การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ของโรงผลิตออกซิเจน VPSA ขนาด 6,000Nm³/h, 100% สำหรับการสนับสนุนการเผาไหม้ออกซิเจนเข้มข้นในโรงงานเหล็ก

หน่วยดูดซับด้วยการสวิงความดันแบบสุญญากาศใช้เพื่อผลิตออกซิเจนที่ความบริสุทธิ์ระหว่าง 80%-94% หลักการทางเทคนิคคือการแยกออกซิเจนในอากาศโดยใช้ความสามารถในการเลือกที่แตกต่างกันของตัวดูดซับสำหรับออกซิเจนและไนโตรเจน หน่วยที่ใช้กระบวนการผลิตออกซิเจนแบบไม่แช่แข็งนี้อาจเรียกว่าระบบ VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption), VSA (Vacuum Swing Adsorption) หรือ PVSA (Pressure-Vacuum Swing Adsorption) เทคโนโลยีการดูดซับด้วยการสวิงความดันแบบสุญญากาศที่กล่าวถึงในบทความนี้ทั้งหมดจะแสดงด้วย VPSA

กระบวนการของเทคโนโลยีการผลิตออกซิเจน VPSA ได้รับการพัฒนามาจนค่อนข้างสมบูรณ์แล้วหลังจากหลายทศวรรษของการพัฒนา มีการเปลี่ยนแปลงจากเครื่องดูดซับแบบเตียงไหลตามแนวแกนเดิมที่ใช้ตัวดูดซับแคลเซียมเป็นหลักไปเป็นถังดูดซับแบบแนวรัศมีที่ใช้ตัวดูดซับลิเธียม ความจุสูงสุดของโรงงานแบบสองถังตอนนี้ถึง 6,000Nm³/h สำหรับผลิตภัณฑ์ออกซิเจน 100% โรงงานเหล่านี้เหมาะเป็นพิเศษในการจ่ายออกซิเจนเป็นอุปกรณ์สนับสนุนสำหรับเตาถลุงหรือเตาไฟฟ้าให้กับโรงงานเหล็กและเหล็กกล้า เนื่องจากต้นทุนค่อนข้างต่ำ ความปลอดภัยสูง ระยะเวลาก่อสร้างสั้น และการบำรุงรักษาง่าย ในเวลาเดียวกัน สำหรับภาคพลังงาน การสตาร์ทที่ง่ายและการปรับโหลดที่รวดเร็วของเทคโนโลยี VPSA มีข้อได้เปรียบอย่างมากในการควบคุมความต้องการออกซิเจนโดยรวม ลดการปล่อยออกซิเจน และลดต้นทุนการผลิตเพิ่มเติม โดยสรุป เทคโนโลยี VPSA เป็นตัวเลือกแรกสำหรับผู้ประกอบการเหล็กและเหล็กกล้าในการเสริมออกซิเจนในกรณีที่ไนโตรเจนได้รับการจัดหาอย่างเพียงพอจากการแยกอากาศแบบเย็นยิ่งยวด

ในปี 2008 บริษัท Anshan Baode Iron and Steel Co., Ltd. ได้ทำสัญญาซื้อโรงผลิตออกซิเจน VPSA (7,500 Nm³/h, 80%) กับ Beijing Peking University Pioneer Technology Co., Ltd. สำหรับเตาถลุงเหล็ก หน่วยดังกล่าวเริ่มผลิตได้สำเร็จและทำงานอย่างเสถียรจนถึงปัจจุบัน เตาถลุงเหล็กมีอัตราการเพิ่มความเข้มข้นออกซิเจน 2.38% การเติบโตของการผลิตประมาณ 8.5% อัตราการฉีดถ่านหิน 145 กก./ตันเหล็ก และการลดอัตราการใช้โค้กลง 5% ในเดือนสิงหาคม 2017 และกันยายน 2018 หน่วยออกซิเจน VPSA ที่มีความจุ 7,500 Nm³/h และความบริสุทธิ์ 80% (6,000Nm³/h, 100%) ติดตั้งสำหรับเตาถลุงอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่อัตราการเพิ่มความเข้มข้นออกซิเจนของเตาถลุงเพิ่มขึ้นเป็น 4.38% และอัตราการใช้โค้กลดลง 10% จึงสร้างผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่น่าประทับใจ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการผลิตออกซิเจน VPSA ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วในประเทศจีน แสดงให้เห็นข้อได้เปรียบที่ชัดเจนดังนี้:

ประการแรก ความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานที่ยาวนานของเทคโนโลยีการผลิตออกซิเจน VPSA ผ่านการทดสอบของกาลเวลา หน่วยออกซิเจน VPSA ที่บริษัท Anshan Baode Iron and Steel Co., Ltd. ใช้ในปี 2008 ยังไม่ลดลงจนถึงปัจจุบัน และการใช้พลังงานยังคงอยู่ที่ระดับเดิม

ประการที่สอง เทคโนโลยีการผลิตออกซิเจน VPSA ต้องใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าเท่านั้น รวมถึงเครื่องเป่าลม ปั๊มสุญญากาศ มอเตอร์ไฟฟ้า และวาล์วนิวเมติก ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีพนักงานเพิ่มเติม เนื่องจากชิ้นส่วนที่คุ้มค่าเงินค่อนข้างง่ายต่อการบำรุงรักษา

ประการที่สาม ความปลอดภัยสูงได้รับการรับประกัน โรงผลิตออกซิเจน VPSA ฉีดออกซิเจนเข้มข้นก่อนเครื่องเป่าลมโดยไม่ต้องเพิ่มความดันให้กับเตาถลุง ด้วยสภาพแวดล้อมการทำงานที่ค่อนข้างกว้างขวาง ความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่ซ่อนเร้นจึงถูกหลีกเลี่ยงและการจัดการก็ง่ายขึ้น

เครื่องผลิตออกซิเจน VPSA สองชุดจากประมาณสิบปีที่แล้วผ่านการปรับเปลี่ยนโครงสร้างและการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่อื่นๆ ดังที่เห็นจากการทำงานจริง พารามิเตอร์เฉพาะแสดงในตารางด้านล่าง:

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วกว่าสิบปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการผลิตออกซิเจนแบบ VPSA ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญทั้งในด้านการกำหนดค่าและกระบวนการ จากการวิเคราะห์ตารางข้างต้น การปรับปรุงกระบวนการสะท้อนให้เห็นดังนี้:

1. การลดจำนวนอุปกรณ์หมุน

เมื่อเทียบกับโรงงานที่มีกำลังการผลิตเดียวกันในอดีต โรงงานรุ่นใหม่มีอุปกรณ์กำลัง มอเตอร์ไฟฟ้า และวาล์วน้อยกว่ามาก ช่วยลดภาระงานบำรุงรักษาได้อย่างมีนัยสำคัญ รวมถึงลดต้นทุนแรงงานและค่าบำรุงรักษาโดยอ้อม เนื่องมาจากประสิทธิภาพที่ดีขึ้นของสารดูดซับ ทำให้กำลังการผลิตต่อตันเพิ่มขึ้นกว่า 20% นอกจากนี้ ถังดูดซับแบบแกนถูกเปลี่ยนเป็นแบบรัศมี ทำให้โครงสร้างพื้นที่ภายในโดยรวมเปลี่ยนแปลงไป การผลิตสารดูดซับและถังดูดซับมีความเป็นเลิศในระดับนานาชาติ และผลลัพธ์จากการปรับให้เหมาะสมทั้งหมดส่งผลให้การเลือกการกำหนดค่าง่ายขึ้นและใช้เงินลงทุนน้อยลง

2. การลดอัตราความล้มเหลวและการเพิ่มอายุการใช้งาน

ในทั้งระบบ การทำงานปกติของวาล์วเป็นเงื่อนไขสำคัญในการรับประกันการทำงานต่อเนื่องของระบบ ในขณะที่วาล์วเป็นส่วนประกอบหลักที่มักเกิดความล้มเหลว งานบำรุงรักษาหลักของโรงผลิตออกซิเจน VPSA ที่ผลิตในปี 2551 อยู่ที่วาล์ว โดยทั่วไปต้องเปลี่ยนซีลริงปีละครั้งโดยเฉลี่ย จำนวนวาล์วในโรงผลิตออกซิเจนที่ผลิตในปี 2560 ลดลง 30% ในขณะที่ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น ช่วยลดการบำรุงรักษาโดยรวมลงอย่างมาก สิ่งสำคัญที่สุดคือการลดอัตราความล้มเหลวเพิ่มเติม ขณะเดียวกัน วัสดุของซีลริงที่ดีขึ้นช่วยยืดระยะเวลาการเปลี่ยนวาล์วเป็นประมาณ 18 เดือนโดยเฉลี่ย (กล่าวคือ แม้ว่าจำนวนครั้งการทำงานของซีลริงจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แต่วงจรการดูดซับสั้นลง และความถี่ในการเปิด-ปิดเพิ่มขึ้น)

3. การลดการใช้พลังงาน

การใช้พลังงานเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดในการวัดประสิทธิภาพขั้นสูงของเครื่องผลิตออกซิเจน VPSA ด้วยการนำสารดูดซับชนิดใหม่และถังดูดซับแบบรัศมีมาใช้ การใช้พลังงานจึงลดลง 10% ออกซิเจนบริสุทธิ์ 1 ลูกบาศก์เมตรมาตรฐานสามารถประหยัดไฟฟ้าได้ประมาณ 0.04 กิโลวัตต์ชั่วโมง โดยคำนวณจากอัตรา 6,000 ลูกบาศก์เมตรมาตรฐานต่อชั่วโมง หากสมมติให้ระยะเวลาดำเนินงานต่อปีคือ 8,400 ชั่วโมง จะสามารถประหยัดต้นทุนได้อย่างมีนัยสำคัญประมาณ 29 ล้านดอลลาร์สหรัฐ³ ของออกซิเจนบริสุทธิ์สามารถประหยัดไฟฟ้าได้ประมาณ 0.04 กิโลวัตต์ชั่วโมง โดยคำนวณจาก 6,000 ลูกบาศก์เมตรมาตรฐาน³ต่อชั่วโมง ด้วยสมมติฐานระยะเวลาดำเนินงานต่อปี 8,400 ชั่วโมง จะสามารถประหยัดต้นทุนได้ประมาณ 29 ล้านดอลลาร์สหรัฐ

4. บริการระยะไกล

แนวคิด "การผลิตอัจฉริยะ" ได้ส่งเสริมการบูรณาการเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงของจีนเข้ากับระบบสารสนเทศ ระบบวิเคราะห์ข้อมูลระยะไกลบริการคลาวด์ไพโอเนียร์เป็นฟังก์ชันปฏิบัติการใหม่ที่ติดตั้งบนโรงผลิตออกซิเจน ข้อมูลการทำงานจะถูกส่งไปยังลูกค้าผ่านระบบเฉพาะแบบเรียลไทม์ จากนั้นระบบจะเปรียบเทียบข้อมูลดังกล่าวกับเส้นโค้งมาตรฐานภายใต้สภาวะการทำงานปกติ และนำเสนอรายงานผลลัพธ์ที่เห็นภาพ ในกรณีที่เกิดความผิดปกติใดๆ จะมีการแจ้งเตือนทันทีเพื่อแนะนำผู้ปฏิบัติงานให้ดำเนินการปรับแต่งและบำรุงรักษา ซึ่งช่วยเสริมสร้างความเสถียร หลีกเลี่ยงความเสี่ยงที่ไม่ทราบ และขจัดปัญหาที่ซ่อนอยู่โดยเร็วที่สุด

5. อื่นๆ

การลดลงยังเกิดขึ้นในถังดูดซับ พื้นที่ครอบคลุม และสารดูดซับอีกด้วย การปรับโหลดทำได้ง่ายและรวดเร็วขึ้น

โดยสรุป เทคโนโลยีการผลิตออกซิเจนแบบดูดซับด้วยแรงดันสูญญากาศมีข้อดีคือใช้พลังงานต่ำ มีความน่าเชื่อถือสูง ใช้งานและบำรุงรักษาง่าย ปรับโหลดได้รวดเร็ว เป็นต้น ดังนั้นขอบเขตการประยุกต์ใช้จะขยายออกไปอย่างมาก การอ้างอิงถึงการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี VPSA โดยโรงงานเหล็กในประเทศต่างๆ อย่างครบถ้วนจะช่วยให้อุตสาหกรรมเหล็กของจีนลดต้นทุนการผลิตและปรับปรุงผลประโยชน์ขององค์กรได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งจะช่วยเสริมสร้างและเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันทางการตลาดของบริษัทเหล็ก