Экономический анализ установки VPSA для получения кислорода 6000 Нм³/ч, 100% для поддержки обогащенного кислородом горения в доменных печах на сталелитейных заводах

Установки вакуумной адсорбции с перепадом давления используются для получения кислорода с чистотой от 80% до 94%. Технический принцип заключается в отделении кислорода из воздуха с использованием различной селективности адсорбентов по отношению к кислороду и азоту. Установки, использующие такой тип некриогенного процесса получения кислорода, могут называться системами VPSA (вакуумная адсорбция с перепадом давления), VSA (вакуумная адсорбция) или PVSA (адсорбция с перепадом давления-вакуум). Технология вакуумной адсорбции с перепадом давления, упомянутая в данной статье, везде обозначается как VPSA.

Процесс технологии получения кислорода методом VPSA стал относительно зрелым за десятилетия своего развития. Был осуществлен переход от исходного аксиального адсорбера с калиевым адсорбентом к радиальному адсорбционному сосуду с литиевым адсорбентом. Максимальная производительность двухсосудных установок теперь достигает 6000 Нм³/ч для 100% кислородного продукта. Эти установки особенно подходят для подачи кислорода в качестве вспомогательного оборудования доменных печей или электропечей на металлургических заводах благодаря относительно низкой стоимости, высокой безопасности, короткому сроку строительства и простоте обслуживания. В то же время для энергетического сектора легкий запуск и быстрая регулировка нагрузки технологии VPSA дают большие преимущества в регулировании общего спроса на кислород, снижении сброса кислорода и дальнейшем снижении производственных затрат. В итоге, технология VPSA является первым выбором для предприятий черной металлургии для дополнительного снабжения кислородом в случае, когда азот в достаточной мере обеспечивается криогенным разделением воздуха.

В³/ч, 80%) с Beijing Peking University Pioneer Technology Co., Ltd. для доменной печи. Установка была успешно введена в эксплуатацию и с тех пор работает стабильно. Доменная печь обеспечивает степень обогащения кислородом 2,38%, рост производительности примерно на 8,5%, удельный расход угля 145 кг/т чугуна и снижение расхода кокса на 5%. В августе 2017 года и сентябре 2018 года для доменной печи были последовательно оснащены установки VPSA производительностью 7 500 Нм³/ч и чистотой 80% (6 000 Нм³/ч, 100%), при этом степень обогащения кислородом доменной печи возросла до 4,38%, а расход кокса снизился на 10%, что привело к впечатляющим экономическим выгодам.

В последние годы технология получения кислорода методом VPSA в Китае быстро развивается, демонстрируя следующие очевидные преимущества:

Прежде всего, надежность и длительный срок службы технологии производства кислорода VPSA проверены временем. Установка VPSA, которую компания Anshan Baode Iron and Steel Co., Ltd. применила в 2008 году, до сих пор не ослабла, а ее энергопотребление осталось на первоначальном уровне.

Во-вторых, технология производства кислорода VPSA требует только силового оборудования, включая воздуходувку, вакуумный насос, электродвигатель и пневматические клапаны, поэтому дополнительный персонал не требуется, так как экономически эффективные компоненты относительно просты в обслуживании.

В-третьих, обеспечивается высокая безопасность. Установка VPSA подает обогащенный кислород перед воздуходувкой без создания давления в доменной печи. Благодаря относительно комфортным условиям эксплуатации скрытые риски безопасности исключаются, а управление упрощается.

Два блока генераторов кислорода VPSA, установленные около десяти лет назад, претерпели изменения конфигурации и другие серьезные изменения, как видно из фактической эксплуатации. Конкретные параметры приведены в таблице ниже:

За десять с лишним лет быстрого развития технология производства кислорода методом VPSA значительно улучшилась по своей конфигурации и процессу. Исходя из анализа приведенной выше таблицы, улучшение процесса отражается в следующем:

1. Сокращение количества вращающегося оборудования

По сравнению с предыдущими установками той же производительности, в нем содержится гораздо меньше силового оборудования, электродвигателей и клапанов, что значительно снижает объем работ по техническому обслуживанию и, косвенно, затраты на рабочую силу и обслуживание. Благодаря улучшенным характеристикам адсорбента, производительность на тонну увеличилась более чем на 20%. Кроме того, осевой абсорбционный сосуд был преобразован в радиально-поточный, поэтому вся внутренняя пространственная структура претерпела общие изменения. Производство адсорбента и адсорберов вышло на мировой уровень, и все оптимизации приводят к упрощению выбора конфигурации и уменьшению затрат.

2. Снижение частоты отказов и увеличение срока службы

Во всей установке нормальная работа клапанов является важным условием непрерывной работы системы, в то время как клапаны являются основными элементами, которые легко выходят из строя. Основные работы по обслуживанию установки по производству кислорода VPSA, выпущенной в 2008 году, заключались в обслуживании клапанов. Как правило, уплотнительные кольца необходимо заменять в среднем раз в год. Количество клапанов в установках по производству кислорода, изготовленных в 2017 году, было сокращено на 30% при увеличении калибра, что значительно снизило общий объем технического обслуживания. И последнее, но не менее важное — дальнейшее снижение частоты отказов. В то же время улучшенный материал уплотнительных колец увеличил частоту замены клапанов до примерно 18 месяцев в среднем (т.е. хотя количество циклов работы уплотнительных колец удвоилось, цикл адсорбции сократился, а количество включений-выключений увеличилось).

3. Снижение энергопотребления

Энергопотребление является наиболее важным показателем для оценки передовых характеристик генераторов кислорода VPSA. Благодаря внедрению нового адсорбента и радиального адсорбера энергопотребление снизилось на 10%. 1 Нм³³ чистого кислорода позволяет сэкономить около 0,04 кВт·ч электроэнергии при расчете на 6 000 Нм³/ч.³При предполагаемой годовой продолжительности эксплуатации 8 400 часов может быть достигнута значительная экономия затрат примерно на 29 миллионов долларов.

4. Удаленное обслуживание

Предложение «интеллектуального производства» способствовало интеграции передовых производственных технологий Китая с информатизацией. Удаленная система анализа данных, Pioneer Cloud Service, является новой практичной функцией, загружаемой на установку по производству кислорода. Данные о работе в реальном времени передаются клиенту через специальную систему, затем система сравнивает эти данные со стандартной кривой в нормальных условиях эксплуатации и представляет визуализированный отчет о результатах. В случае любой аномалии будет подан своевременный сигнал тревоги, чтобы направить операторов на проведение регулировки и технического обслуживания, что еще больше повышает ее стабильность, позволяет избежать неизвестных рисков и как можно скорее устранить скрытые проблемы.

5. Прочее

Сокращение также достигнуто в абсорбционных сосудах, площади покрытия и адсорбенте. Регулировка загрузки становится проще и быстрее.

Короче говоря, технология производства кислорода методом вакуумной короткоцикловой адсорбции (VPSA) имеет преимущества низкого энергопотребления, высокой надежности, простоты эксплуатации и обслуживания, быстрой регулировки загрузки и т.д., поэтому сфера ее применения значительно расширится. Полная ссылка на технологические применения VPSA на металлургических заводах в различных странах помогает китайской сталелитейной промышленности лучше снижать производственные затраты и повышать эффективность предприятий, тем самым укрепляя и повышая рыночную конкурентоспособность сталелитейных компаний.