Агрегат для автоматического управления температурой электролизера

Данная новая прикладная полезная модель относится к управлению температурой в ходе эксплуатации электролизера по технологии электролиза расплавленных солей, в частности, к автоматическому агрегату для управления температурой электролизеров. Агрегат для автоматического управления температурой электролизеров включает: термопару, шкаф управления трансформатором, центробежный вентилятор высокого давления, которые отдельно соединяются с программируемым контроллером, а программируемый контроллер соединяется с компьютером, так образуется автоматический агрегат для управления температурой электролизеров. С применением данного автоматического агрегата для управления температурой электролизеров можно одновременно автоматически управлять температурой нескольких электролизеров, повысить точность управления температурой электролизеров, в результате чего повышается эффективность электрического тока, уменьшается удельный расход металлического магния. Температура всех электролизеров может одновременно показываться на одном экране, с помощью компьютера, осуществляется концентрированное управление температурой всех электролизеров. Имеет функцию нагревания переменным током на случай отсечения постоянного тока. В результате электролит не затвердевает, что предотвращает ущерб.

Область применения технологии

Данная новая прикладная полезная модель относится к управлению температурой в ходе эксплуатации электролизера по технологии электролиза расплавленных солей, в частности, к агрегату для автоматического управления температурой электролизеров, который автоматически поддерживает температуру нескольких электролизеров в стандартных пределах.

Уровень техники

Ближайшим аналогом для заявленной полезной модели является агрегат для электролиза хлористого магния, раскрытый в документе ЕР0060048А1. В указанном документе раскрыта электролитическая ячейка для производства металла при производстве магния путем электролиза расплавленной соли, при этом металл собирается по массе расплавленной соли под сильно изолированным покрытием для снижения тепловых потерь от расплавленного металла, по существу, в условиях неокислительной атмосферы. Посредством теплообменника, который врезается в расплавленный электролит и расположен так, чтобы избежать значительного поглощения тепла от всплывающего расплавленного металла, поддерживается контролируемая температура электролита приблизительно выше точки плавления магния. Такое расположение позволяет контролировать температуру электролита со снижением степени формирования шлама и увеличения срока службы ячейки путем недопущения воздействия влаги атмосферы на электролит. Указанный агрегат для контроля температуры обладает следующими недостатками, например, он не может отслеживать или контролировать температуру ряда устройств. Соответственно, настоящая полезная модель предлагает агрегат для автоматического управления температурой для магниевой электролитической ячейки, который получен в результате устранения вышеуказанных трудностей.

Предпосылки к созданию полезной модели

Технология электролиза расплавленных солей - одна из двух технологий по производству металлического магния. Несколько электролизеров соединяются последовательно с источником постоянного тока, хлористый магний, содержащийся в расплавленной соли (электролите) в электролизере, подвергается реакции электролиза и разлагается на металлический магний и хлор, при этом магний в жидком состоянии на поверхности электролизера. Температура электролизера должна сохраняться в штатном пределе. Температура электролизера не должна быть ниже температуры плавления магния 650°С, так магний не застывает и извлекается ковшом для магния. Температура электролизера не должна быть слишком высокой. Высокая температура увеличивает обратное взаимодействие магнии и хлора (вторая реакция), снижает выход магния и хлора, а также эффективность тока, повышает удельный расход электроэнергии. Это тоже увеличивает расход энергии электролизера. В реальном производстве, температура электролизера зачастую чрезмерно высокая, то есть электролизер нагревается.

Температура электролизера является одним из основных требований контроля, температура электролизера не должна быть ниже 650°С к тому же, чем ближе к 650°С, тем выше производительность тока электролизера и меньше удельный расход электроэнергии.

В случае нагревания электролизера, добавить твердый хлористый магний в электролизер или снизить постоянный ток, так снижают температуру электролизера. Однако добавление твердого хлористого магния мешает порядку производства, снижение постоянного тока сокращает производительность, таким образом оба метода влияют на производство, снижают эффективность тока, увеличивают удельный расход металлического магния. В настоящее время пределы температуры электролизера составляют 660°С ~ 690°С. При отсечении постоянного тока электролит затвердеет в электролизере и повредит электролизер, что приведет к большому ущербу.

Содержание полезной модели

Целью данной новой прикладной полезной модели является предоставление агрегат для автоматического управления температурой электролизеров, осуществление концентрированного контроля температуры и автоматического управления температурой нескольких электролизеров.

Агрегат, применяемый по данной новой прикладной полезной моделе, таков: агрегат для автоматического контроля температуры электролизеров, включая электролизер, электролит, сборную ячейку, электролитическую ячейку, охлаждающий теплообменник, термопару, электрод переменного тока, переменный ток, однофазный трансформатор, шкаф управления трансформатором, источник питания переменного тока, центробежный вентилятор высокого давления, программируемый контроллер, и компьютер. Указанная термопара устанавливается в сборной ячейке электролизера, ее нижнюю часть помещают в электролит, выход соединяется со входом программируемого контроллера. Указанный электрод переменного тока устанавливается в электролите сборной ячейки электролизера, вход электрода переменного тока соединяется с выходом однофазного трансформатора. Указанный выход шкафа управления трансформатором соединяется со входом однофазного трансформатора, шкаф управления трансформатором соединяется с источником переменного тока, вход контроля шкафа управления трансформатором соединяется с выходом программируемого контроллера, шкаф управления трансформатором имеет функцию управления на месте. Вышеуказанный охлаждающий теплообменник устанавливается в электролите сборной ячейки электролизера, его вход соединяется с выходом центробежного вентилятора высокого давления с помощью трубопровода, выход трубопровода идет в атмосферу. Указанный вход контроля центробежного вентилятора высокого давления соединяется с выходом обработки программируемого контроллера, центробежный вентилятор высокого давления имеет функцию управления на месте. Выход программируемого контроллера электрически соединяется с входом компьютера, выход обработки компьютера электрически соединяется с входом обработки программируемого контроллера, выход обработки программируемого контроллера отдельно электрически соединяется со шкафом управления трансформатором, шкаф управления трансформатором соединяется с центробежным вентилятором высокого давления.

По сравнению с имеющейся технологией преимущества данной новой прикладной полезной модели таковы: агрегат для автоматического контроля температуры нескольких электролизеров состоит из термопары, электрода переменного тока, однофазного трансформатора, шкафа управления трансформатором, охлаждающего теплообменника, центробежного вентилятора высокого давления, программируемого контроллера, компьютера. Термопара передает сигнал температуры программируемому контроллеру и компьютеру, программируемый контроллер и компьютер управляют электродом переменного тока, ток идет в электролизер и производит реакции теплообразования, сопротивления, так повышается температуру электролита. Или программируемый контроллер и компьютер управляют запуском центробежного вентилятора высокого давления, после впуска воздуха в охлаждающий теплообменник, происходит теплообмен воздуха более низкой температуры с электролитом более высокой температуры, так снижается температура электролита. Электролизер состоит из сборной ячейки и электролитической камеры, проектная мощность переменного тока в сборной ячейке составляет 600 кВт, а в электролитической камере 400 кВт. Программируемый контроллер принимает температурный сигнал из термопары, управляет шкафом управления трансформатором, центробежным вентилятором высокого давления, обменивается информацией с компьютером. Компьютер обменивается информацией с программируемым контроллером, исправляет программу управления температурой, выявляет температуру электролизера,записывает кривую истории температуры электролитической камеры, печатает отчет. Шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА и центробежный вентилятор высокого давления имеют функции управления по месту, ручной контроль температуры электролизера превращается в автоматический контроль. Можно одновременно включить два электрода переменного тока в сборной ячейке и электролитической ячейке или включить только один из них.

Данная новая прикладная полезная модель управляет температурой электролизера, чем ближе к 650°С, тем лучше. Пределы управления должны составлять 651°С ~ 659°C.

При применении данного агрегата для автоматического контроля температуры электролизеров можно одновременно автоматически управлять температурой нескольких электролизеров, повысить точность контроля температуры электролизеров, в результате чего повышается эффективность электрического тока, снижается удельный расход металлического магния. Функция нагревания переменным током: в случае отсечения постоянного тока, электролит не затвердевает. Температуры всех электролизеров могут быть одновременно показаны на одном экране, с помощью компьютера осуществляется концентрированное управление температурой электролизеров.

Описание графических материалов

К данному агрегату для автоматического управления температурой электролизеров прилагаются следующие рисунки.

Фиг 1 показывает схему конструкции системы данного агрегата для автоматического управления температурой электролизеров.

Фиг 2 показывает схему подробной конструкции системы данного агрегата для автоматического управления температурой электролизеров, в том числе, схемы узлов автоматического управления одним электролизером.

В том числе: 1. электролизер; 2. электролит; 3. сборная ячейка; 4. электролитическая ячейка; 5. электрод переменного тока 600 кВт; 6. охлаждающий теплообменник; 7. термопара; 8. электрод переменного тока 400 кВт; 9. источник питания переменного тока; 10. однофазный трансформатор мощностью 600 кВА; 11. переменный ток 600 кВт; 12. однофазный трансформатор мощностью 400 кВА; 13. переменный ток 400 кВт; 14. центробежный вентилятор высокого давления; 15. шкаф управления трансформатором мощностью 600 кВА; 16. шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА; 17. трубопровод: 18. программируемый контроллер; 19. компьютер.

Конкретный способ осуществления

Дальше фигура сверяется примером осуществления и описывается данный агрегат для автоматического управления температурой электролизеров.

Как показывают фигуры 1 и 2, данный агрегат для автоматического управления температурой электролизеров включает в себя компьютер (19) и узел автоматического управления одним электролизером, при этом узел автоматического управления одним электролизером включает в себя электролизер (1), электролит (2), сборную ячейку (3), электролитическую ячейку (4), электрод переменного тока 600 кВт (5), охлаждающий теплообменник (6), термопару (7), электрод переменного тока 400 кВт (8), источник питания переменного тока (9), однофазный трансформатор мощностью 600 кВА (10), переменный ток 600 кВт (11), однофазный трансформатор мощностью 400 кВА (12), переменный ток 400 кВт (13), центробежный вентилятор высокого давления (14), шкаф управления трансформатором мощностью 600 кВА (15), шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА (16), трубопровод (17), программируемый контроллер (18), компьютер (19). Указанная термопара (7) устанавливается на электролизере (1), ее нижняя часть погружают в электролит (2), и термопара электрически соединяется с программируемым контроллером (18); электрод переменного тока 600 кВт (5) электрически соединяется с однофазным трансформатором мощностью 600 кВА (10); шкаф управления трансформатором мощностью 600 кВА (15) электрически соединяется с однофазным трансформатором мощностью 600 кВА (10), шкаф управления трансформатором мощностью 600 кВА (15) электрически соединяется с источником питания переменного тока (9), вход контроля шкафа управления трансформатором мощностью 600 кВА (15) электрически соединяется с выходом обработки программируемого контроллера (18); электрод переменного тока 400 кВт (8) устанавливается в электролите сборной ячейки в электролизере, электрод переменного тока 400 кВт (8) электрически соединяется с однофазным трансформатором мощностью 400 кВА (12); шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА (16) электрически соединяется с однофазным трансформатором мощностью 400 кВА (12), шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА (16) электрически соединяется с источником питания переменного тока (9), вход контроля шкафа управления трансформатором мощностью 400 кВА (16) электрически соединяется с выходом обработки программируемого контроллера (18); центробежный вентилятор высокого давления (14) погружают в электролит электролизера, его вход соединяется с выходом центробежного вентилятора высокого давления (14) с помощью трубопровода (17), выход трубопровода идет в атмосферу; вход контроля центробежного вентилятора высокого давления (14) соединяется с выходом обработки программируемого контроллера (18), выход программируемого контроллера (18) электрически соединяется с входом компьютера (19), выход обработки компьютера (19) электрически соединяется с входом обработки программируемого контроллера (18), выход обработки программируемого контроллера (18) отдельно электрически соединяется с шкафом управления трансформатором мощностью 600 кВА (15), шкафом управления трансформатором мощностью 400 кВА (16), центробежным вентилятором высокого давления (14).

Указанный программируемый контроллер (18) соединяется с несколькими электролизерами (1), термопарами (7), шкафом управления трансформатором мощностью 600 кВА, шкафом управления трансформатором мощностью 400 кВА и центробежным вентилятором высокого давления.

Указанный шкаф управления трансформатором мощностью 600 кВА, шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА и центробежный вентилятор высокого давления имеют функции управления на месте.

Можно одновременно включить два электрода переменного тока в сборной ячейке и электролитической ячейке или включить только один из них.

Пределы контроля температуры электролизера составляют 651° ~ 659°.

1 Пример осуществления 1

Принцип применения агрегата по данному новому прикладному полезной модели таков: при этом присутствует агрегат для автоматического управления температурой электролизеров, включая компьютер (19) и узел автоматического управления одним электролизером, при этом узел автоматического управления одним электролизером включает в себя электролизер (1), электролит (2), сборную ячейку (3), электролитическую ячейку (4), электрод переменного тока 600 кВт (5), охлаждающий теплообменник (6), термопару (7), электрод переменного тока 400 кВт (8), источник питания переменного тока (9), однофазный трансформатор мощностью 600 кВА (10), переменный ток 600 кВт (11), однофазный трансформатор мощностью 400 кВА (12), переменный ток 400 кВт (13), центробежный вентилятор высокого давления (14), шкаф управления трансформатором мощностью 600 кВА (15), шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА (16), трубопровод (17), программируемый контроллер (18), компьютер (19). Электрод переменного тока 600 кВт (5) соединяется с однофазным трансформатором мощностью 600 кВА (10), однофазный трансформатор мощностью 600 кВА (10) соединяется со шкафом управления трансформатором мощностью 600 кВА (15). Электрод переменного тока 400 кВт (8) соединяется с однофазным трансформатором мощностью 400 кВА (12), однофазный трансформатор мощностью 400 кВА (12) соединяется со шкафом управления трансформатором мощностью 400 кВА (16). Охлаждающий теплообменник (6) соединяется с центробежным вентилятором высокого давления (14); термопара (7), шкаф управления трансформатором мощностью 600 кВА (15), шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА (16) и центробежный вентилятор высокого давления (14) отдельно соединяются с программируемым контроллером (18) и компьютером (19). Так устроен агрегат автоматического управления температурой электролизеров.

Указанный шкаф управления трансформатором мощностью 600 кВА (15), шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА (16) и центробежный вентилятор высокого давления (14) оснащены функцией управления по месту, существует ручное управление температурой электролизера.

Установленный программируемый контроллер (18) принимает сигнал температуры из термопары (7), сравнивает со стандартной температурой в предварительной программе, издает команду контроля выключателей шкафа управления трансформатором мощностью 600 кВА (15), шкафа управления трансформатором мощностью 400 кВА (16) и запуска центробежного вентилятора высокого давления (14), регулирует температуру электролизера. Одновременно обменивается информацией с компьютером.

Установленный компьютер (19) обменивается информацией с программируемым контроллером (18), изменяет программу управления температурой, показывает температуру электролизера, записывает кривую истории и печатает отчет.

Как показано на фигуре 1, термопары (7) нескольких электролизеров, шкаф управления трансформатором мощностью 600 кВА (15), шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА (16) и центробежный вентилятор высокого давления (14) отдельно соединяются с компьютером (19).

Как показано на фигуре 2, в электролизере (1) хранится электролит (2) для производства, термопара (7) погружается в электролит (2), электрод переменного тока 600 кВт (5) устанавливается в сборной ячейке (3) и погружается в электролит (2), электрод переменного тока 400 кВт (8) устанавливается в электролитической ячейке (3) и погружается в электролит (2).

Источник питания переменного тока (9) поставляет ток шкафу управления трансформатором мощностью 600 кВА (15)и шкафу управления трансформатором мощностью 400 кВА (16).

Центробежный вентилятор высокого давления (14) поставляет охлаждающему теплообменнику охлаждающий воздух с помощью трубопровода.

Термопара (7) передает сигнал температуры программируемому контроллеру (18), в производственных условиях температура электролита (2) в электролизере (1) снижается вплоть до нижнего предела, программируемый контроллер (18) издает сигнал включения шкафа управления трансформатором мощностью 600 кВА (15) и шкафа управления трансформатором мощностью 400 кВА (16), питание переменного тока (9) поступает в электрод переменного тока 600 кВт (5) и электрод переменного тока 400 кВт (8) через однофазный трансформатор мощностью 600 кВА (15) и однофазный трансформатор мощностью 400 кВА (16). Проводя переменный ток, электролит нагревается, и температура электролита повышается, вплоть до максимальной температуры, программируемый контроллер (18) издает сигнал выключения шкафа управления трансформатором мощностью 600 кВА (15) и шкафа управления трансформатором мощностью 400 кВА (16). Так температура электролита в электролизере поддерживается в штатных пределах.

В случае, если температура электролита в электролизере повышается до максимальной, программируемый контроллер (18) издает сигнал запуска центробежного вентилятора высокого давления (14). Воздух входит в охлаждающий теплообменник (6) через трубопровод (17). После теплообмена температура электролита понижается вплоть до минимальной. Программируемый контроллер (18) издает сигнал выключения центробежного вентилятора высокого давления (14) и поддерживает температуру электролита (2) в электролизере (1) в штатных пределах.

В случае отсечения тока или при ремонте, осуществляется ручное управление шкафом управления трансформатором мощностью 600 кВА (15), шкафом управления трансформатором мощностью 400 кВА (16) и центробежным вентилятором высокого давления (14) на месте, и температура электролита (2) в электролизере (1) удерживается в штатных пределах.

В случае отсечения постоянного тока, программируемый контроллер (18) управляет подачей электричества электроду переменного тока 600 кВт (5) и электроду переменного тока 400 кВт (6), так поддерживается температура электролита (2) в электролизере (1), электролит не застывает.

Можно одновременно включить электроды переменного тока в сборной ячейке (3) и в электролитической ячейке (8) или включить один из них.

Компьютер (19) принимает сигнал из программируемого контроллера (18), показывает величину температуры, записывает кривую истории, предоставляет функции исправления экрана управления температурой и печатает отчет.

С применением агрегата для автоматического управления температурой электролизеров, пределы управления температуры электролизера уменьшаются, составляют 651°С ~ 659°С.

Данный агрегат для автоматического управления температурой электролизеров включает в себя несколько узлов автоматического управления одним электролизером.

Благодаря применению данного прикладного агрегата для автоматического управления температурой электролизеров, температура электролизера устанавливается и поддерживается в пределах 651°С ~ 659°С,в результате чего, эффективность тока повышается приблизительно на 11%, а удельный расход электроэнергии приблизительно уменьшается на 800 кВтч/т-Mg.

1. Агрегат для автоматического управления температурой электролизера, который включает сборную ячейку (3) с установленным в ней электродом переменного тока, электролитическую ячейку (4) с установленным в ней электродом переменного тока, охлаждающий теплообменник (6), центробежный вентилятор высокого давления (14), трубопровод (17), при этом охлаждающий теплообменник (6) выполнен с возможностью погружения в электролит (2) электролизера (1), а его вход соединен с выходом центробежного вентилятора высокого давления (14) с помощью трубопровода (17), содержащий компьютер (19) и узел автоматического управления температурой одного электролизера, содержащий термопару (7), источник питания переменного тока (9), программируемый контроллер (18), два однофазных трансформатора, два шкафа управления трансформаторами, причем термопара (7) установлена на электролизере (1) с возможностью погружения ее нижней части в электролит (2) и электрически соединена с программируемым контроллером (18), каждый электрод переменного тока отдельно соединен с источником питания переменного тока посредством одного однофазного трансформатора и одного шкафа управления трансформатором, выходы программируемого контроллера (18) электрически соединены с входом управления шкафа управления трансформатором, входом управления центробежным вентилятором высокого давления (14) и с входом компьютера (19), а выход компьютера (19) электрически соединен с входом программируемого контроллера (18).

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что узел автоматического управления температурой одного электролизера с двумя типами электродов переменного тока на 400 кВт (8) и на 600 кВт (5) содержит два типа однофазных трансформаторов: 600 кВА (10) для формирования переменного тока 600 кВт (11) и 400 кВА (12) для формирования переменного тока 400 кВт (13) и два типа шкафов управления трансформатором: 600 кВА (15) и 400 кВА (16), при этом электрод переменного тока 600 кВт (5) электрически соединен с однофазным трансформатором мощностью 600 кВА (10), шкаф управления трансформатором мощностью 600 кВА (15) электрически соединен с однофазным трансформатором мощностью 600 кВА (10), шкаф управления трансформатором мощностью 600 кВА (15) электрически соединен с источником питания переменного тока (9), вход управления шкафа управления трансформатором мощностью 600 кВА (15) электрически соединен с выходом программируемого контроллера (18), электрод переменного тока 400 кВт (8) выполнен с возможностью установки в электролите электролитической ячейки электролизера, электрод переменного тока 400 кВт (8) электрически соединен с однофазным трансформатором мощностью 400 кВА (12), шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА (16) электрически соединен с однофазным трансформатором мощностью 400 кВА (12), шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА (16) электрически соединен с источником питания переменного тока (9), вход управления шкафа управления трансформатором мощностью 400 кВА (16) электрически соединен с выходом программируемого контроллера (18).

3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что он включает в себя несколько узлов автоматического управления одним электролизером.

4. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что указанный шкаф управления трансформатором мощностью 600 кВА, шкаф управления трансформатором мощностью 400 кВА и центробежный вентилятор высокого давления имеют функции управления по месту.

5. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что программируемый контроллер (18) выполнен с возможностью одновременного включения двух электродов переменного тока в сборной ячейке и электролитической ячейке или включения только одного из них

6. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что пределы контроля температуры электролизера составляют 651-659°С.