《工业用电设备》-电力系.ppt
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1、工业用电设备-电力系电解和电镀在直流用电设备中用电量最大,电解和电镀在直流用电设备中用电量最大,电解铝和电解烧碱都属九种高耗电产品之列(电解铝和电解烧碱都属九种高耗电产品之列(P233)直流用电设备:直流用电设备:直流电动机、直流电弧炉、直流电焊机、直流电动机、直流电弧炉、直流电焊机、电解、电镀电解、电镀等等。等等。直流电源:直流电源:电力电子变换装置将交流电转换为直流电,电力电子变换装置将交流电转换为直流电,蓄电池蓄电池第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源本章内容本章内容2022-10-55.1 电解电解 电解:利用直流电流引起的化学反应进行生产的工艺。电解:利用直流电流
2、引起的化学反应进行生产的工艺。5.1.1 电解烧碱电解烧碱 一电解烧碱生产的基本原理一电解烧碱生产的基本原理 阴极反应阴极反应:H+e H 2 H H2 阳极阳极反应反应:Cl e Cl 2 Cl Cl2全部反应的化学方程式为全部反应的化学方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2 图图5.1.1 电解烧碱示意图电解烧碱示意图第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源烧碱烧碱2022-10-55.1.1 电解烧碱电解烧碱 一电解烧碱生产的基本原理一电解烧碱生产的基本原理 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 根据上述化学方程式,可
3、以算出理论上根据上述化学方程式,可以算出理论上:电解产生电解产生1t烧碱烧碱(100%NaOH),同时生产同时生产0.866t氯气(氯气(100)和)和0.025t氢气氢气(100),需要消耗需要消耗100的的NaCl 1.463t。电解制碱时,在阳极上产生氯气,阴极上产生氢气和氢氧化钠。电解制碱时,在阳极上产生氯气,阴极上产生氢气和氢氧化钠。这些产物如果不把它们隔离分开,将会按下式进行反应:这些产物如果不把它们隔离分开,将会按下式进行反应:2NaOH十十Cl2 NaC1ONaClH2O产生次氯酸钠,次氯酸钠还会进一步变成氯酸钠,就得不到所产生次氯酸钠,次氯酸钠还会进一步变成氯酸钠,就得不到所
4、需要的氯和碱;需要的氯和碱;如果不把氢气和氯气隔开,还会发生爆炸事故。如果不把氢气和氯气隔开,还会发生爆炸事故。2022-10-55.1.1 电解烧碱电解烧碱 一电解烧碱生产的基本原理一电解烧碱生产的基本原理 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 为了解决上述问题,在电解槽的阴阳极之间设置了多孔渗透性的隔膜材料,把电解槽分为阳极室和阴极室两部分,这种采用隔膜的电解方法称“隔膜法电解隔膜法电解”。隔膜材料能让离子(Na+、Cl、H+、HO)和水分子通过,却阻止阴阳极电解产物的混合。因此,在隔膜电解槽阳极室产生的氯气,不会进入阴极室,经阳极室上方氯气支管导出;
5、在阴极室产生的氢气,也不会进入阳极室,由阴极箱氢气支管导出,氢氧化钠溶液经阴极室下方导出。图5.1.2 立式隔膜电解槽示意图2022-10-55.1.1 电解烧碱电解烧碱 一电解烧碱生产的基本原理一电解烧碱生产的基本原理 二二.电解烧碱的生产流程电解烧碱的生产流程三三.立式吸附隔膜电解槽立式吸附隔膜电解槽第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 2022-10-5四电解烧碱的电量消耗四电解烧碱的电量消耗 电耗是电解生产的一个重要技术经济指标。电耗是电解生产的一个重要技术经济指标。电解烧碱耗电较多其中:直流电能消耗约占电解烧碱耗电较多其中:直流电能消耗约占97%
6、98,交流动力用电约占交流动力用电约占23,电费约占生产成本的电费约占生产成本的50。法拉第定律:电解过程中电极上所产生物质的量,法拉第定律:电解过程中电极上所产生物质的量,与通过电解质溶液的电量成正比,与通过电解质溶液的电量成正比,即与电流强度及通电时间成正比。即与电流强度及通电时间成正比。5.1.1 电解烧碱电解烧碱 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 2022-10-5五槽电压五槽电压 5.1.1 电解烧碱电解烧碱 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 槽电压槽电压即电解槽的实际工作电压,即电解槽的实际工作电压
7、,是一项重要的技术指标,与能耗有极其密切的关系。是一项重要的技术指标,与能耗有极其密切的关系。槽电压由槽电压由 理论分解电压、理论分解电压、过电压、过电压、金属导体电压降、金属导体电压降、电解质溶液电压降、电解质溶液电压降、隔膜电压降(离子膜电压降)、隔膜电压降(离子膜电压降)、接触电压降组成。接触电压降组成。2022-10-5五槽电压五槽电压 5.1.1 电解烧碱电解烧碱 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 表表5.1.1 电解槽槽电压分布情况电解槽槽电压分布情况2022-10-51大功率整流电源大功率整流电源图图5.1.7 电解烧碱的供电结构框图电解
8、烧碱的供电结构框图 工厂主变电所工厂主变电所内的变压器,内的变压器,用于将电网高用于将电网高压降低;压降低;三相桥式(三相桥式(200V););双反星形带平衡电抗双反星形带平衡电抗器(器(200V););6、12、24、36或或48相相 调节电调节电压保持压保持恒流恒流降低电压,降低电压,双绕组或双绕组或三绕组三绕组六六电解烧碱供电电解烧碱供电5.1.1 电解烧碱电解烧碱 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 2022-10-5 IGBT大功率逆变电解电源:大功率逆变电解电源:体积小、重量轻、高效节能,比普通电源节能体积小、重量轻、高效节能,比普通电源节能
9、30%功率因数可做到功率因数可做到0.95。电源具有稳压、低纹波、软启动等功能,抗冲击能力强、输电源具有稳压、低纹波、软启动等功能,抗冲击能力强、输出波形平稳、电解质量稳定、电压电流调节范围宽,恒流恒出波形平稳、电解质量稳定、电压电流调节范围宽,恒流恒压自动切换并对电网电压有自动补偿功能。防触电、过热、压自动切换并对电网电压有自动补偿功能。防触电、过热、电压异常等多种保护功能,工作时安全可靠。该系列产品是电压异常等多种保护功能,工作时安全可靠。该系列产品是专门为恶劣的强腐蚀环境设计的全封闭式电源,广泛用于铜专门为恶劣的强腐蚀环境设计的全封闭式电源,广泛用于铜箔厂、氯碱厂大电流低纹波电解。亦可用
10、于其它化工行业大箔厂、氯碱厂大电流低纹波电解。亦可用于其它化工行业大电流电解。电流电解。2大功率逆变电解电源大功率逆变电解电源六六电解烧碱供电电解烧碱供电5.1.1 电解烧碱电解烧碱 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 2022-10-5某型号某型号IGBT大功率逆变电解电源的主要技术参数大功率逆变电解电源的主要技术参数 2大功率逆变电解电源大功率逆变电解电源六六电解烧碱供电电解烧碱供电5.1.1 电解烧碱电解烧碱 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 2022-10-53电解烧碱对供电的要求电解烧碱对供电的要求1)
11、高压()高压(35kV或或110kV)供电,)供电,电解烧碱生产的用电量大,2)供电电压稳定、不间断)供电电压稳定、不间断 从电网引来两路或三路独立电源。从电网引来两路或三路独立电源。电压稳定,连续生产,不仅对生产有利、槽的使用寿命延长,还可降低直流损耗。如果电流波动频繁,就会造成氯、氢气和电解流量的波动,使正常生产受到破坏,还容易破坏隔膜。严重时会因氢氯混合而引起爆炸。3)严禁突然停电。)严禁突然停电。突然停电会造成氯气外溢,直接影响操作人员、甚至工厂周围居民的健康安全,造成环境污染。六六电解烧碱供电电解烧碱供电5.1.1 电解烧碱电解烧碱 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直
12、流电源 5.1 电解电解 2022-10-51提高整流效率提高整流效率2降低槽电压、减小直流电压损失降低槽电压、减小直流电压损失3采用金属阳极电解槽采用金属阳极电解槽 据资料介绍,用金属阳极电解槽代替石墨电极电解槽,据资料介绍,用金属阳极电解槽代替石墨电极电解槽,每吨烧碱可节电每吨烧碱可节电530kWh。4保证盐水质量保证盐水质量5合理保持盐水温度并加强对电解槽保温合理保持盐水温度并加强对电解槽保温6降低碱损失降低碱损失7选择合适的电流密度选择合适的电流密度七电解烧碱的节电途径七电解烧碱的节电途径5.1.1 电解烧碱电解烧碱 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电
13、解电解 2022-10-55.1.2 电解铝电解铝 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 铝因其质轻、抗腐蚀性强、具有对各种形式加工的适应性、制铝因其质轻、抗腐蚀性强、具有对各种形式加工的适应性、制造加工费用低、外观美观等特点,广泛应用于:造加工费用低、外观美观等特点,广泛应用于:建筑业、电力行业、包装业、汽车结构、海上应用、建筑业、电力行业、包装业、汽车结构、海上应用、航空航天、家用电器、加工设备、纺织设备、航空航天、家用电器、加工设备、纺织设备、煤矿机械、移动式灌溉管与工具等领域。煤矿机械、移动式灌溉管与工具等领域。2022-10-55.1.2 电解铝
14、电解铝 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 20002008年我国电解铝产量年我国电解铝产量十年来我国电解铝工业发展迅速,技术装备水平明显提高,但投资严重过热,产量从2000年283万吨急剧增加到2008年的1376万吨,占世界总产量约33%。2009年已建产能已超过2100万吨。2022-10-55.1.2 电解铝电解铝 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 我国铝产量占世界铝产量的比重我国铝产量占世界铝产量的比重2022-10-55.1.2 电解铝电解铝 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源
15、5.1 电解电解 电解铝的生产在电解槽中进行,电解铝的生产在电解槽中进行,电解铝主原料:氧化铝(电解铝主原料:氧化铝(AlAl2 2O O3 3),),基本材料:阳极糊(由焦粉、焦粒和沥青组成)、基本材料:阳极糊(由焦粉、焦粒和沥青组成)、冰晶石(冰晶石(3NaFAlF3NaFAlF3 3)、)、氟化铝以及其他氟化物,如氟化镁、氟化钙等氟化铝以及其他氟化物,如氟化镁、氟化钙等 电极:碳素材料。电极:碳素材料。一一.电解铝生产的基本原理电解铝生产的基本原理电解质电解质2022-10-55.1.2 电解铝电解铝 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 电解槽的化
16、学反应是:电解槽的化学反应是:Al2O33/2C 2 Al3/2CO2 Al2O3 3C 2 Al3CO电解的结果是:电解的结果是:a.阴极上得到铝;阴极上得到铝;b.阳极上生阳极上生成成CO2和和CO气体;气体;c.电解质电解质Al2O3被不断消耗掉。被不断消耗掉。一一.电解铝生产的基本原理电解铝生产的基本原理2022-10-55.1.2 电解铝电解铝 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 二二.电解铝的生产流程电解铝的生产流程图图5.1.11 电解铝的基本生产流程电解铝的基本生产流程三三.电解槽电解槽2022-10-5 耗电很大,耗电很大,一座年产一座
17、年产 50000 吨电解铝厂每年耗电吨电解铝厂每年耗电89亿亿kWh,需要功率达需要功率达100MW。电耗占成本的电耗占成本的50%左右。左右。电解铝生产消耗的电能约占总电耗的电解铝生产消耗的电能约占总电耗的 90,而另而另10则用于动力,如厂房通风、排烟、运输、则用于动力,如厂房通风、排烟、运输、供水、压风、供气及照明等。供水、压风、供气及照明等。5.1.2 电解铝电解铝 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 四四.电解铝用电情况电解铝用电情况2022-10-55.1.2 电解铝电解铝 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电
18、解电解 四四.电解铝用电情况电解铝用电情况 有色金属工业是国家重点高耗能产业之一,有色金属工业是国家重点高耗能产业之一,2005年我国有色年我国有色金属工业总耗能量约占全国总能耗的金属工业总耗能量约占全国总能耗的3.1%。在国家发改委、。在国家发改委、国家能源领导小组等五部委联合发布千家企业节能行动实国家能源领导小组等五部委联合发布千家企业节能行动实施方案中,施方案中,2004年企业综合能源消费量达到年企业综合能源消费量达到18万吨标准煤万吨标准煤以上的千家企业中,有色金属企业占了以上的千家企业中,有色金属企业占了71家家,其中铝冶炼企其中铝冶炼企业业51家。家。电解铝产品能耗相对较高电解铝产
19、品能耗相对较高,俗称,俗称“电老虎电老虎”。经过多年技术。经过多年技术进步,进步,国内电解铝企业综合交流电耗国内电解铝企业综合交流电耗由由2001年年15470 kWh/t降降到到2008年年14323 kWh/t,而且电解铝产量较大,而且电解铝产量较大,2008年年10种种有色金属总产量有色金属总产量2519万吨,其中电解铝产量万吨,其中电解铝产量1318万吨,万吨,占占52%以上,其耗电量以上,其耗电量约占全国总耗电的约占全国总耗电的5%。2022-10-5两种电解电源情况:两种电解电源情况:1.大功率整流器设备大功率整流器设备(目前采用较多)(目前采用较多)功率因数降低。高次谐波对电网的
20、影响。功率因数降低。高次谐波对电网的影响。随着直流用电的增长,整流装置高次谐波对电网的危害也正日渐严重。随着直流用电的增长,整流装置高次谐波对电网的危害也正日渐严重。2.高频开关直流电源,高频开关直流电源,采用高频谐振逆变控制技术,采用高频谐振逆变控制技术,功率因数高,对电网的谐波污染小,无干扰。功率因数高,对电网的谐波污染小,无干扰。5.1.2 电解铝电解铝 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 四四.电解铝用电情况电解铝用电情况五五.槽电压槽电压2022-10-51必须有两个以上的独立电源,供电连续不能间断,必须有两个以上的独立电源,供电连续不能间断,
21、可靠性高。可靠性高。2交流供电电压采用交流供电电压采用220kV或或110kV。220kV或或110kV交流电压经降压变电所降至交流电压经降压变电所降至10kV后,后,再经调压变压器、整流变压器和电力电子变换装置将交流电变为再经调压变压器、整流变压器和电力电子变换装置将交流电变为 直流电向电解槽供电。直流电向电解槽供电。1降低电解槽平均电压降低电解槽平均电压2提高电流效率提高电流效率七电解铝的节电途径七电解铝的节电途径5.1.2 电解铝电解铝 第第5章章 直流用电设备及直流电源直流用电设备及直流电源 5.1 电解电解 六六.供电要求供电要求2022-10-5电镀:利用电化学方法对零件进行表面加
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