Применение кислородной системы VPSA в цементной промышленности для технологического усовершенствования

С 1985 года Китай, как крупная страна по производству цемента, занимает первое место в мире по производству цемента на протяжении 37 лет подряд. Цементная промышленность также стала одним из ключевых секторов, подлежащих модернизации для энергосбережения и сокращения выбросов, из-за высокой энергоемкости. В процессе производства цемента цементные печи, как основное оборудование для сжигания угля, составляют значительную долю общего энергопотребления и выбросов углерода цементного завода. Технология сжигания с обогащением кислородом является национальным приоритетным проектом по энергосбережению и низкоуглеродным выбросам в цементной промышленности. Модернизация системы подачи воздуха в цементные печи с использованием этой технологии положительно влияет на характеристики сжигания топлива и выход клинкера. VPSA (вакуумной короткоцикловой адсорбции) и оборудование для получения кислорода методом PSA (короткоцикловая адсорбция) Система получения кислорода стала предпочтительным выбором в таких проектах технологической модернизации благодаря более короткому сроку строительства, адаптации к масштабу, гибкости в эксплуатации и удобству запуска и остановки.

1. Направление применения VPSA для получения кислорода при технологической модернизации в цементной промышленности

В производстве цемента энергопотребление составляет более 50% от общих производственных затрат, и печь, как основной компонент для обжига, также является наиболее энергоемким оборудованием в процессе производства цемента. Пылевидный уголь обычно подается в горелку и сжигается в воздухе от вентилятора в качестве топлива. При использовании технологии сжигания с обогащением кислородом более высокое содержание кислорода, чем в воздухе, может обеспечить лучший эффект поддержки горения, заставляя топливо сгорать более полно, повышая температуру горения пылевидного угля и сокращая время выгорания, тем самым улучшая общую топливную эффективность всей системы. Кроме того, поскольку сжигание с обогащением кислородом может повысить температуру пламени и стабилизировать атмосферу горения, это способствует увеличению прочности клинкера и дальнейшему повышению производства цементного клинкера.

Технология VPSA и PSA для получения кислорода может применяться к цементным печам различной производительности, позволяя использовать одно-к-одному или одно-ко-многим применения. Она имеет очевидные преимущества в проектах энергосберегающей модернизации благодаря более короткому строительному циклу, более гибкой эксплуатации и лучшей адаптации к регулировке степени снижения нагрузки.

2. Применение двухбашенной установки VPSA для получения кислорода на цементном заводе в Корее

В 2021 году цементный завод в Южной Кореи намеревался провести модернизацию своей цементной печи с использованием кислородно-обогащенное горение технологии. Из-за местной энергетической структуры уголь в основном импортируется. Для дальнейшего снижения затрат продвижение альтернативных видов топлива и дальнейшее повышение эффективности сжигания стали насущной необходимостью для технологического усовершенствования. Из-за ограниченного пространства на заводе площадь, доступная для кислородного оборудования, составляет всего 21,6 м × 25,4 м, а общее количество точек потребления газа (7) относительно рассредоточено. Цементный завод решил принять технологию VPSA для производства кислорода от PKU Pioneer для модернизации текущей системы подачи газа после тщательного изучения криогенных, мембранных и VPSA процессов разделения воздуха. Его потребность в мощности кислорода составляет 5000 Нм³/ч с чистотой 90%.

Проект модернизации использует двухбашенную установку VPSA для получения кислорода для модернизации исходной системы подачи газа. После сжатия до 150 кПа полученный кислород из системы с давлением 20-30 кПа, расходом 5000 Нм³/ч и чистотой 90% подается к 7 цементным печам в форме одного-ко-многим и регулируется в каждой точке потребления газа в соответствии с фактическими потребностями в кислороде.

С завершением технического усовершенствования цементных система работает стабильно после запуска установки по производству кислорода. Расход угля снизился по сравнению с показателями до усовершенствования при использовании только пылевидного угля в качестве топлива, в то время как пластмассы сгорали более полно в кислородно-обогащенной атмосфере, и тепловая эффективность повысилась при использовании альтернативных видов топлива. Кроме того, производство клинкера увеличилось более чем на 10% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. По сравнению с исходными производственными параметрами, все производственные показатели печей более стабильны после модернизации. После технологической модернизации доля используемых альтернативных видов топлива (пластиковых отходов) увеличилась, что не только снизило затраты на уголь, но и помогло получить дополнительные субсидии от правительства за утилизацию пластиковых отходов, тем самым значительно сократив общие затраты на топливо. Модернизация сжигания с обогащением кислородом с помощью технологии VPSA для получения кислорода приносит очевидные экономические выгоды за счет снижения затрат на топливо в системе производства цемента, увеличения выхода клинкера и стабилизации работы печи.

3. Характеристики и преимущества технологии VPSA для получения кислорода

Эта технологическая модернизация использует радиальный адсорбер PKU Pioneer и кислородное молекулярное сито третьего поколения, процесс имеет следующие характеристики:

3.1 Простой процесс и быстрый запуск/остановка

Установка VPSA для получения кислорода использует воздуходувки и вакуумные насосы для подачи и откачки воздуха соответственно. Адсорбционные колонны могут быть соединены параллельно в две или более, и обычно два сосуда могут генерировать максимум 7500 Нм³/ч кислорода. Адсорбция примесей и выделение продукционного кислорода могут быть достигнуты за счет выравнивания давления, продувки кислородом, повышения давления и адсорбции, в то время как десорбция примесей и регенерация адсорбента могут быть достигнуты за счет снижения давления, вакуумной экстракции и продувки. Общий процесс прост: с высокой степенью автоматизации клапаны открываются и закрываются с помощью временного управления. И требуется всего 15 минут для запуска, чтобы удовлетворить потребности в кислороде, с гибкой эксплуатацией и удобным запуском и остановкой.

3.2 Простота эксплуатации и гибкая регулировка степени снижения нагрузки

Установка VPSA для получения кислорода может регулироваться путем настройки последовательных шагов и управления параметрами клапанов для достижения регулировки степени снижения нагрузки и чистоты кислорода. Нагрузка может регулироваться от 30% до 100%, а чистота от 70% до 94% с незначительными изменениями в потреблении мощности на чистый кислород.

3.3 Стабильная работа и низкие затраты на обслуживание

Силовое оборудование кислородной системы (воздуходувка Рутса, вакуумный насос, а также повысительная воздуходувка) обеспечивает более стабильную работу и меньшее ежедневное обслуживание. Кроме того, передовая система управления PKU Pioneer с высокой степенью автоматизации позволяет производственным предприятиям не вкладывать значительные средства в эксплуатационные и технические капитальные затраты, а также в гражданские расходы.

3.4 Работа при нормальной температуре и высокая безопасность

Поскольку установка VPSA для получения кислорода работает при комнатной температуре и низком давлении, по сравнению с криогенными установками разделения воздуха, в ней не происходит обогащения жидким кислородом и ацетиленом, поэтому она обладает более высокой безопасностью.

3.5 Низкие эксплуатационные расходы

Общее энергопотребление для получения чистого кислорода на установках VPSA и PSA ниже (0,29~0,33 кВт·ч/Нм³), что приводит к снижению общих эксплуатационных расходов.

3.6 Короткий срок строительства и низкий уровень шума

Может использоваться интегрированная стальная конструкция мельницы со звукоизолирующими стенами, срок строительства которой короче, чем у обычного бетонного цеха. Для снижения шума применяются композитные звукоизоляционные материалы, и уровень шума на расстоянии 1 м от установки составляет ≤85 дБ.

Как удобная и эффективная система генерации кислорода, установки VPSA и PSA более выгодны в проектах технологической модернизации цементных мельниц благодаря более короткому сроку строительства и более гибкой эксплуатации. После модернизации системы подачи газа в промышленные печи с помощью технологии кислородно-обогащенного сжигания, основанной на методе генерации кислорода VPSA и PSA, можно комплексно повысить эффективность сжигания угольной пыли и улучшить производство клинкера. В условиях острой необходимости энергосбережения и сокращения выбросов, дальнейшее продвижение применения технологии кислородно-обогащенного сжигания в системах подачи газа в промышленные печи может обеспечить лучший эффект энергосбережения и сокращения выбросов углерода.

Как крупнейший в мире производитель и поставщик установок для получения кислорода VPSA и PSA, компания PKU Pioneer построила более 300 кислородных систем для клиентов в более чем 10 странах. Благодаря максимальной производительности, достигающей 80 000 Нм³/ч, наши высокопроизводительные кислородные установки нашли применение в более чем 10 промышленных областях, включая черную металлургию, цветную металлургию, стекольную промышленность, сжигание отходов, производство энергетических аккумуляторов и другие. Мы получили высокое признание ведущих предприятий в каждой области благодаря исключительной надежности, стабильности, безопасности, а также искренним услугам, которые мы предоставляем.