автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Повышение эффективности электролизных установок для очистки тяжелых цветных металлов на основе использования токов сложной формы

МОСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ПТИЦЫНА Елена Витальевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭМЕКТИШОСТИ ЭЛЕКТРОЛИЗНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ОЧИСТКИ ТЯ1ЕЛЫХ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТСКСВ СЛОЕНОЯ ФОРШ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы

и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена на кафедрах "Автоматизированные электротехнологические установки и системы" (АЭТУС) Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института и "Электроснабжение промышленных предприятий" (ЭПП) Павлодарского индустриального института.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор А. Б. КУВАЛДШ

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Л.А. В0Л020НСКИЙ - кандидат технических наук, доцент С.И. ГАМАЗИН

Ведущее предприятие - Павлодарский химический завод.

Защита диссертации состоится М5_" Ио^ао^у^ 1992 г. в аудитории И '¿МЦв_час. мин, на заседании специализированного Совета К 053.16.06 Московского ордена Ленипа н ордена Октябрьской Револкции энергетического института.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью) проспи направлять по адресу: 105835, ГСП, Москва, Е-250, Красноказарменная ул. 14, Ученый Совет ЮИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮИ.

Автореферат разослан "_" 1992 г.

Ученый секретарь спецкялнзироваялого Совета К 053.16.06

канд. техн. паук, доцент

^кьъмД- Т.в. ШАРОВА

ОБЩ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основным способом получения тяжелых цветных металлов является электролитическая очистка (ЗЛО), в результате которой удается получить наиболее чистые от примесей медь (99,99$) и никель (99,903).

Особенностью процесса ЗЛО является большая энергоемкость -до 4000 кВт.ч/т. Снижение затрат электроэнергии возможно путем оптимизации режимов электропотробления установок ЭЛО, а также путей совершенствования технологических процессов и эксплуатации оборудования.

Наиболее эффективным является разработка рациональных электрических режимов электролиза, основанных на использовании токов сложное формы. Этпм вопросам посвящен ряд работ, в которых разработаны способы получения тока сложной форш и исследовано их влияние на процесс электролиза. При этом положительный эффект заключается в снижении призлектродного падения напряжения и сопротивления электролита, что обусловливает уменьшение дкоулевых потерь, увеличение выхода металла по току и улучшение его качества. Эти исследования подтверждают, что форма тока (гармонический состав) наряду с температурой, концентрацией электролита, плотностью тока является одним из основных факторов, определяющих технико-экономические показатели электролиза.

Необходимо отметить, что нестационарные режимы электролиза в практике ЭДО тяжелых цветных металлов пока не получили широкого применения в виду сложности их реализации.

В этом плане представляет интерес способ электролиза, предложенный проф. Ф.К. Бойко и основанный на использовании регулируемого по форме выпрямленного тока. Изменение формы достигается за счет регулирования угла открытия тиристоров. Снижение удельного расхода электроэнергии при этом составляет до 5%, а реализация данного способа не связана с большими капитальными вложениями на переоборудование преобразовательных агрегатов.

Однако наряду с выпрямителями, укомплектованными тиристорами, на предприятиях химической промышленности и цветной металлургии пирокэ используются выпрямители с управляемыми-

дросселями насвдения (ДН), которые при новом способе должны обеспечивать регулирование не амплитуды, а формы выпрямленного тока. Отсутствие разработанных методик и рекомендаций по регулированию формы переменной составляющей выпрямленного тока ДН • потребовало проведения исследований и разработки новых режимов работы элементов оборудования преобразовательных агрегатов.

Для анализа процесса электролиза при цротекании через ванну токов сложной формы необходимы теоретические и экспериментальные исследования, в результате которых могут бить определены качественные и количественные зависимости энергетических показателей от характеристик тока.

Работа выполнялась в соответствие с тематическим планом UH0 Каз. ССР (тема » 101 "Разработка рекомендаций по экономическим режимам схем электроснабжения электролизных производств", Приказ * 101, утвержденный 09.02.87 г., тема * 105/2 "Разработка новых энергосберегающих технологий и оборудования в электрометаллургии", Приказ * 99 от 28.02.91 г.).

Педь работы: исследование и разработка рациональных режимов работы оборудования о цельв улучшения энергетических характеристик и повышения производительности электролизных установок для электролитической очистки тяжелых цветных металлов с «о -пользованием регулируемого по форме выпрямленного тока.

В соответствия с поставленной целью в работе решались сле-дупоте задачи:

1. Определение частоты и амплитуды переменной о оставляющей внпряаленного тока, обеспечивающих огггииальнмэ т«нжхо-»ксео-шпюстае показатели электролиза для водных растворов соя ей меда, цинка в никеля.

2. Получение зависимости показателей экергоемкости процесса и выхода металла по току цри регулировании форыы выпрямленного тока.

3. Разработка рациональных режимов работы электрооборудования (выпрямительных агрегатов) электролизных установок,обео-печивахщих достижение токов требуемой форыы.

4. Разработка рекомендаций для внедрения результатов работы на промышленных установках.

Натопи исследования. При решении поставленных в работе задач использовались теория Звзнческлх процессов в твердых те-

лах и электролитах, теория вероятностей, методы математической обработки результатов эксперимента, методы математического анализа (теория решения дифференциальных уравнений), теория подобия и моделирования.

Научная новизна полученных в работе результатов состоит в следующем:

1. Установлено явление резонансных процессов в электродах и электролите, которое заключается в том, что от взаимодействия собственных колебаний ионов и колебательного характера прикладываемого вынуждающего напряжения при совпадении частот увеличиваются амплитуда колебаний и скорость ионов, вылетающих о поверхности анода и движущихся в растворе электролита. Это приводит к увеличению выхода металла по току при снижении удельного расхода электроэнергии.

2. На основе гармонического приближения получены аналитические выражения, качественно описывающие ход кривых падения напряжения в электролите и приэлектродного падения напряжения при изменении частоты, позволяющие оценить оптимальный диапазон частот переменной составляющей выпрямленного тока для водных растворов солей меди, цинка и никеля (соответственно 500-600 Гц, 300-400 Гц, 000-900 ni). При этом теоретические зависимости достаточно хорошо согласуются с результатами экспериментов.

3. С цолыз интенсификации процесса электролитической очистки тяжелых цветных металлов разработан способ получения токов требуемой формы при использовании преобразовательных агрегатов

с управляемыми дросселями насыщения, работающих на нелинейном участке характеристики.

4. Разработана схема управления и режимы работы дросселей насыщения, позволяыдио расширить диапазон регулирования выпрямленного тока по частоте, снизить потери напряжения в элементах преобразовательного агрегата (трансформаторе, дросселях насыщения) , а также потребление реактивной мощности.

5. Получены зависимост5*, связывающие технологические и энергетические показатели электролизных установок о гармоническим составом переменной составляющей выпрямленного тока.

Практическая ценность работы. Разработанный способ создания розотнсннх режимов в производственных условиях путем регулирования форгы выпрямленного тока преобр;13оватольных arpe-

гатов дросселями насыщения, позволяет интенсифицировать технологический процесс, снизить потери напряжения в элементах системы электроснабжения и электролизной ванне, увеличить выход металла по току, снизить удельный расход электроэнергии, повысить качество продукции.

Реализация результатов работц. Разработанная схема включения цепей управления ДН внедрена на преобразовательной подстанции электролизного цеха Павлодарского химического завода. Годовой экономический эффект в ценах 1986 года составляет 26 тыс. руб./год. Основные результаты работы используются также на Балхашском и Джезказганском горно-металлургических комбинатах, комбинате "Североникель" г. Манчегорск.

Апробапия работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции (г. Иваново, 1991 г.); Всесоюзном совещании по компенсационным агрегатам и качеству электрической энергии (г. Ташкент, 1983 г.); Всесоюзной научно-технической конференции (г. Омск, 1984 г.); научных семинарах и заседаниях кафедры ЗИП ПИИ (г. Павлодар, 1989-91 г.); заседаниях кафедры АЗТУС НЭП (г. Москва, 1992 г.).

Публикации. Материалы диссертации представлены в девяти печатных работах.

Объем и структура работы. Общий объем диссертации составляет 181 страниц машинописного текста, в том числе 45 рисунков, 26 таблиц, список литературы из 92 наименований и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель работы в задачи, решаемые в ней.

Первая глава. Приводится анализ технологических и энергетических характеристик существующих установок для производства тяжелых цветных металлов. В практике электролитической очистки различают медную, цинковую и никелевую технологические схемы, чем определяется выбор металлов для экспериментальных в теоретических исследований. Отмечено, что снижение удельного расхода

электроэнергии Зуд. ,кВт-ч/т связано со снижением напряжения на электролизере ^ :

9 .jLm ^ . (i)

где ц - КПД выхода по току; £ - электрохимический эквивалент .

Напряжение на электролизной ванно определяется падением напряжения в электролите t\J* . приэлектродными падениями напряжения 1\]ц , и t U* , а также падением напряжения в ошиновке lUu , контактах iU«t«. и электродах »Usa. (рис. I). До 5QÍ всех потерь составляют потери напряжения в электролите.

Обзор лпторатуры позволил выделить основные направления интенсификации процесса: разработка новых энергосберегающих технологий, изменение физико-химических условий электролиза, переход на автоматизированную систему и изменение электрического режима ваяны. Отмечено, что нестационарные режимы, основанные на использовании сложных форм тока, являются одним из перспективных направлений, позволяющих снизить удельный расход электроэнергии. Рассмотрены способы получения и результаты исследований применения тока сложной формы. На основании анализа установлено, что в большинстве случаев при нестационарных режимах электролиза для обеспечения высокого выхода по току и снижения удельного расхода электроэнергии основным фактором является частота тока. Однако в существующих работах по влиянию сложных форм тока на процессы электролиза не вскрыты причины, обусловливающие изменение технологических и энергетических показателей.

Обосновано допущение о влиянии на процесс колебаний ионов в растворе электролита и электродах под действием переменной составляющей выпрямленного тока.

Показаны преимущества преобразовательных агрегатов (ПА), управляемых дросселями насыцения, по сравнению с тиристорами и необходимость исследований режимов работы ДН при новом способе электролиза, а также их влияние на работу элементов оборудования ПА для разработки рациональных режимов работы электролизных установок.

- а -

Сформулированы задачи, решаемые в диссертации.

Во второй главе выполнены теоретические исследования явлений в электролите и электродах при протекании токов сложной формы.

Дано качественное объяснение хода кривых составляющих падения напряжения на ванне при изменении частоты тока, а именно наличия минимумов при определенных (резонансных) частотах, а также оценен порядок частот собственных колебаний ионов в металле и в электролите.

Отмечено, что существует сильное взаимодействие между отдельными ионами, что ведет к наличию нескольких резонансных частот. При этом в металле и электролите можно выделить наиболее вероятную частоту колебаний конов (О. , именуемой в дальнейшем собственной резонансной частотой, и исследовать влияние на оистецу внешней вынуждаедей силы с частотой МСО, .

Уравнение, описывающее колебательные движения ионов в металле, имеет вид:

_ с . с ж с

1Г " (2)

£де т - масса ионов; X - перемещение; Р„--ИХ - квазиупругая сада, определяется действием па ионы периодического поля решетки, К - коэффщиент упругости; - сила, вы-

званная сопротивлением среды, в которой движутся ионы; Г - коэффициент пропорциональности; ^соиОрЪ - внешняя сила,действующая на ионы, Рт - амплитудное значение, Юг - частота.

При подключении к электродам напряжения на тепловое колебательное движение ионов в металле накладывается сила, которая цриводит к разрушению связей, удерживающих ионн. От чаототы црмаженной силы зависит интенсивность процесса растворения анода я скорость движения ионов в растворе, количество отложившегося на катоде вещества. При этом перемещения ионов в кристалле соотоят из перемещений эа счет собственных тепловых комбанк! X» н перемещения, вызванного внешней силой X». . Решая урш-1Ш1 (2) в общем виде, получаем вцракеиие для перемещения X«.

где бм-Ви/Н - величина, равная "растяжению пружины" под действием внешней силы.

Соответственно выражение для скорости иона имеет вид

З^Г " асой^аз,) -ц.соьСь^.'Н ЯнкН). (4)

Анализ выражения (4) показывает, что ионы в металле будут обладать наибольшей скоростью при резонансе. Аналогичные выражения для составляиютс перемещения и скорости ионов в металле под действием внепной силы выведены также с учетом сопротивления среды.

Показано, что для описания поведения ионов в растворе электролита может быть использовано выражение (а) . При этом сила, определяющая движение заряженных частиц из-за разности концентраций (диффузии), мала по сравнению с составляющими силы трения, внешней и квазиупругой силами. Используя формулу для амплитуды перемещения иона (3), оценена частота собственных резонансных колебаний ионов в электролите. Результаты расчета для водного раствора соли моди показывай, что порядок резонансной частоты можот изменяться от 10^ до Ю5 . На основе выражепия для амплитуды перемещения Хат построены зависимости изменения падения напряжения в электролите от частоты СО» для растворов солей моди, цинка и николя при различных значениях температуры и концентрации.

Показана необходимость описания движения ионов в реальных системах как происходящее под действием сложной периодической функции, поскольку реально колебания ионов в растворе и твердом тело содержат иирокий спектр частот:

V . [гпмр гпс.лу.

' с5Г + Лп)] . (5)

Получено выражение для работы, произведенной внешней силой, которое имеет наибольшее значение при розонансо. При этом ионы, вышедшие с поверхности электрода и движущиеся в растворе, обладают большими скоростями и количество ионов, достигших катода и восстановившихся на нем будет наибольшим.

Третья глава посвящена исследованиям составляющих падения напряжения в электролизной ванне на экспериментальных установках яри протекании токов сложной формы и влияния частоты колебаний переменной составляющей (спектрального состава) выпрямленного тока на технико-экономические показатели электролиза. Были выполнены три серии экспериментов:

Падение налряхенхл в электролите жоследож&лн црж пропуска-па через ванну переменного тока в диапазоне частот от 50 Гц до 20 кП(. Исследования выполнены на модели электролизера ящичного типа. Использовались составы электролитов согласно ГОСТ 9.305-84. Пдотнооть тока на катоде варьировалась от 100 до 800 А/м^, а температура электролитов - от 20 до 60°С. Результаты экспериментов обработаны с применением методов теории вероятностей и математической статистики. С помощью гистограмм, а также их числовых характеристик (математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратическое отклонение) проверено предположение о возможности аппроксимации эмпирического распределения законом нормального расцределения. Проверка согласованности теоретического и экспериментального распределения падения напряжения в электролите проводилась по }фитерию Пирсона.

Доверительные интервалы падений напряжения 111» в электролите оцределены для водных растворов солей меди, цинка и никеля при изменении температуры, концентрации раствора и плотности тока.

На основании обработки экспериментальных данных с применением регрессионного анализа для исследуемых растворов получены уравнения для зависимостей от частоты $ . Коэффициенты

уравнения регрессии при нормальном законе распределения случайных величин оценивали по мотоду наименьших квадратов. На основе расчетов для всех исследуемых растворов солей металлов принята квадратичная модель. Например, для раствора соли меди падение напряжения в электролите при изменении частоты цри темпе-

ратуре раствора 55 С и тока 2 А (плотность тока 140 А/М2) 1Ю-хвт быть описано уравнением вида:

- оиог^-одкгб^ (6)

Однородность дисперсий была проверена по критерию К охре на и составила Се - 0,052, что ниже допустимой, определенной по таблице &т » 0,12. Подобные выражения получены и для растворов солей цинка и никеля при -различных режимных параметрах электролиза.

Установлено, что минимум напряжения для каждого раствора наступает при определенной частоте. Так, для меди при токе 2А (плотность тока 140

А/м2) и температуре 60°С минимум имел ив сто при частоте 500-600 Гц (см.рис. 2); для цинка при токе 4,5 А (плотность тока 310 к/гг) и температуре 44°С при частоте 350 -450 Гц; для никеля при тех же токе и температуре - при частоте 800-900 ГЦ. Экспериментально подтверждено влияние температуры на характер изменения напряжения. С повышением температуры раствора значение напряжения уменьшалось и минимум наступал йри меньших частотах (рис. 2). Кроме того, с увеличением плотности тока абсолютные значения напряжения возрастали, хотя минимум наступал при тех частотах. Отмечается, что концентрация раствора оказывает влияние на значение падения напряжения в электролите: о увеличением частоты при фиксированных значениях температуры раот-вора и плотности тока напряженно уменьшалось; с повнгонием концентрации минимум сдвигался в область низких частот.

Для исследования приэлектродных падений напряжения иополь-. зовали ток сложной формы, что соответствует промышленным усло-^ шям. Эксперименты проводили на испытательном стенде компенсационным методом. Получены зависимости приэлектродных падений напряжения от формы выпрямленного напряжения, подтверждающие результаты теоретических исследований. ......

Исследование влияния формы выпрямленного напряжения'на технико-экономические показатели электролиза (удельный расход электроэнергии , выход металла по току) проводили на физической модели электролизной ванны при различных схемах выпрямления (при этом учитывался гарлонический состав тока).

Рхо. I. Составляющие падения напряжения в электролизной ванне

ЛЬ.Ь и«

•л

•к«

1,(1 1.19 в

Рис. 2. Зависимости падения напряжения в электролите от частоты ж температуря для водного раствора ооли ■едя

Эхсперимеетгально подтверждено, что регулирование формы переменное составляющей выпрямленного напряжения позволяет увеличить выход металла по току до 147^ и снизить удельный расход электроэнергии (табл; I). Регулирование формы напряжения выэы-ваот изменение спектра гармоник, их амплитуды, а также соотжь шения между постоянной и переменной составляющими выпрямленного напряжения. Оптимальной с точки зрения технико-экономических показателей электролиза является амплитуда переменной соотавля-нцей порядка 0,25 от эффективного значения напряжения на ванне. Установлено, что для каждого из исследуемых растворов солей металлов наибольшее значение амплитуды соответствующей высшей гармоники в общем споктре обеспечивает наибольший выход металла по току. При этом доказано, что выбор рационального режима электролизной установки можно осуществлять по наименьшему эф5<зктивнсму значению напряжения на ванне.

Таблица I.

Напряжение на ванне; В Удельный рао-ход электроэнергии, кВт.ч/кг Расход анодной меди на единицу отлсжив-пойся на катоде , кг/кг . Количество отложившейся. меди на катоде в £ к теоретическому

0,65 0,52 1,24 104

0,80 0,68 1,61 99

0,23 0.20 1,38 99

0,22 0,20 1,92 92

0,28 0,17 0,96 147

• • 0,28 0,21 1,37 не

Регулирование формы выпрямленного напряжения позволяет снижать температуру нагрева электролита-о 60°С до Э0°С при сохранении высокой скорости осаждения металла, что также обеспечивает снижение энергоемкости процесса ЗЛО. •• .....

Исследованиями установлено, что использование ДН позволяет получать требуемый гармонический состав тока. Доказана цело - ■ сообразность и возможность использования дроссадя насыщения для

рзгулцюл'зния формы переменной составляющей выпрямленного напряжения за счот смещения рабочего участка на кривой намагничивания в область насыщония.

В четвертой главе представлены результаты исследований и разработки рациональных режимов работы элементов оборудования преобразовательного агрегата. При ноэом способо электролиза осуществляется не только регулирование амплитуды, но и формы выпрямленного напряжения (рис. 3). Для этого на действующем оборудовании электролизной установки использована нобля схема включения цепей управления ДН. Исследование ро.удмов работы дросселой при новой и сущоствунцих схемах включения цопой управления выполнены на преобразовательных агрегатах типа ВАКВ2-25000/450, укомплектованных дросселями насыщения типа Д1-6300/20.

Экспериментально показано, что работа ДН в области насыщения на Кривой намагничивания позволяет но только в широких пределах регулировать форму выпрямленного напряжения, ко и снизить значение падения напряжения в силовой обмотке дросселя.

Подтверждено, что регулирование тока управления Д11 в преобразовательном агрегате изменяот амплитуды высших гармоник выпрямленного тока. При этом увеличение амплитуды соответствующей для коккротного моталла гармоники ь общем спектре вызывает увеличение выхода металла по току. Зависимости сопротивления дросселя от тока управлешя, представленные на рис. 4, позволяют сделать вывод о характере изменения падония напряжения в ДН для нового и существующего режимов работы. При существующей схеме включения цепей управления увеличение тока в обмотко управления обусловливает увеличение сопротивления дросселя насыщения. При новой схеме за счот согласного включения обмотки управления с оиловой обмоткой дросселя с спмоподмапшчиванием происходит сдоженио магнитных потоков одного направления, что обеспечивает на характеристике намагничивания определенную точку на участке насыщения и аналогичное изменение тока управления вызывает уменьшение значения сопротивления.

Изменение режима работы ДН позволяет поддерживать заданное значение тока' нагрузки на две ступени РПН нижэ, чем при существующем режимо. Из соотноиешш параметров трансфокатора при регулировании напряжения

и ,в

(О

и ,е>

й

Т\мт

Т,мсвк

Рйо. 3. Осциллограмм формы выпрямленного напряжения на электролизере при существующем (а) и новом (б). режимах работы

В I 4 • .......

Рио. 4. Зависимости сопротивления дросселя насыщения от тока , управле!шя для сукоствупцего (а) н-нового (б) режимов' работы. Указана ступень трансформатора (13, 14, 15) ■

м™ ' (8)

где - фазное напряжение первичной (вторичной) обмот-

ки; П.|(И*) - число витков первичной (вторичной) обмоток;

1( (1^ - первичный (вторичный) ток в обмотках, еледует, что переход на более низкую ступень РШ снижает потребление тока из сети на стороне высокого напряжения на единицу тока вторичной цепи.

Исследованиями доказано, что выбирать рациональный режим электролизной установки при регулировании тока в обмотке управления ДЯ необходимо по наименьшему эффективному значению напряжения на ванне. При этом значение потребляемого из" сети тока уменьшается, а коэффициент мощности преобразовательного агрегата увеличивается при том же токе на электролизере.

Пятая глава посвящена исследованию электрических режимов электролиза на промышленных установках. Результаты промышленных испытаний на существующем оборудовании при незначительной модернизации, подтверждают, что изменение спектрального состава гармоник при регулировании формы изменяет значение напряжения на ванне за счет снижения пядония напряжения в электролите (например, для меда с 0,230 до 0,212 В), прикатодного и прилюдного падений напряжения соответственно с 0,099 до 0,091 Вис 0,023 до 0,020 В), а так»,о падения напряжения в контактных узлах анода и катода.

Согласно данным табл. 2, в которой представлены результаты промышленных испытаний нового способа электролиза в электролизном цехе медеплавильного завода Балхашского горно-мпталлур-гического комбината, уделышй расход электроэнергии снизился на 30'кВт.ч/кг. Аналогичные испытания были проведены в цехах электролиза никеля У 2 на комбинате "Севороникель" (г. Ыютогорск) и цинка на Усть-Каменогорском сшшг.оьо-цинковом комбинате (УКСЦКХ Изменение режима работы преобразовательного агрегата д;и.о за счет модернизации позволило уменьшить напряжение на электролизной ванне для рафинирования никеля с 0,57 до 0,Ь5 В, т.е. снизить потери на 3^.6,1.

Таблица 2.

Режим работы агрогата Напряжение на ванне, В ' Выпрямленный ток, кА Вес на-ро ценной меди, кг Выход по т0|у, Удельный расход электроэнергии, кВт.ч/т

Сушествухщий Новый 0,40 0,35 12,12 12,16 339,0 343,3 98,25 98,40 331,0 300,0

Испытания на преобразовательных агрегатах,"питащих цех электролиза меди на Джезказганской медеплавильном заводе,дали сл>-дуюцие результаты: выпрямленный ток 8(5 кА при новом способе поддерживали при переводе РПН на седьмую ступень (девятая при существующем режиме). При этом ток, потребляемый из сети, составил 205 А против 230 А при неизменном напряжении питания 6,1 кВ. Потребление активной и реактивной мощностей в новом режиме снизилось по сравнению с существующим режимом (табл. 3). На УКСВД в цехе электролиза цинка изменение режима работы arpe-, гата.позволило повысить коэффициент мощности с 0,80 до 0,89.

Исследование спектрального состава и амплитуд гармоник в 1фИвой напряжения на шинах 3P7-35 кВ, питающих электролизный цех Павлодарского химического завода, показало, что с переключением ступени РПН трансформатора преобразовательного агрегата амплитуда и состав гармоник изменяются. Искажение формы кривой значительнее при работе трансформатора на более высокой ступени ИШ, т.е. при большей нагрузке цеха. Поскольку в предлагаемом режиме заданную нагрузку цеха можно поддерживать на две ступени. РПН ниже, то при этом за счет снижения суммарного индуктивного сопротивления улучшается коэффициент несинусоидальности.

Таблица 3./

Режим рабо- Ступень ИШ Выпрямленное напряжение , Ток сети,-А Мощности

ты агрегата активная, ИВг . реактивная, " • Ывар

Существующий Новый 9 7 230 230 230 205 .2,20 2,00 1,20... 0,90

Выводы и основные результаты работы

1. Установлено явление резонансных процессов электролиза, которое возникает при совпадении частот собственных колебаний ионов с частотой прикладываемого к электролизной ванне напряжения. При этом происходит интенсивный отрыв от кристаллической решетки, движете их с большей скоростью в электролите, что проявляется в увеличении выхода металла по току при снижении удельного расхода электроэнергии установок.

2. Получены выражения для амплитуды колебаний и перемещения ионов в электродах и электролите в зависимости от частоты приложенной внешней силы, а также выражение для работы вынужда-.щей силы в условиях резонанса, позволяющие выбирать рациональ-ныо электрические режимы электролиза.

3.-Установлен характер зависимостей падения напряжения в электролите и приэлектродных падений напряжения от частоты для водных растворов солей меди, цинка и николя при различных режимных параметрах электролиза. Опредолены оптимальные диапазоны частот переменной составляющей выпрямленного тока для исследуемых растворов, которые обеспечивают наилучшие технико-экономические показатели.

4. Установлена теоретически и экспериментально возможность и целесообразность регулирования формы выпрямленного напряжения на ванне. Показано, что изменение состава гармоник и их амплитуд изменяет интенсивность возбуждения ионов и движения их в растворе. В лабораторных экспериментах удельный расход электроэнергии снижался в 3-4 раза.

5. Разработана схема включения дросселя насщения пронюханного преобразовательного агрегата для регулирования формы выпрямленного напряжения при переводе его в новый режим работы за счет смещения рабочего участка на кривой намагничивания в область насыщения. При этом оптимальная форма тока соответствует наименьшим эффективные значениям напряжения на ванне и потребляемого из сети тока, а также наибольшому значению коэффициента мощности преобразовательного агрегата.

6. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено снижение при новом способе электролиза падения напряжения в дросселе насыщения за счет уменьшения сопротлвлошш силовой обмотки дроссоля, сопрот1:ьлс11;'Л: трансформатора и электролизной- ванны.

7. При проведении опытно-промышленных испытаний на заводах ' химической промышленности и цветной металлургии получено сниже-1ше удельного расхода электроэнергии при новом способе электролиза на 7-10$ и увеличение выхода металла по току на 5-7£ о улучшением качества металла.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующие работах:

1. Бойко O.K., Бойко-Г.О., Пткцына Е.В. Зависимость напряжения на электролизерах // Повышение эффективности и надежности электроснабжения больших городов и мощных промышленных установок. Сб.науч.тр. - 1.1.: 1Ш, 1984. - Вып. 621. - С. 45-43.

2. Бойко Q.K., Птицына Е.В., Еевченко Й.П., Бойко А.Ф. Разработка рекомендаций по оптимизации режимов систем электро- ' снабжения электролизных производств //Оптимизация структуры систем электроснабжения промышленных предприятий. Сб. науч.тр. -П.: МЭИ, 1984. - Вкл. 125. - С. 61-65.

3. Бойко Ф.К., Птицына Е.В. Результаты исследования режимов электролиза химических производств //Тез.докл. Рациональное ио-' пользование электрической энергии на предприятиях нефтехимических комплексов. - Омск, 1984. - С. 28-29. '

4. Бойко O.K., Бойко А.О., Птицына Е.В., Шевченко Ю.П. Влияние режима преобразования переменного тока в постоянный на технико-экономические показатели электролиза /Дез.докл. Элекп трохимлческая энергетика. - 15.: МЭИ, 1984. - С. 82.

5. Птицына Е.В. Разработка рациональных режимов преобразовательных агрегатов электролизных производств //Тез.докл. Молодые ученые области - развитию Павлодар-Эклбастузского территориально-производственного комплекса. - Павлодар, 1985. -С. 55-56.

6. Бойко O.K., Птицына Е.В., Шевченко D.H. Некоторые ре-ког-мддзции по повышению экономичности систем элэкт росл обгонял электролизных установок //Тез.докл. Состояние и перспективы развития элегаротехлологЕИ. - Иваново, 1985. - С. 80.

7. Птицыаа Е.В. Некоторые теоретические и эксперимент ал ь-

-го-

нке зависимости для трансформаторов //Тез.докл. Молодые ученые области -ужорению научно-технического прогресса и развитию науки. - Павлодар, 1987. - С. 54-56.

8. Бойко Ф.К., Птицына Е.В. Факторы, влияицие на интенсивность процесса электролиза /Дез. докл. Основные направления экономии энергоресурсов в республике. - Фрунзе, 1989. - С. 44-45.

9. Бойко Ф.К., Птицына Е.В. Исследования влияния регулирования режимов преобразовательных агрегатов электролизных производств на потенциал выхода электронов //Тез. докл. Состояние и перспективы развития электротехнологии (5 Бенардосовские чтения). - Иваново, 1991. - С. 18.

Подписано к щчати &ОЭ.Ш

Типшрафия М.-1Н. Кратдкалрчсииаи. 11.