Электролизер для получения алюминия с боковым токоподводом на силу тока 80000А

justify">2.3.1.2 Определяем падение напряжения в анодных шинах.

ΔU = I*Rt*a/S_общ

S_общ = 43*6*7 = 1806

S_общ – сечение анодных шип равно сечению стояка

Rt_Al = 2,8 (1 + 0,0038 · t) · 10^-6 = 2,8*(1+0,0038*80)*10^-6 = 3,65*10^-6 Ом*см

Длина анодных шин принимается равная длине кожуха + 100 см

L_а.ш. = L_кож + 100см = 5850+ 100 = 5950 мм = 595 см

Падение напряжения в анодных шинах

ΔU_а.ш. = (I*3,65*10^-6*L_а.ш.)/S_общ = (80000*3,65*10^-6*595)/1806 = 0,096 В

Определяем количество рабочих штырей

n_шт = 2*(P-8*24)/35 =                                                                                  

где:

2 –  количество рабочих рядов, шт

Р –  периметр анода

35- расстояние  между штырями 
 
 

 

Р = 2*(В_а+L_а) = 2*(240+438) = 1356 см

n_шт = 2*(1356+8*24)/35 = 67 шт                                                      

Среднее сечение 1-го штыря

S_шт = I/d_Fe*n_шт = 80000/18*67 = 66,3 см²

Д = S_шт*4/π = 66,3*4/3,14 = 9,19 см

Длинна штырей составляет 105 см

2.3.1.3 Определяем падение напряжения в анодных спусках.

Удельное  сопротивление анодных спусков  при t = 120 ^° С

Rt_Cu = 1,82 · (1 + 0,004· 120) · 10^-6 = 2,7 · 10^-6 Ом · см

Сечение анодных спусков

S_{анод. спу.} = I/d_Cu = 80000/70 = 1142,86 см²

L_{анод. спу.} = 210 см                              

При длине  анодных спусков 210 см определяем падение  напряжения.

ΔU_{анод. спу.} = (80000*2,7*10^-6*210)/1142,86 = 0,039 В

Определяем  количество медных шинок приходящихся на 1 штырь, если сечение одной шинки 1см²

n_шинок = S_а.сп./1*n_шт = 1142,86/1*67 = 17 шинок

2.3.1.4 Определяем падение напряжения в самообжигающемся аноде.

Определяется  по формуле 

ΔU_а = (146*В_а+7,3*S_а/к)*(180*5,47*l_ср+0,08*l_ср²)*Rt*d_а*10^-3/D

Где:

В_А – ширина анода, см = 240

S_А – площадь анода, см²

К- количество токоведущих штырей, (шт)

l_СР – среднее расстояние от токоведущих штырей до подошвы анода – (35см)

ρ_t – удельное электро сопротивление анода (0,007 Ом · см)

d_А – анодная плотность тока – А/см²

D – длина забитой части штыря –(105-26 = 79см)

ΔU_а = (146*240+7,3*105263/67)*(180*5,47*35+0,08*1225)*

*0,007*0,76*10^-3/79 = 0,108 В 
 

2.3.1.5 Определяем падение напряжения в контактах анодного узла.

Принимается по практическим данным:

1. Анодная шина – анодный стояк
2. Анодный стояк – катодная шина
3. Анодная шина – анодный спуск

Принимаем по 0,005 в на каждом участке, тогда

ΔU_конт = 0,005*3+0,007 = 0,015 В

В контакте шинка – штырь 0,007 В, тогда общее падение напряжения в контактах составляет

     ΔU_ш-ш = 0,007 В

2.3.1.6 Полное падение напряжения в контактах

ΔU_а.у. = ΔU_конт + ΔU_ш-ш = 0,015+0,007 = 0,022 В

2.3.2 Падение напряжения в электролите.                                                      

ΔЭ_Эл = I*Rt*L/S_а+2*(L_а+В_а)*(2,5+L) =

= 80000*0,5*48/105263+2*(438+240)*(2,5+4,8) = 1,67 В

где:

I – сила тока 80000 А

Rt – удельное сопротивление электролита 0,5 Ом · см

L – межполюсное расстояние  см

S_А – площадь анода, см²

L_А – длина анода см

В_А – ширина анода 240 см

2.3.3 Падение напряжения в катодном устройстве.

ΔU_под = (L_пр*Rt*10^-3+(3,83*10^-2*А²+2,87*а*³√а)*В/S_ст)*d_а*10^-3

L_пр = 2,5*0,92*Н-1,1*h+132/b

Приведенная длинна пути тока по блоку (см)

Где:

Н - высота катодного блока (40 см)

H - высота катодного стержня с учетом чугунной заливки (13 см)

B - ширина катодного стержня с учетом чугунной заливки (26 см) 
 
 

L_пр = 2,5*0,29*40-1,1*13+132/26 = 30,07 см

Rt-удельное электро сопротивление угольного блока

Rt = (Ом*см) = 3,72*10^-3

А - 1/2 ширины шахты см (350/2 = 175)

В - ширина угольного блока с учетом шва (59 см)

а - ширина бортовой настыли (50 см)

S_ст – площадь поперечного сечения стального стержня с учетом чугунной заливки (338 см²)

d_а- анодная плотность тока (0,76)

ΔU_под = (30,07*3,72*10^-3+(3,83*10^-2*175²+2,87*50³√50)*59/338*0,76*10^-3 = 0,23 В

2.3.3.1 Падение напряжения в стержнях не заделанных в подину.

ΔU_ст = I*Rt*L/S

Rt_Fe = 13(1+0,004*t)*10^-6(Ом * см) = 20,8*10^-6

(t = 150)

S – сечение катодных стержней = 23*11,5*n_бл = 23*11,5*18 = 4761

L – длинна катодных стержней (50 см)

ΔU_ст = 80000*20,8*10^-6*50/4761 = 0,017 В

2.3.3.2 Падение напряжения в катодных спусках

ΔU_спу = I*Rt*h/S

Rt_Cu = 1,82*(1+0,004*150)*10^-6 = 2,9*10^-6 Ом * см

t – катодный спуск – 150⁰с

S – сечение катодных спусков

S_к = I/d_Cu = 80000/0,7 = 1142,85 см²

Определяем количество лент в катодных спусках

ΔU_ст = 80000*2,9*10^-6*60/1142,85 = 0,012 В

ρ_AI - удельное сопротивление АI шин при t = 150 ^° С

ρ_{t AI} = 2,8*(1 + 0,0038 * 150) *10^-6 = 4,4 * 10^-6 Ом * см

t = 150⁰с

Длинна катодной шины

L = L_кож+100 = 5850+100 = 5950 см = 595 мм 
 
 

Сечение катодных шин

S_кш = I/d_Al = 80000/41,5 = 1927,71 см²

Количество шин

n_ш = S_кш/S_ш = 1927,71/258 = 7,4 ≈ 7 шин

S_кш = n_ш*43*6 = 7*43*6 = 1806 см²

ΔU_па = I*Rt*L/S_кш = 80000*4,4*10^-6*595/1806 = 0,1 В                                      

2.3.3.3 Падение напряжения в контактах катодного узла

1) Катодный  стержень – спуск - 0,005 В

2) Спуск  – катодная шина – 0,005 В

ΔU_{кат. узл.} = 2*0,005 = 0,01 В              

2.3.4 Падение напряжения за счет анодных эффектов.

ΔU_а.э. = К*(U_а.э.-U_раб)*τ*10^-3/1440*10^-3                                      

где:

U_А.Э. – напряжение анодного эффекта до 40 в

К –  количество анодных эффектов в сутки 1 шт

U_РАБ – рабочее напряжение

τ –  продолжительность анодного эффекта, принимаем 2 мин.

1440 –  количество минут в сутках

ΔU_ан.эф. = 1*(40-4,18)*2*10^-3/1440*10^-3 = 0,05 В                                   

2.3.5 Определяем основные показатели

η_э = 10*с*η_i/U_ср т/кВ*ч = 10*0,336*90/4,114 =73,75 т/кВт*ч

W_уд = 10⁶/η_э кВт*ч/т = 10⁶/73,75 = 13559,32 кВт*ч/т

Падения напряжения в общесерийной ошиновки

ΔU_об..ошн = 0,05 В

U_{разложения} = 1,68 В 
 
 
 
 
 
 

Данные  из расчета сводим в таблицу 7

Таблица 7 –Электрический баланс электролизера

 
 
 
 
 
 
 

2.4 Тепловой баланс электролизера

2.4.1 Приход.

2.4.1.1 Тепло от электроэнергии.

Q_ЭЛ = 3,6 * 10³ * I * U_ГР = 3,6 * 10³ * 80 * 3.738 = 1076544 кДж/ч

I – сила тока 73 000 А

U_ГР – напряжение греющее 3.79в

2.4.1.2 Используемое тепло анодных газов

Q_см = P_СО2 * ΔН_СО2 + P_CO * ΔН_CO

Р_СО2 – Р_CО – количество СО и СО2 кг

Где:  

ΔН_СО2  и ΔН_СО – изменение теплосодержания СО₂ и СО в интервале температур от Т2 до Т1 кДж/кг  

Q_ан = 26,18*8941+4,172*3946 = 250538,092 кДж/кг

Расход тепла

1) Тепло  на разложение глинозема.

Q_раз.Al2O3 = Р_Al*ΔH^Al2O3

Р_Al – производительность электролизера кг/час

ΔH^Al2O3 – теплота реакции образований

Al2O3 кДж/кг

Q_{разл Al2O3} = 24,1*1393,3 = 33578,53

2) Тепло уносимое  вылитым металлом Q_мет

Q_мет = Р_Al*ΔH^Т1_Т2 Al

Р_Al – количество вылитого Al в час

ΔH^Т1_Т2 Al – изменение теплосодержания в интервале температур

Q_мет = 24,1*1393,3 = 33578,53

3) Потери тепла  с отходящими анодными газами

Q_СО2 = Р_СО2*ΔH_Т1-Т2^СО2

Q_CO = Р_CO*ΔH_Т1-Т2^СО

ΔH_Т1-Т2^СО2; ΔH_Т1-Т2^СО – изменения теплосодержания СО и СО2 в интервале температур от Т2 до Т1 кДж/кг 
 
 
 

Р_СО,Р_СО2 – количество СО и СО2 кг/ч

Q_СО2 = 26,18*418,4 = 10953,712

Q_СО = 4,179*627 = 2620,233

4) Определение  потерь тепла с поверхности  и конструктивных элементов электролизера

Q_пот = Q_прих-(Q_разл+Q_ме+Q_газ) = 1327082,092- (745364,8+33578,53+13573,945) =