Конструктивный расчет ванн (стр. 2 из 2)
dА - анодная плотность тока - 0,78 А/см2
D- длина забитой части штыря - 85 см
3.1.5 Определяем падение напряжения в контактах анодного узла
Принимается по практическим данным:
Анодная шина - анодный стояк
Анодный стояк - катодная шина
Анодная шина - анодный спуск
Принимаем по 0,005 в на каждом участке, тогда
ΔUКОНТ = 0,005 · 3 = 0,015 в
В контакте шинка - штырь 0,007 в, тогда общее падение напряжения в контактах составляет ΔUКОНТ АН. = 0,022 в
3.1.6 Падение напряжений в анодном устройстве определяется суммой всех падений напряжения в аноде
ΔUАН УСТР = ΔUСТ + ΔUА.Ш. + ΔUА. СП. + ΔUА + ΔUКОНТ АН =
= 0,036 + 0,1 + 0,0426 + 0,254 + 0,022 = 0,4546 в
3.2 Падение напряжения в электролите
Рассчитывается по формуле
,где:
I- сила тока 70000 А
ρt- удельное сопротивление электролита 0,5 Ом · см
l- межполюсное расстояние 4-5 см
SА - площадь анода, см2
LА - длина анода 427,4 см
ВА - ширина анода 210 см
3.3 Падение напряжения в катодном устройстве
3.3.1 Падение напряжения в подине
где lПР - приведенная длина пути тока по блоку
,где:
Н - высота катодного блока 40 см
h - высота катодного стержня с учетом чугунной заливки 13 см
в - ширина катодного стержня с учетом чугунной заливки 26см
ρt- удельное электро сопротивление угольного блока 0,005 Ом · см
А - половина ширины шахты 320: 2 = 160 см
а - ширина бортовой настыли в шахте ванны 40-60 см
В - ширина блока с учетом шва 59 см
SСТ - площадь поперечного сечения катодного стержня с учетом чугунной заливки 338 см2
dА - 0,78 А/мм2
3.3.2 Падение напряжения в стержнях не заделанных в подину
где:
L- длина стержня 50 см
S- суммарная площадь поперечных сечений катодных стержней
S = 23 · 11,5 · 16 = 4232 см2
ρFe- удельное сопротивление стержней при t = 150 ° С
ρt= 13 · (1 + 0,004 · 150) · 10-6 = 2,08 · 10-5 Ом · см
3.3.3 Падение напряжения в катодных спусках
где:
L- длина спусков 60 см
ρСu- удельное сопротивление катодных спусков при t = 150 ° С
ρt= 1,82 · (1 + 0,004 · 150) · 10-6 = 2,912 · 10-6 Ом · см
SЭ.В. - экономически выгодная площадь поперечного сечения спусков
Число лент в пакете катодных спусков приходящихся на 1 штырь
Площадь поперечного сечения лент
Падение напряжения
3.3.4 Падение напряжения в катодных шинах
где:
ρAI - удельное сопротивление АI шин при t = 150 ° С
ρtAI= 2,8 (1 + 0,0038 · 150) · 10-6 = 4,396 · 10-6 Ом · см
L - длина катодных шин
L = LK + 100 см = 583,4 + 100 = 683,4 см
SК.Ш. - площадь сечения катодных шин
Площадь сечения 1-ой шины 43 · 6,5 = 279,5 см2
Количество шин
S- экономически выгодная площадь сечения катодных шин
S = 279,5 · 6 = 1677 см2, падение напряжения.
3.3.5 Падение напряжения в контактах
1) Катодный стержень - спуск.
2) Спуск - катодная шина.
Составляют по 0,005 в на каждом участке, поэтому в сумме 0,01 в.
3.3.6 Падение напряжения в катодном устройстве.
Определяется как сумма всех потерь
3.4 Падение напряжения за счет анодных эффектов
где: /UА.Э. - напряжение анодного эффекта до 40 в, К - количество анодных эффектов в сутки 1 шт, UРАБ - принимаем 4,25 в, τ - продолжительность анодного эффекта, принимаем 2 мин.
3.5 Греющее напряжение
ΔUГР = ΔUА + ΔUПОД + ΔUЭЛ + ΔUА.Э. + UРАЗЛ=
= 0,254 + 0,32 + 1,6 + 0,0496 + 1,65 = 3,8736 в
3.6 Рабочее напряжение
ΔUРАБ = ΔUЭЛ + UРАЗЛ + ΔUКАТ. УСТР. + ΔUАН. УСТР. + ΔUОБЩЕСЕР. =
= 1,6 + 1,65 + 0,4839 + 0,4546 + 0,05 = 4,2385 в
3.7 Среднее напряжение
ΔUСР = ΔUРАБ + ΔUА.Э.
где ΔUОБЩЕСЕР - падение напряжения в общесерийной ошиновке, принимаем 0,05в
ΔUРАБ = 4,2385 + 0,0496 = 4,2881 в
Данные из расчета сводим в таблицу
3.8 Определяем основные показатели
Выход по энергии
где:
ηi- выход по току, принимаем 0,9
с - электрохимический эквивалент 0,336 г/А·ч
Удельный расход электроэнергии
4) Тепловой расчет
Данный расчет составляется для t = 25 ° С. При выполнении данного расчета учитывается уравнение теплового баланса.
QЭЛ + QСГОР. АНОДА = QРАЗЛ + QМЕТ + QГАЗ + QПОТ
4.1 Приход
4.1.1 Тепло от электроэнергии
I- сила тока 70 кА
UГР - напряжение греющее 3,87 в
QЭЛ = 3,6 · 103 · I · UГР = 3,6 · 103 · 70 · 3,87 =975240 кДж/ч
4.1.2 Тепло от сгорания анода
QСГОР. АНОДА = PCO · ΔНCO + PCO2 · ΔНCO2
где: ΔНСО2 и ΔНСО - тепловой эффект образования реакции СО2 и СО.
По справочнику:
ΔНсо2 = 394070 кДж. /кМоль
ΔНсо = 110616 кДж. кМоль
PCO и PCO2 количества СО иСО2 в кило молях
, 
где: m- объемная доля СО2 в анодных газах, принимаем 0,6 или 60%
QСГОР. АНОДА = 0,294 · 110616 + 0,440 · 394070 =
= 32521,1 + 173390,8 = 205911,9 кДж/ч
4.1.3 Суммарный приход тепла
QПРИХ = QСГОР. АНОДА + QЭЛ = 205911,9 + 975240 = 1181151,9 кДж/ч
4.2 Расход тепла
4.2.1 На разложение глинозема
QРАЗЛ = РАI2О3 · НТАL2О3
где: НТАI2О3 - тепловой эффект образования реакции глинозема при температуре 25 ˚С.
По справочнику:
НТАI2О3 = 1676000 кДж. /кМоль
РАI2О3 - расход глинозема на электрическое разложение
где: F- число Фарадея 26,8 А·ч
QРАЗЛ = 0,39 · 1676000 = 653640 кДж/ч
4.2.2 С выливкой металла
Определяется из условия равенства вылитого AI и наработанного за то же время
QМЕТ = РAI · (ΔН960 - ΔН25)
где:
27 - атомная масса алюминия
ΔН960 - теплосодержание алюминия при температуре 960 ˚С - 43982 кДж/моль
ΔН25 - теплосодержание алюминия при температуре 20 ˚С - 6716 кДж/моль
QМЕТ = 0,78 · (43982 - 6716) = 29067,5 кДж/ч
4.2.3 Унос тепла с газами
QГАЗ = V · C · (t2 - t1)
где:
V- объем газов, принимаем 7600 м3/ч
С - теплоемкость анодных газов 1,4 кДж/м3·°С
t1, t2 - температура газов 25 °С, 50 °С
QГАЗ = 7600 · 1,4 · (50 - 25) = 266000 кДж/ч
4.2.4 Потери тепла с поверхности электролизера
QПОТ = QПРИХ - (QРАЗЛ + QМЕТ + QГАЗ) =
= 1181151,9 - (653640 + 29067,5 + 266000) = 232444,4 кДж/ч
5) Расчет числа электролизеров в серии
Число работающих электролизеров определяется UСР и UПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ. Для серии электролизеров выпрямительный агрегат имеет U = 850 в. Учитываются потери напряжения в шинопроводах подстанции, принимаем 1%. Резерв напряжения при снижении I при анодном эффекте принимаем 40 в. Резерв напряжения для компенсации колебаний напряжения во внешней электросети 1%. При этом напряжение серии составит:
UСЕРИИ = 850 - (8,5 + 40 + 8,5) = 793 в
Число работающих электролизеров
Число резервных электролизеров
Производительность серии в год
Р = I · 8760 · 0,336 · nРАБ · ηi · 10-6 =
= 70000 · 8760 · 0,336 · 185 · 0,9 · 10-6 = 34305 т/год