VPSA 산소 플랜트 6,000Nm 경제성 분석³/h, 100% 제철소 고로 부화 산소 연소 지원

진공 압력 변환 흡착 장치는 80%~94% 순도의 산소를 생산하는 데 사용됩니다. 기술 원리는 흡착제의 산소와 질소에 대한 서로 다른 선택성을 이용하여 공기 중의 산소를 분리하는 것입니다. 이러한 비극저온 산소 생산 공정을 사용하는 장치는 VPSA(진공 압력 변환 흡착), VSA(진공 변환 흡착) 또는 PVSA(압력-진공 변환 흡착) 시스템이라고 합니다. 이 글에서 언급된 진공 압력 변환 흡착 기술은 모두 VPSA로 표시됩니다.

VPSA 산소 발생 기술 공정은 수십 년간의 발전을 통해 비교적 성숙해졌습니다. 원래의 칼슘계 흡착제를 사용한 축류 베드 흡착기에서 리튬계 흡착제를 사용하는 방사형 흡착 용기로 전환되었습니다. 이중 용기 플랜트의 최대 용량은 이제 6,000Nm에 이릅니다.³/h 100% 산소 제품 기준. 이러한 플랜트는 상대적으로 낮은 비용, 높은 안전성, 짧은 건설 기간 및 쉬운 유지 관리로 인해 철강 공장의 고로 또는 전기로 보조 장비로 산소를 공급하는 데 특히 적합합니다. 동시에, 발전 부문의 경우 VPSA 기술의 쉬운 시동 및 신속한 부하 조정은 전체 산소 수요 조절, 산소 방출 감소 및 생산 비용 추가 절감에 큰 이점을 제공합니다. 요약하면, VPSA 기술은 극저온 공기 분리로 질소가 충분히 공급되는 경우 철강 기업이 산소를 보충하는 최우선 선택입니다.

2008년, 안산 바오더 철강 유한공사는 제철 고로용 VPSA 산소 플랜트(7,500 Nm) 구매 계약을 체결했습니다.³/h, 80%)를 베이징 북경대학교 창업자 기술 유한공사와 체결했습니다. 이 장치는 성공적으로 가동되었고 지금까지 안정적으로 운전되고 있습니다. 고로는 산소 농축율 2.38%, 생산량 약 8.5% 증가, 분탄 취입량 철 1톤당 145kg, 코크스 비율 5% 감소를 달성했습니다. 2017년 8월과 2018년 9월에는 용량 7,500Nm의 VPSA 산소 장치가 연속적으로 고로에 설치되었습니다.³/h 및 순도 80%(6,000Nm)³/h, 100%)가 연속적으로 고로에 설치되었으며, 고로의 산소 농축율은 4.38%까지 상승했고, 코크스 비율은 10% 감소하여 상당한 경제적 이익을 창출했습니다.

최근 몇 년 동안 VPSA 산소 발생 기술은 중국에서 급속도로 발전하여 다음과 같은 명백한 장점을 보여주고 있습니다.

첫째, VPSA 산소 생산 기술의 신뢰성과 긴 사용 수명은 시간의 시험을 견뎌냈습니다. 안산 바오더 철강 유한공사가 2008년에 적용한 VPSA 산소 장치는 현재까지 성능 저하 없이 원래 수준의 에너지 소비를 유지하고 있습니다.

둘째, VPSA 산소 생산 기술은 송풍기, 진공 펌프, 전동기 및 공압 밸브와 같은 동력 장비만 필요하므로, 비용 효율적인 구성 요소가 비교적 유지 관리하기 쉽기 때문에 추가 인력이 필요하지 않습니다.

셋째, 높은 안전성이 보장됩니다. VPSA 산소 플랜트는 고로에 가압 없이 송풍기 전에 부화 산소를 주입합니다. 비교적 넉넉한 운전 환경을 통해 숨겨진 안전 위험을 피하고 관리를 단순화합니다.

약 10년 전의 두 세트 VPSA 산소 발생기는 실제 운전에서 볼 수 있듯이 구성 조정 및 기타 주요 변경을 거쳤습니다. 구체적인 매개변수는 아래 표와 같습니다.

10여 년간의 급속한 발전을 통해 VPSA 산소 생산 기술은 구성과 공정에서 현저히 개선되었습니다. 위 표 분석에 따르면, 공정 개선은 다음 사항으로 나타납니다:

1. 회전 기기 수 감소

동일 용량의 이전 플랜트와 비교하여 동력 장비, 전기 모터 및 밸브 수가 크게 줄어 유지보수 작업량을 현저히 감소시키고, 이에 따라 인건비 및 유지보수 비용도 간접적으로 절감됩니다. 흡착제 성능 개선으로 톤당 용량이 20% 이상 증가했습니다. 또한 축류 흡수탑이 방사류로 전환되어 전체 내부 공간 구조가 전반적으로 변경되었습니다. 흡착제 및 흡착기 제조는 국제적으로 최고 수준에 이르렀으며, 이러한 최적화는 간소화된 구성 선정과 투입 감소로 이어집니다.

2. 고장률 감소 및 수명 증가

전체 유닛에서 밸브의 정상 작동은 시스템의 연속 운전을 보장하는 중요한 조건이지만, 밸브는 고장이 발생하기 쉬운 주요 부품입니다. 2008년에 생산된 VPSA 산소 플랜트의 핵심 유지보수 작업은 밸브에 집중되어 있습니다. 일반적으로 씰링 링은 평균 1년에 한 번 교체해야 합니다. 2017년에 제조된 산소 플랜트의 밸브 수는 30% 감소했으며 구경이 증가하여 전체 유지보수가 크게 줄었습니다. 마지막으로 고장률이 더욱 감소했습니다. 동시에 씰링 링 재료가 개선되어 밸브 교체 주기가 평균 약 18개월로 연장되었습니다(즉, 씰링 링 작동 횟수는 두 배로 늘었지만 흡착 사이클이 단축되고 온/오프 횟수가 증가했습니다).

3. 전력 소비 감소

전력 소비는 VPSA 산소 발생기의 성능 우수성을 측정하는 가장 중요한 지표입니다. 새로운 흡착제와 방사류 흡수탑 채택으로 전력 소비가 10% 감소했습니다. 순수 산소 1Nm³당 약 0.04kWh의 전력을 절약할 수 있으며, 6,000Nm³/h 기준으로 계산됩니다.³ 연간 가동 시간 8,400시간을 가정하면 약 2,900만 달러의 상당한 비용 절감이 가능합니다.³(참고: 기존 텍스트의 7342-7344 줄 번호와 내용이 혼재되어 있으므로, 원문 의도에 맞게 재구성했습니다. 원문은 7342에 1Nm, 7343에 /h, 7344에 연간 절감액이 포함되어 있으나, 번역 시 자연스럽게 조정했습니다.)

4. 원격 서비스

"지능형 제조" 개념은 중국의 첨단 제조 기술과 정보화의 통합을 촉진했습니다. 원격 데이터 분석 시스템인 파이오니어 클라우드 서비스(Pioneer Cloud Service)는 산소 플랜트에 탑재된 새로운 실용 기능입니다. 운전 데이터는 특정 시스템을 통해 실시간으로 클라이언트에 전송되며, 시스템은 해당 데이터를 정상 운전 조건의 표준 곡선과 비교하여 시각화된 결과 보고서를 제공합니다. 이상 징후 발생 시 즉시 경보를 울려 운전자가 조정 및 유지보수를 수행하도록 안내함으로써 안정성을 더욱 강화하고, 알려지지 않은 위험을 피하며 잠재적 문제를 신속히 제거합니다.

5. 기타

흡수탑, 점유 면적 및 흡착제도 감소되었습니다. 부하 조정이 더 쉽고 빨라졌습니다.

요약하면, 진공압력스윙흡착(VPSA) 산소 생산 기술은 낮은 전력 소비, 높은 신뢰성, 쉬운 운전 및 유지보수, 신속한 부하 조정 등의 장점을 갖추고 있어, 그 적용 범위가 크게 확대될 것입니다. 각국 제철소의 VPSA 기술 적용 사례를 충분히 참고하면 중국 철강 산업이 생산 비용을 더 효과적으로 낮추고 기업 수익을 개선하여 철강 기업의 시장 경쟁력을 강화하고 높이는 데 도움이 됩니다.