Aplicación del sistema de oxígeno VPSA en la industria de producción de cemento para mejora tecnológica

Desde 1985, China, como un importante país productor de cemento, ha ocupado el primer lugar en producción de cemento a nivel mundial durante 37 años consecutivos. La industria del cemento también se ha convertido en uno de los sectores clave a transformar para el ahorro de energía y la reducción de emisiones debido a sus atributos de alto consumo energético. En el proceso de fabricación de cemento, los hornos de cemento, como equipos centrales de calcinación que utilizan carbón, representan una proporción significativa del consumo total de energía y las emisiones de carbono de una planta cementera. La tecnología de combustión enriquecida con oxígeno es un proyecto clave de promoción nacional para el ahorro de energía y las bajas emisiones de carbono en la industria del cemento. La actualización del sistema de suministro de aire de los hornos de cemento utilizando esta tecnología tiene un efecto positivo en el rendimiento de la combustión del combustible y en la producción de clínker. El VPSA (Adsorción por Cambio de Presión al Vacío) y PSA (Adsorción por Cambio de Presión) sistema de generación de oxígeno ha sido la opción preferida en estos proyectos de renovación tecnológica debido a su menor período de construcción, adaptabilidad a la escala, flexibilidad en la operación y facilidad para el arranque y parada.

1. La dirección de la aplicación de la generación de oxígeno VPSA para la transformación tecnológica en la industria de producción de cemento

En la producción de cemento, el consumo de energía representa más del 50% de los costos totales de fabricación, y el horno, como componente central de calcinación, también es el equipo que más combustible consume en el proceso de producción de cemento. El carbón pulverizado se introduce normalmente en el quemador y se quema en el aire del soplador como combustible. Si se adopta la tecnología de combustión enriquecida con oxígeno, un contenido de oxígeno superior al del aire puede ayudar a lograr un mejor efecto de combustión al hacer que el combustible se queme de manera más completa, aumentando la temperatura de combustión del carbón pulverizado y acortando el tiempo de combustión, mejorando así la eficiencia general del combustible de todo el sistema. Además, dado que la combustión enriquecida con oxígeno puede elevar la temperatura de la llama y estabilizar la atmósfera de combustión, es beneficioso para aumentar la resistencia del clínker y mejorar aún más la producción de clínker de cemento.

La tecnología de generación de oxígeno VPSA y PSA se puede aplicar a hornos de cemento de diversas capacidades, permitiendo aplicaciones uno a uno o uno a muchos. Tiene ventajas evidentes en proyectos de renovación para el ahorro de energía, con un ciclo de construcción más corto, una operación más flexible y una mejor adaptabilidad en la regulación de la relación de reducción.

2. Aplicación de una planta de oxígeno VPSA de dos torres en una fábrica de cemento en Corea

En 2021, una planta de cemento en Corea del Sur planeaba realizar una transformación de su horno de cemento con combustión enriquecida con oxígeno tecnología. Debido a la estructura energética local, el carbón se importa principalmente. Para reducir aún más los costos, promover combustibles alternativos y mejorar la eficiencia de combustión se convirtió en una necesidad inminente de mejora tecnológica. Debido al espacio limitado en la planta, el área disponible para el equipo de oxígeno es solo de 21,6 m x 25,4 m, y los 7 puntos de consumo de gas están relativamente dispersos. La planta de cemento decidió adoptar la tecnología de producción de oxígeno VPSA de PKU Pioneer para renovar el sistema actual de suministro de gas después de revisar a fondo los procesos criogénicos, de membrana y de separación de aire VPSA. Su requisito de capacidad de oxígeno es de 5000 Nm³/h con una pureza del 90%.

El proyecto de transformación adopta una unidad de oxígeno VPSA de dos torres para actualizar el sistema original de suministro de gas. Después de presurizarse a 150 kPa, el oxígeno producto obtenido del sistema de oxígeno con una presión de 20-30 kPa, un flujo de 5000 Nm³/h y una pureza del 90% se envía a 7 hornos de cemento en forma de uno a muchos y se controla y ajusta en cada punto de gas según las demandas prácticas de oxígeno.

Con la finalización de la mejora técnica, el hornos de sistema funciona de manera estable después de poner en marcha la planta generadora de oxígeno. El consumo de carbón se redujo en comparación con antes de la mejora cuando se usaba solo carbón pulverizado como combustible, mientras que los plásticos se quemaron de manera más completa en una atmósfera rica en oxígeno y la eficiencia térmica mejoró al usar combustibles alternativos. Además, la producción de clínker aumentó más del 10% interanual. En comparación con los parámetros de producción originales, todos los rendimientos de fabricación de los hornos son más estables después de la renovación. Tras la transformación tecnológica, aumentó la proporción de combustibles alternativos (residuos plásticos) utilizados, lo que no solo redujo el costo del carbón sino que también ayudó a obtener un subsidio adicional del gobierno debido a la eliminación de residuos plásticos, reduciendo así significativamente los costos totales de combustible. La adaptación de combustión enriquecida con oxígeno mediante la tecnología de generación de oxígeno VPSA aporta beneficios económicos evidentes al reducir el costo del combustible del sistema de producción de cemento, aumentar la producción de clínker y estabilizar la operación del horno.

3. Características y ventajas de la tecnología de generación de oxígeno VPSA

Esta transformación tecnológica adopta el absorbedor de lecho radial de PKU Pioneer y el tamiz molecular de oxígeno de tercera generación; el proceso tiene las siguientes características:

3.1 Proceso simple y arranque y parada rápidos

La planta de oxígeno VPSA utiliza sopladores y bombas de vacío para alimentar y bombear aire respectivamente. Las torres de adsorción pueden conectarse en paralelo de dos o más y, generalmente, dos recipientes pueden generar el máximo de oxígeno de 7500 Nm³/h. La adsorción de impurezas y la descarga de oxígeno producto se pueden lograr mediante ecualización de presión, purga con oxígeno, presurización y adsorción, mientras que la desorción de impurezas y la regeneración del adsorbente se logran mediante despresurización, extracción al vacío y purga. El proceso general es simple: con un alto grado de automatización, las válvulas se abren y cierran mediante control de secuencia temporal. Y solo toma 15 minutos desde el arranque para cumplir con los requisitos de oxígeno, con operación flexible y arranque y parada convenientes.

3.2 Operación Sencilla y Regulación Flexible de la Relación de Reducción de Carga

La unidad de oxígeno VPSA se puede ajustar configurando los pasos de secuencia y controlando los parámetros de las válvulas para lograr la relación de reducción de carga y el ajuste de pureza del oxígeno. La carga se puede ajustar del

3.3 Funcionamiento estable y bajo costo de mantenimiento

El equipo de potencia del sistema de oxígeno (soplador Roots, bomba de vacío y soplador booster) permite un funcionamiento más estable y un menor mantenimiento diario. Además, el avanzado sistema de control de PKU Pioneer, con un alto grado de automatización, permite que las empresas productoras no inviertan demasiado en capital de operación y mantenimiento ni en costos civiles.

3.4 Funcionamiento a temperatura normal y alta seguridad

Dado que la unidad de oxígeno VPSA opera a temperatura ambiente y baja presión, no se produce enriquecimiento de oxígeno líquido ni acetileno en comparación con las unidades criogénicas ASU, por lo que tiene mayor seguridad.

3.5 Bajo costo operativo

El consumo total de energía para oxígeno puro de las plantas de oxígeno VPSA y PSA es menor (0,29~0,33 kWh/Nm³), lo que resulta en menores costos operativos totales.

3.6 Periodo de construcción corto y bajo nivel de ruido

Se puede utilizar el molino de estructura de acero integrada con paredes a prueba de sonido, cuyo ciclo de construcción es más corto que el taller de concreto convencional. Se aplican materiales compuestos de silenciamiento para el tratamiento de reducción de ruido, y el ruido a 1 m fuera de la planta es ≤85 dB.

Como un sistema de generación de oxígeno conveniente y eficiente, la planta de oxígeno VPSA y PSA es más ventajosa en los proyectos de transformación tecnológica de molinos de cemento debido a su periodo de construcción más corto y su funcionamiento más flexible. Después de la renovación del sistema de suministro de gas de hornos industriales mediante la tecnología de combustión enriquecida con oxígeno, con el método de generación de oxígeno VPSA y PSA como núcleo, se puede lograr integralmente la mejora de la eficiencia de combustión de carbón pulverizado y la producción de clínker. En el contexto urgente de ahorro de energía y reducción de emisiones, promover aún más la aplicación de la tecnología de combustión enriquecida con oxígeno en los sistemas de suministro de gas de hornos industriales puede lograr mejores efectos de ahorro de energía y reducción de carbono.

Como el mayor fabricante y proveedor de plantas de oxígeno VPSA y PSA del mundo, PKU Pioneer ha construido más de 300 sistemas de oxígeno para clientes en más de 10 países. Con la capacidad más alta que alcanza 80,000 Nm³/h, nuestras unidades de oxígeno de alto rendimiento se han aplicado en más de 10 áreas industriales, incluyendo hierro y acero, metalurgia no ferrosa, fabricación de vidrio, incineración de residuos, baterías de energía, etc. Hemos recibido un alto reconocimiento por parte de empresas líderes en cada campo por la fiabilidad superior, estabilidad, seguridad, así como los servicios sinceros que ofrecemos.