Питание серии постоянным током и размещение ванн в серии

29.01.2017

Электролитическое производство алюминия является весьма энергоемким. Поэтому электролизные цехи располагают или в непосредственной близости к гидроэлектростанциям — крупнейшим источникам наиболее дешевой электроэнергии, или в районах, богатых ископаемым топливом, где они снабжаются электроэнергией от тепловых электростанций.
Электролизный цех состоит из нескольких серии ванн, литейного отделения и ряда вспомогательных служб (механической, электрослужбы, бытовых помещении и др). Основной производственной единицей цеха является серия ванн. Серией называют группу ванн, последовательно включенных в одну электрическую цепь постоянного тока (рис. 80). Источником постоянного тока обычно служат ртутные выпрямители или двигатель-генераторы. Как те, так и другие устанавливают в специальном помещении — преобразовательной подстанции.
Питание серии постоянным током и размещение ванн в серии

В настоящее время имеются двигатель-генераторы, которые позволяют получить с одного агрегата постоянный ток до 30 000 а.
Как источник постоянного тока двигатель-генератор в отличие от ртутных выпрямителей дает возможность регулирования напряжения на стороне постоянного тока в довольно широких пределах. Электродвигатель его можно питать непосредственно от высоковольтной сети без понижающих трансформаторов
Однако напряжение у двигатель-генератора ненамного превышает 400 в, что не позволяет устанавливать в серии более 80 ванн. Кроме того, двигатель-генератор имеет низкий коэффициент полезного действия, порядка 90%, против 94—95% при ртутных выпрямителях.
За последнее время для питания ванн постоянным током все чаще применяют ртутные выпрямители. Наиболее совершенным типом из них являются одноанодные — игнайтроны.
Ртутный выпрямитель представляет собой агрегат, который в отличие от двигатель-генератора не имеет движущихся деталей. Он имеет весьма высокий к. п. д. (94—95%) при высоком напряжении (до 825 в). Последнее дает возможность увеличить число рабочих ванн в серии до 164, что в свою очередь позволяет увеличить производительность серии и сократить капитальные затраты на ее сооружение.
Один ртутный выпрямитель может дать ток порядка 5000—6000 а. Поэтому для питания постоянным током мощных ванн ртутные выпрямители приходится на преобразовательных подстанциях соединять в группы в количестве, определяемом выбранной величиной тока.
Преобразовательную подстанцию располагают непосредственно вблизи электролизной серии. Такое расположение обеспечивает минимальные капитальные затраты на сооружение шинопроводов и меньшие потери в них электроэнергии.
Коммутация тока на преобразовательной подстанции производится так, что она обеспечивает непрерывное питание током всех ванн серии и допускает переключения и отключения отдельных преобразователей. Для обеспечения бесперебойной работы ванн на преобразовательной подстанции обычно предусматривают резерв преобразователей порядка 20% от числа работающих агрегатов.
Вследствие технологических особенностей электролитического получения алюминия основные электрические параметры (величина тока, напряжение, мощность), при которых работает подстанция, подвергаются периодическим изменениям. Поэтому возникает необходимость регулировать работу преобразовательной подстанции. Регулирование можно производить тремя способами: 1) на постоянное напряжение, 2) на постоянную мощность и 3) на постоянную величину тока.
При регулировании на постоянное напряжение на серии все время будет поддерживаться установленное напряжение. При работе серии без вспышек она получает нормальный ток. Однако в случае возникновения анодного эффекта на одной или нескольких ваннах ток тотчас падает, что приводит к снижению величины тока, проходящего через ванны. Мощность, потребляемая серией, при этом уменьшится. Такой метод регулирования снижает производительность серий. В то же время он позволяет упростить и удешевить регулировочную аппаратуру. Этот метод регулирования применяют обычно только там, где в оборудовании преобразовательной подстанции нет необходимого резерва по напряжению.
При регулировке на постоянную мощность потребляемая серией мощность поддерживается постоянной вне зависимости от того, есть в серии анодные эффекты или нет. Поскольку мощность постоянна, то при возникновении анодного эффекта на одной или нескольких Ваннах повысится напряжение и соответственно понизится величина тока, но несколько меньше, чем при регулировании на постоянное напряжение.
Таким образом, регулирование генератора на постоянную мощность также связано со снижением величины тока, а тем самым и производительности серии. Положительной стороной такой регулировки является отсутствие колебаний в потребляемой серией мощности, что создает благоприятные условия для работы энергосистемы, питающей завод.
Регулирование на постоянную величину то к а является наиболее благоприятным с технологической точки зрения ведения процесса электролиза. При этом независимо от напряжения на серии поддерживается равномерный ток, в соответствии с чем при возникновении анодных эффектов и повышении напряжения на серии возрастает потребляемая ею мощность.
Однако резкое (и достаточно частое) колебание потребляемой мощности затрудняет работу энергосистемы. Поэтому при регулировании на постоянную величину тока обычно вводят ограничение по мощности. В этом случае при возрастании мощности до некоторой определенной величины (например, при одновременном возникновении анодного эффекта на трех или четырех ваннах серии) происходит автоматическое переключение на регулирование на постоянную мощность, причем величина тока несколько понижается. После того, как мощность на серии снова понизится до установленного для нее предела (после устранения анодных эффектов), регулирование на постоянную величину тока автоматически восстанавливается. Этот метод может обеспечить достаточно равномерное питание серии током.
Для нормального питания серии током на преобразовательной подстанции обычно обеспечивают резерв напряжения в размерах 10—15% от нормального.
В практике современных алюминиевых заводов в качестве преобразователей тока применяют ртутные выпрямители, которые позволяют установить в серии 144—164 ванны. Серия обычно строится в составе двух корпусов, расположенных параллельно друг другу, с разрывом между ними 35—40 м и соединенных транспортным коридором. В стенах здания имеются окна с открывающимися фрамугами. По краям здания и по середине сделаны ворота, через которые в корпуса завозят автомашинами сырье и материалы, а из корпусов вывозят демонтажный мусор. Вверху здания устроен так называемый фонарь, снабженный фрамугами, открывающимися при помощи специального устройства, управляемого снизу. Фонарь и окна в стенах здания служат для освещения, а главное — для вентиляции помещения (см. рис. 81).
Питание серии постоянным током и размещение ванн в серии

В каждом корпусе располагают 64—82 ванны в два или четыре ряда, длинной осью вдоль корпуса (рис. 80 и 81). При двухрядном расположении ванн улучшается аэрация корпусе и создаются более благоприятные условия для обслуживающего ванны персонала.
Между продольными стенками корпуса и ваннами имеется проход шириной примерно 2—3 м, между торцами ванн — 1,5—2 м, а между продольными осями ванн — 7—12 м. В торцах корпуса ванны располагают на расстоянии 15—18 м и более от торцевой стены. Свободные площадки в торцах корпуса служат для хранения сырья (фторсолей, анодной массы) и для производства демонтажных и монтажных работ. Иногда на этих площадках устанавливают станки для разливки металла в слитки. Поперек корпуса в средней его части устраивают проезд шириной 8—10 м. Этот проезд служит для связи между корпусами, электролитейной и складами сырья. Он, как правило, сквозной — через весь цех. Участки среднего проезда между корпусами сообщаются крытой галереей, снаружи которой расположены два бункера (силосные склады) для глинозема.
Вдоль рядов ванн с обеих стороны расположены бетонированные шинные каналы, в которых размещена катодная ошиновка ванн (рис. 81). Такие же каналы имеются в торцах корпуса, где расположена ошиновка, соединяющая между собой ряд ванн и служащая для ввода и вывода тока. Полы корпуса делают из тугоплавкого асфальта на битумо-щебеночном основании.
Междукорпусную ошиновку и шинопроводы к преобразовательной подстанции укладывают в подземных каналах, либо на специальных эстакадах.
Электрическая изоляция. Высокое напряжение на серии (700—800 в) заставляет делать надежную электроизоляцию ванны от отдельных конструктивных элементов корпуса. С этой целью застилку полов производят из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, в частности асфальтом. Перекрытия шинных каналов изолируют от земли деревом или диабазовым камнем, а колонны здания корпуса обкладывают кирпичом на высоту 2—3 м.
Газосборные патрубки у ванны изолируют от магистральных трубопроводов изоляционными разрывами из фибры или паранита. Такие же изоляционные разрывы делают в воздушной и вакуумной сети.
В случае устройства в корпусе узкоколейного пути его тщательно изолируют от земли и вводят в стыках рельсов изоляционные разрывы из дерева.
Особое внимание обращают на тщательную электрическую изоляцию крюка мостового крана от его фермы, которая может быть заземлена. Помимо этого, следят за тем, чтобы в корпус не попадала влага, так как влажный пол создает опасность заземления, а следовательно и поражения током.