイズが大きいという事実により、電流リード線システムは非常に分岐しており、多数の接点が存在します。
図では。図１は、アルミニウム電解槽の母線図を示す。ご覧のとおり、これは非常に複雑で、強力なバス パックと柔軟な熱膨張補償器の使用を通じて双方向の電源を提供します。さらに、修理中に槽を切り離す必要がある場合に備えて、隣接する 2 つの槽の陰極パックを接続するジャンパーが提供されており、これによりそのうちの 1 つを取り外すことができます。
米。 1. 1 つの連続アノードおよび側方電流供給を備えたアルミニウム電解槽用バスバー: 1 — アノード ライザー、2 — アノード バスバー、3 — 補償バスバー、4 — フレキシブル アノード バスバー、5 — ピン バスバー コンタクト、6 — カソード バスバー ロッド、 7 — フレキシブルカソードバス、8 — パッケージカソードバス。
レールの材料としてアルミニウムと銅が使用されますが、鉄の場合はあまりありません。経済的電流密度 電解 アルミニウムバスバーの場合は 0.3 ～ 0.4、銅バスバーの場合は 1.0 ～ 1.3、鋼および鋳鉄バスバーの場合は 0.15 ～ 0.2 A / mm2 です。
タイヤの断面の張力損失 (3% 以下)、加熱 (周囲温度 25 °C で最高温度 70 °C)、および機械的強度が検査されます。固定接触接続は、圧力（タイヤを 2 枚の鋳鋼板の間で圧縮し、ボルトで締め付ける）または溶接によって行われます。プラグコンタクトはボルトで固定されています。ウェッジまたは偏心クランプは、より信頼性が高く便利です。
電解プラントは電力が高いため、通常、高電圧ネットワークから電力が供給され、三相交流を直流に変換する変換ユニットを供給することにより、供給電圧をプラントの電圧に一致させるために特別な降圧変圧器が使用されます。 。
スムーズな電圧調整を備えた半導体整流器は、効率が高く (98 ～ 99%)、信頼性と耐久性が高く、メンテナンスが容易で、常に運転準備ができており、静かで有害な排出物がないため、電解プラントに高電力で電力を供給するために使用されます。
強力な電解プラントを作成する場合、半導体バルブを並列、または場合によっては直列に組み込む必要がありますが、特性の一定のばらつきにより困難が生じます。並列接続されたバルブ間の電流分布と直列電圧を均等化するために、特別な回路ソリューションが使用されます。
半導体バルブは重大な電流および電圧の過負荷に耐えることができないため、故障時にバルブを短絡し、電圧または動作電流の危険な増加が発生した場合にバルブをオフにする特別な保護装置が使用されます。
半導体ダイオードを使用した設備の整流電圧の調整は、AC 側でのみ可能です。このために、メイン降圧変圧器の電圧ステップの切り替え、またはリモートステップスイッチを備えた特別な制御変圧器が使用されます。整流器ブリッジの各アームには飽和リアクトルが組み込まれており、スムーズな電圧調整を実現します。
バルブの配置は通常、電流 13,000 および 25,000 A、整流電圧 300 ～ 465 V 用に製造されたキャビネットで行われます。電解プラントに電力を供給する変電所はキャビネットによって完成されます。整流器キャビネットの冷却には空気または水が使用できます。
コンバータユニットの自動調整は、定電圧用、定電力用、定電流用の3通りの方法で行うことができます。
DC 電圧調整は、アノード効果がないプロセスに定電流も提供します。アルミニウム電解プラントの場合、このようなシステムは満足のいくものではありません。陽極効果が現れると、特に複数の浴で同時に陽極効果が生じると、一連の浴の電流が減少し、浴の生産性が低下するからです。この場合、一連の浴の生産性が 20 ～ 30% 低下するだけでなく、電解浴の熱動作モードも乱れます。
定電力制御では、後者は定電力制御器によって維持されます。上記の場合、直列電流は低下しますが、レギュレータが電圧を上昇させるため、前の場合よりも減少します。この規制では、エネルギー消費に変化はなく、これは電力システムにとって望ましいことですが、変換変電所での電圧マージンが必要です。
プロセス要件を満たすという点では、DC 規制が最適です。しかし、このような調整では、供給ネットワークで電圧降下が発生した場合、またはアノード効果が現れた場合、レギュレータは供給電圧を上昇させ、エネルギー消費が増加します。したがって、この制御システムは、コンバータ変電所に電圧と電力の両方の予備力 (通常 7 ～ 10% 以内) を必要とします。
最近、電気分解プラントに電力を供給するためのパラメトリック電流源の使用に関する研究が始まりました。この電流源では、抵抗の変化に関係なく交流電流を自動的に安定させるアノード効果が発生します。
通常、電解槽は建屋の軸に沿って2列または4列に設置され、変電所と槽本体はバスダクト内のバスダクトやランプで接続されています。ハウジング内部では、バスバーはセルの両側のバスバー チャネルに配置されています。
銅の電気分解中のイオンの動きの図 電解液である硫酸銅溶液を容器に注ぎ、2枚の銅板（電極）をその中に下げます。電気分解中に発生するプロセスについては、次の記事で説明されています。 電気分解とは と 電気分解 - 計算例.