Падение напряжения в ошиновке

Падение напряжения в ошиновке электролизёра принимаем на основании замеров на промышленных электролизерах, U_О = 0,25 В.

Падение напряжения в общесерийной ошиновке принимаем на основании практических данных, U_ОО = 0,016 В.

Данные расчётов сводим в таблицу 2.

Таблица 2 - Электрический баланс электролизера на силу тока _____ кА

Размеры в вольтах

При расчёте электрического баланса получают значения напряжений (дать определение):

Ucp -

Up -

Uгр -

Тепловой баланс электролизера

Нормальная работа электролизёра возможна только при соблюдении теплового равновесия, т.е. когда приход и расход тепла в единицу времени при установившемся режиме электролиза становятся равными: Qпр = Qрасх

Приход тепла в электролизёр осуществляется от прохождения постоянного электрического тока и от сгорания анодной массы. В этом случае уравнение теплового баланса можно представить в виде:

Qэл + Qан = Q_Г + Q _Al + Q_газ + Qп, (38)

где Qэл - приход тепла от электроэнергии;

Qан - приход тепла от сгорания анода;

Q_Г - расход тепла на разложение глинозёма;

Q _Al - тепло, уносимое с вылитым металлом;

Q_газ - тепло, уносимое отходящими газами;

Qп - потери тепла в окружающее пространство.

Приход тепла

1.1 Приход тепла от прохождения электрического тока Qэл, кДж определяется по уравнению:

Q эл = 3600 * I * U_гр * τ (39)

где 3600 – тепловой эквивалент одного кВт*ч, кДж;

I – сила тока, кА;

U_гр – греющее напряжение, В (из таблицы 2);

τ – время, один час.

Q эл =

1.2 Приход тепла от сгорания угольного анода Qан, кДж определяется следующей зависимостью:

Qан = Р¹_СО2 ^* ∆H^T_CO2 + Р¹_{СО *} H^T_CO (40)

где Р¹_СО2 и Р¹_СО – число киломолей оксидов углерода; определяется исходя из формул (10 и 11):

∆Н^Т_СО2 и ∆Н^Т_СО – тепловые эффекты реакций образования СО₂ и СО при 25˚С (298 К):

∆H²⁹⁸_СО2 = 394 070 кДж/кмоль

∆H²⁹⁸_СО = 110 616 кДж/кмоль

Р¹_СО2 = (41)

Р¹_СО2 = ----------

Р¹_СО = (42)

Р¹_СО = ---------

Qан =

Расход тепла

2.1 На разложение глинозема расходуется тепла Q_Г, кДж:

Q_Г = R¹_Г * ∆H^T_Г (43)

где R¹_Г - расход глинозёма, кмоль, (формула 44)

∆H^T_Г - 1676000 кДж/кмоль, тепловой эффект образования оксида алюминия при 25˚С (298 К)

R¹_Г = (44)

R¹_Г = ---------------

Q_Г =

2.2 Потери тепла с выливаемым из ванны алюминием рассчитываются, исходя из условия, что количество вылитого алюминия соответствует количеству наработанного за то же время. При температуре выливаемого алюминия 960°С энтальпия алюминия ∆H^T1_Al составляет 43982 кДж/кмоль, а при 25 °С энтальпия алюминия ∆H^T2_Al равна 6716 кДж/кмоль. Отсюда потери тепла Q_Al, кДж с выливаемым алюминием составят:

Q_Al = Р¹_Al * (∆H^T1_Al - ∆H^T2_Al) (45)

где Р¹_Al - количество наработанного алюминия, кмоль определяемое по формуле:

Р¹_Al = (46)

Р¹_Al = ------------------

Q_Al =

2.3 Унос тепла с газами при колокольной системе газоотсоса рассчитываем, принимая, что разбавление газов за счет подсоса воздуха в систему отсутствует. В этом случае ведем расчет на основные компоненты анодных газов – оксид и диоксид углерода. Тогда унос тепла с газами Q_газ, кДж будет равен:

Q_газ = Р¹_СО * (ΔH^T1_CO - ΔH^T2_CO) + Р¹_СО2 * (∆H^T1_CO2 - ∆H_T2^CO2) (47)

где Р¹_СО и Р¹_СО2 – количество CO и CO₂, кмоль

∆H^T1_CO – энтальпия СО при температуре 550°С, равна 24860 кДж/кмоль

∆H^T2_CO – энтальпия СО при температуре 25°С, равна 8816 кДж/кмоль

ΔH^T1_CO2 – энтальпия СО₂ при температуре 550°С, равна 40488 кДж/кмоль

ΔH^T2_CO2 –энтальпия СО₂ при температуре 25°С соответственно, 16446 кДж/кмоль

Q_газ =

2.4 Потери тепла в окружающую среду определяются на основании законов теплоотдачи конвекцией, излучением и теплопроводностью. Так как электролизер представляет собой сложную систему, изготовленную из различных материалов, то для упрощения расчетов, потери тепла конструктивными элементами электролизёра Q_П, кДж определяются по разности между приходом тепла и расходом по рассчитанным статьям:

Qп = (Q эл + Qан) - (Q_Г + Q_Al + Q_газ) (48)

Qп =

Результаты расчета представлены в таблице 3

Таблица 3 - Тепловой балансэлектролизера на силу тока_____кА

Расчет цеха

Переменный ток напряжением 220 кВ от энергосистемы поступает на понизительные подстанции завода, где напряжение понижается до 10 кВ. Далее через распределительные системы шин переменный ток подаётся на кремниево – преобразовательные подстанции (КПП), где преобразуется в постоянный, а напряжение понижается до 850 В.

КПП сооружаются вблизи электролизных корпусов, чтобы избежать больших потерь постоянного тока в ошиновке на участке от подстанции до электролизёра, а также больших затрат на устройство шинопроводов.

Серия электролиза алюминия состоит из двух корпусов и питается постоянным током от одной КПП. Электролизёры в серии соединены в электрическую цепь последовательно. Значит, число работающих электролизеров в серии определяется суммой средних напряжений электролизеров и напряжением выпрямительных агрегатов. При этом также учитываются:

- потери напряжения U₁ в шинопроводах КПП (принимаем 1 %),

- резерв напряжения U₂ для компенсации возможных колебаний во внешней электросети (принимаем 1 %),

- резерв напряжения U₃ для предупреждения снижения силы тока при возникновении анодного эффекта (принимаем 30 В).

1 Расчёт рабочего напряжения КПП

Для подстанции на 850 В рабочее напряжение серии U, В составит:

U = 850 - (U₁ + U₂ + U₃) (49)

U =

2 Число установленных электролизёров в серии

Рабочего напряжения серии …… В достаточно, чтобы установить N электролизеров:

N = (50)

где U - напряжение серии U, В

U_СР - среднее напряжение на электролизере, В (таблица 2);

ΔU_АЭ - доля увеличения напряжения от анодных эффектов, В (таблица 2)

При двухрядном симметричном расположении электролизеров в корпусе, число установленных электролизёров серии Nу должно быть кратно четырём. Тогда в серии возможно установить

Nу = ____ электролизёров, которые размещены в двух корпусах по ___ электролизеров в каждом.