시멘트 생산 산업의 기술 개선을 위한 VPSA 산소 시스템 적용

1985년 이후, 주요 시멘트 생산국인 중국은 37년 연속으로 시멘트 생산량에서 세계 1위를 차지했습니다. 시멘트 산업은 높은 에너지 소비 특성으로 인해 에너지 절약 및 배출 감소를 위한 핵심 개혁 대상 부문 중 하나가 되었습니다. 시멘트 제조 공정에서 핵심 석탄 연소 소성 설비인 시멘트 가마는 시멘트 공장의 총 에너지 소비 및 탄소 배출량에서 상당한 비중을 차지합니다. 부화 연소 기술은 시멘트 산업의 국가 에너지 절약 및 저탄소 배출 중점 추진 프로젝트입니다. 이 기술을 사용하여 시멘트 가마의 공기 공급 시스템을 업그레이드하는 것은 연료 연소 성능과 클링커 생산량에 긍정적인 영향을 미칩니다. VPSA(진공압력스윙흡착) 및 PSA(압력 스윙 흡착) 산소 발생 시스템은 건설 기간이 짧고, 규모 적응성이 뛰어나며, 운영 유연성 및 기동 및 정지가 용이하여 이러한 기술 개선 프로젝트에서 선호되는 선택이 되었습니다.

1. 시멘트 생산 산업의 기술 개선을 위한 VPSA 산소 발생 적용 방향

시멘트 생산에서 에너지 비용은 총 제조 비용의 50% 이상을 차지하며, 핵심 소성 부품인 가마는 시멘트 생산 공정에서 가장 많은 연료를 소비하는 설비입니다. 일반적으로 미분탄은 버너에 공급되어 송풍기에서 나오는 공기와 함께 연료로 연소됩니다. 부화 연소 기술을 채택하면 공기보다 높은 산소 함량이 연료를 더 완전하게 연소시키고 미분탄의 연소 온도를 높이며 연소 시간을 단축시켜 더 나은 연소 지원 효과를 얻을 수 있어 전체 시스템의 연료 효율을 향상시킬 수 있습니다. 또한 부화 연소는 화염 온도를 높이고 연소 분위기를 안정화시킬 수 있기 때문에 클링커 강도를 높이고 시멘트 클링커 생산성을 더욱 향상시키는 데 유리합니다.

VPSA 및 PSA 산소 발생 기술은 다양한 용량의 시멘트 가마에 적용 가능하여 일대일 또는 일대다 적용이 가능합니다. 건설 주기가 짧고, 운영이 더 유연하며, 부하 변동비 조절 적응성이 뛰어나 에너지 절약 개선 프로젝트에서 명확한 이점을 가지고 있습니다.

2. 한국 시멘트 공장에서의 2탑 VPSA 산소 플랜트 적용

2021년, 한국의 한 시멘트 공장은 자사의 시멘트 가마에 VPSA 산소 발생 납, 구리 및 안티몬 가마의 기술을 적용한 개조를 진행하고자 했습니다. 현지 에너지 구조상 석탄은 주로 수입에 의존합니다. 비용을 더욱 절감하기 위해 대체 연료 사용을 촉진하고 연소 효율을 더욱 향상시키는 것이 기술 개선의 시급한 과제가 되었습니다. 공장 내 공간이 제한적이어서 산소 설비에 사용 가능한 면적은 21.6m x 25.4m에 불과했으며, 총 7개의 가스 소비 지점이 상대적으로 분산되어 있었습니다. 시멘트 공장은 극저온 분리, 멤브레인 및 VPSA 공기 분리 공정을 철저히 검토한 후, 현재의 가스 공급 시스템을 개조하기 위해 PKU Pioneer의 VPSA 산소 생산 기술을 채택하기로 결정했습니다. 요구되는 산소 용량은 순도 90%의 5000Nm³/h였습니다.³/h, 순도 90%입니다.

이 개조 프로젝트는 2탑 VPSA 산소 장치를 채택하여 기존의 가스 공급 시스템을 업그레이드했습니다. 산소 시스템에서 얻어진 압력 20-30kPa, 유량 5000Nm³/h, 순도 90%의³제품 산소는 150kPa로 가압된 후, 일대다 형태로 7개의 시멘트 가마로 공급되며, 실제 산소 수요에 따라 각 가스 지점에서 제어 및 조정됩니다.

기술 개선이 완료됨에 따라, 산소 발생 플랜트 시멘트 가동 후 시스템은 안정적으로 작동합니다. 미분탄을 단독 연료로 사용할 때와 비교하여 개선 후 석탄 소비량이 감소했으며, 부화 분위기에서 플라스틱이 더 완전하게 연소되고 대체 연료 사용 시 열효율이 향상되었습니다. 또한 클링커 생산량은 전년 대비 10% 이상 증가했습니다. 원래 생산 매개변수와 비교하여, 개조 후 가마의 모든 제조 성능이 더욱 안정적입니다. 기술 개선 후 사용된 대체 연료(플라스틱 폐기물)의 비율이 증가하여 석탄 비용을 절감했을 뿐만 아니라 플라스틱 폐기물 처리에 따른 정부 추가 보조금을 받는 데도 도움이 되어 전체 연료 비용을 크게 절감했습니다. VPSA 산소 발생 기술을 통한 부화 연소 개조는 시멘트 생산 시스템의 연료비 절감, 클링커 생산량 증가 및 가마 운영 안정화를 통해 명백한 경제적 이점을 제공합니다.

3. VPSA 산소 발생 기술의 특징 및 장점

이번 기술 개조는 PKU Pioneer의 방사형 베드 흡착탑과 3세대 산소 분자체를 채택했으며, 해당 공정은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:

3.1 간단한 공정과 빠른 기동 및 정지

VPSA 산소 플랜트는 각각 공기 공급 및 배기를 위해 송풍기와 진공 펌프를 사용합니다. 흡착탑은 2개 또는 그 이상으로 병렬 연결될 수 있으며, 일반적으로 2개의 탑이 최대 7500Nm³/h의 산소를 생산할 수 있습니다.³/h. 불순물 흡착과 제품 산소 배출은 압력 균등화, 산소 퍼지, 가압 및 흡착을 통해 달성될 수 있으며, 불순물 탈착 및 흡착제 재생은 감압, 진공 추출 및 퍼지를 통해 달성됩니다. 전체 공정은 간단하며, 자동화 수준이 높아 밸브는 시간 순서 제어에 의해 개폐됩니다. 그리고 시작하여 산소 요구 조건을 충족하는 데 단 15분밖에 걸리지 않아 운영이 유연하고 기동 및 정지가 편리합니다.

3.2 쉬운 운영과 유연한 부하 변동비 조절

VPSA 산소 장치는 시퀀스 단계 설정과 밸브 매개변수 제어를 통해 부하 변동비 및 산소 순도 조정을 달성할 수 있습니다. 부하는 30%-100% 범위에서, 순도는 순수 산소 전력 소비량의 미미한 변화로 70%-94% 범위에서 조정할 수 있습니다.

3.3 안정적인 운전과 낮은 유지보수 비용

산소 시스템의 동력 장비(루츠 블로어, 진공 펌프, 부스터 블로어)는 더욱 안정적인 운전과 적은 일일 유지보수를 가능하게 합니다. 또한, PKU Pioneer의 높은 자동화 수준을 갖춘 첨단 제어 시스템은 생산 기업이 운영 및 유지보수 자본과 토목 비용에 과도하게 투자하지 않아도 되도록 합니다.

3.4 상온 운전과 높은 안전성

VPSA 산소 장치는 상온 및 저압에서 운전되므로, 극저온 ASU와 달리 액체 산소와 아세틸렌의 농축이 발생하지 않아 안전성이 더 높습니다.

3.5 낮은 운전 비용

VPSA 및 PSA 산소 플랜트의 순수 산소에 대한 전체 전력 소비량은 더 낮아(0.29~0.33kWh/Nm³)³총 운전 비용이 적게 듭니다.

3.6 짧은 시공 기간과 낮은 소음

방음벽이 있는 일체형 철골 구조 공장은 기존 콘크리트 작업장보다 시공 주기가 짧아 사용할 수 있습니다. 복합 소음 재료를 적용하여 소음을 저감 처리하며, 플랜트 외부 1m에서의 소음은 ≤85dB입니다.

편리하고 효율적인 산소 발생 시스템으로서 VPSA 및 PSA 산소 플랜드는 시멘트 공장의 기술 개조 프로젝트에서 짧은 시공 기간과 더 유연한 운전으로 인해 더 유리합니다. VPSA 및 PSA 산소 발생 방법을 핵심으로 하는 산소 농축 연소 기술로 산업용 가마 가스 공급 시스템을 개조한 후, 미분탄 연소 효율과 클링커 생산량 향상을 종합적으로 달성할 수 있습니다. 에너지 절감 및 배출 저감이 시급한 상황에서 산업용 노 가스 공급 시스템에 산소 농축 연소 기술의 적용을 더욱 촉진하면 더 나은 에너지 절감 및 탄소 저감 효과를 얻을 수 있습니다.

세계 최대 VPSA 및 PSA 산소 플랜트 제조업체이자 공급업체로서 PKU Pioneer는 10개국 이상의 고객을 위해 300개 이상의 산소 시스템을 구축했습니다. 최대 용량은 80,000Nm³/h에 달하며,³당사의 고성능 산소 장치는 철강, 비철금속, 유리 제조, 폐기물 소각, 에너지 배터리 등 10개 이상의 산업 분야에 적용되었습니다. 당사는 각 분야의 선도 기업들로부터 우수한 신뢰성, 안정성, 안전성 및 진심 어린 서비스에 대해 높은 인정을 받았습니다.