Aplicação do sistema de oxigênio VPSA na indústria de produção de cimento para melhoria tecnológica

Desde 1985, a China, como um grande país fabricante de cimento, ocupa o primeiro lugar na produção mundial de cimento há 37 anos consecutivos. A indústria do cimento também se tornou um dos setores-chave a serem transformados para economia de energia e redução de emissões devido aos seus atributos de alto consumo energético. No processo de fabricação de cimento, os fornos de cimento, como equipamentos principais de calcinação a carvão, representam uma proporção significativa do consumo total de energia e das emissões de carbono de uma fábrica de cimento. A tecnologia de combustão enriquecida com oxigênio é um projeto nacional de promoção chave para economia de energia e baixas emissões de carbono na indústria cimenteira. A modernização do sistema de fornecimento de ar dos fornos de cimento utilizando esta tecnologia tem um efeito positivo no desempenho da combustão do combustível e na produção de clínquer. O VPSA (Adsorção por Pressão com Vácuo) e PSA (Adsorção por Oscilação de Pressão) sistema de geração de oxigênio tem sido a escolha preferida nesses projetos de renovação tecnológica devido ao seu período de construção mais curto, adaptabilidade à escala, flexibilidade de operação e conveniência na inicialização e paragem.

1. A Direção da Aplicação da Geração de Oxigênio VPSA para Transformação Tecnológica na Indústria de Produção de Cimento

Na produção de cimento, o consumo de energia representa mais de 50% dos custos totais de fabricação, e o forno, como componente central de calcinação, é também o equipamento que mais consome combustível no processo de produção de cimento. O carvão pulverizado é geralmente alimentado no queimador e queimado no ar do soprador como combustível. Se adotar a tecnologia de combustão enriquecida com oxigênio, o teor de oxigênio superior ao do ar pode ajudar a obter um melhor efeito de suporte à combustão, fazendo com que o combustível queime mais completamente, aumentando a temperatura de queima do carvão pulverizado e encurtando o tempo de queima, melhorando assim a eficiência geral do combustível de todo o sistema. Além disso, como a combustão enriquecida com oxigênio pode elevar a temperatura da chama e estabilizar a atmosfera de combustão, é benéfico para aumentar a resistência do clínquer e melhorar ainda mais a produção de clínquer de cimento.

A tecnologia de geração de oxigênio VPSA e PSA pode ser aplicada a fornos de cimento de várias capacidades, permitindo aplicações um-para-um ou um-para-muitos. Tem vantagens óbvias em projetos de renovação para economia de energia, com ciclo de construção mais curto, operação mais flexível e melhor adaptabilidade na regulação da taxa de redução.

2. Aplicação de uma Planta de Oxigênio VPSA de Duas Torres numa Fábrica de Cimento na Coreia

Em 2021, uma fábrica de cimento na Coreia do Sul pretendia realizar uma transformação no seu forno de cimento com combustão enriquecida com oxigênio tecnologia. Devido à estrutura energética local, o carvão é principalmente importado. Para reduzir ainda mais os custos, promover combustíveis alternativos e melhorar ainda mais a eficiência da combustão tornou-se uma necessidade urgente de melhoria tecnológica. Devido ao espaço limitado na fábrica, a área disponível para o equipamento de oxigênio é de apenas 21,6 mx25,4 m, e o total de 7 pontos de consumo de gás estão relativamente dispersos. A fábrica de cimento decidiu adotar a tecnologia de produção de oxigênio VPSA da PKU Pioneer para renovar o atual sistema de fornecimento de gás após analisar minuciosamente os processos de separação de ar criogénico, de membrana e VPSA. A sua necessidade de capacidade de oxigênio é de 5000Nm³/h com uma pureza de 90%.

O projeto de transformação adota uma unidade de oxigênio VPSA de duas torres para modernizar o sistema original de fornecimento de gás. Após ser pressurizado a 150kPa, o oxigênio produto obtido do sistema de oxigênio com uma pressão de 20-30kPa, fluxo de 5000Nm³/h e pureza de 90% é enviado para 7 fornos de cimento numa forma um-para-muitos e é controlado e ajustado em cada ponto de gás de acordo com as necessidades práticas de oxigênio.

Com a conclusão da melhoria técnica, o fornos de cimento pode aumentar significativamente a temperatura da chama e a temperatura geral. sistema funciona de forma estável após a inicialização da planta geradora de oxigênio. O consumo de carvão foi reduzido em comparação com o anterior à melhoria, quando se utilizava apenas carvão pulverizado como combustível, enquanto os plásticos queimaram de forma mais completa numa atmosfera rica em oxigênio e a eficiência térmica foi melhorada quando se utilizaram combustíveis alternativos. Além disso, a produção de clínquer aumentou mais de 10% em termos homólogos. Comparado com os parâmetros de produção originais, todos os desempenhos de fabrico dos fornos são mais estáveis após a renovação. Após a transformação tecnológica, a proporção de combustíveis alternativos (resíduos plásticos) utilizados aumentou, o que não só reduziu o custo do carvão, mas também ajudou a obter o subsídio adicional do governo devido à eliminação de resíduos plásticos, reduzindo assim significativamente os custos globais de combustível. A retrofit de combustão enriquecida com oxigênio pela tecnologia de geração de oxigênio VPSA traz benefícios económicos óbvios, reduzindo o custo do combustível do sistema de produção de cimento, aumentando a produção de clínquer e estabilizando a operação do forno.

3. Características e Vantagens da Tecnologia de Geração de Oxigênio VPSA

Esta transformação tecnológica adota o adsorvedor de leito radial da PKU Pioneer e o peneiro molecular de oxigênio de terceira geração; o processo tem as seguintes características:

3.1 Processo Simples e Arranque & Paragem Rápidos

A planta de oxigênio VPSA utiliza sopradores e bombas de vácuo para alimentar e bombear ar, respetivamente. As torres de adsorção podem ser ligadas em paralelo em duas ou mais, e geralmente dois vasos podem gerar o máximo de oxigênio de 7500Nm³/h. A adsorção de impurezas e a descarga de oxigênio produto podem ser alcançadas por equalização de pressão, purga de oxigênio, pressurização e adsorção, enquanto a dessorção de impurezas e a regeneração do adsorvente podem ser alcançadas através de despressurização, extração a vácuo e purga. O processo global é simples: com um alto grau de automação, as válvulas são abertas e fechadas pelo controlo de sequência temporal. E leva apenas 15 minutos para começar a satisfazer os requisitos de oxigênio, com operação flexível e arranque e paragem convenientes.

3.2 Operação Fácil e Regulação Flexível da Taxa de Redução

A unidade de oxigênio VPSA pode ser ajustada definindo os passos da sequência e controlando os parâmetros das válvulas para alcançar a regulação da taxa de redução e da pureza do oxigênio. A carga pode ser ajustada de 30% a 100% e a pureza de 70% a 94%, com ligeiras alterações no consumo de energia do oxigênio puro.

3.3 Operação Estável e Baixo Custo de Manutenção

O equipamento de potência do sistema de oxigênio (soprador de lóbulos, bomba de vácuo, bem como soprador de reforço) resulta numa operação mais estável e menos manutenção diária. Além disso, o sistema de controlo avançado da PKU Pioneer, com um alto grau de automação, permite que as empresas produtoras não invistam demasiado em capital de operação e manutenção e em custos civis.

3.4 Operação à Temperatura Normal e Alta Segurança

Como a unidade de oxigênio VPSA é operada à temperatura ambiente e baixa pressão, não haveria enriquecimento de oxigênio líquido e acetileno em comparação com as unidades de separação de ar criogénicas, portanto, tem maior segurança.

3.5 Baixo Custo Operacional

O consumo global de energia para oxigênio puro das plantas de oxigênio VPSA e PSA é mais baixo (0,29~0,33 kWh/Nm³), resultando em menores custos operacionais totais.

3.6 Curto Prazo de Construção e Baixo Ruído

Pode-se utilizar o moinho integrado de estrutura metálica com paredes antirruído, cujo ciclo de construção é mais curto que o da oficina convencional de concreto. Materiais compostos de silenciamento são aplicados para tratamento de redução de ruído, e o ruído a 1m da planta é ≤85dB.

Como um sistema de geração de oxigênio conveniente e eficiente, a planta de oxigênio VPSA e PSA é mais vantajosa em projetos de transformação tecnológica de moinhos de cimento devido ao seu menor prazo de construção e operação mais flexível. Após a reforma do sistema de fornecimento de gás do forno industrial pela tecnologia de combustão enriquecida com oxigênio, tendo o método de geração de oxigênio VPSA e PSA como núcleo, pode-se alcançar de forma abrangente a eficiência da combustão do carvão pulverizado e a melhoria da produção de clínquer. No contexto urgente de economia de energia e redução de emissões, promover ainda mais a aplicação da tecnologia de combustão enriquecida com oxigênio em sistemas de fornecimento de gás de fornos industriais pode alcançar melhores efeitos de economia de energia e redução de carbono.

Como o maior fabricante e fornecedor de plantas de oxigênio VPSA e PSA do mundo, a PKU Pioneer construiu mais de 300 sistemas de oxigênio para clientes em mais de 10 países. Com a maior capacidade chegando a 80.000 Nm³/h, nossas unidades de oxigênio de alto desempenho foram aplicadas em mais de 10 áreas industriais, incluindo ferro e aço, metalurgia não ferrosa, fabricação de vidro, incineração de resíduos, baterias de energia, etc. Recebemos alto reconhecimento de empresas líderes em cada campo pela confiabilidade superior, estabilidade, segurança, bem como pelos serviços sinceros que oferecemos.