Plieno gamybai reikalingas deguonis kaip proceso dujos degimui pagerinti, išlydyto metalo apdorojimui ir oksidacijos reakcijoms. Deguonies tiekimo sistema turi atitikti plieno gamyklos darbo sąlygas, įskaitant krosnies tipą, deguonies suvartojimo normą, reikalingą grynumą, tiekimo slėgį ir gamybos grafiką.
Mažam ir vidutiniam deguonies poreikiui,PSA(Pressure Swing Adsorbtion) deguonies generatoriai gali gaminti deguonį tiesiai iš suspausto oro per molekulinio sieto adsorbciją. Didesnėse plieno gamyklose, kurioms reikalingas nuolatinis deguonies tiekimas šimtais ar tūkstančiais Nm³/h, dažnai svarstomos VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorbtion) sistemos, nes atskyrimo procese naudojama vakuuminė regeneracija ir orapūtė pagrįsta oro tiekimo struktūra. PSA ir VPSA pasirinkimas priklauso nuo deguonies poreikio, energijos suvartojimo, montavimo sąlygų ir integracijos su plieno gamybos įranga.
Plieno gamyboje deguonis nėra tik perkamos dujos. Tai yra gamybos proceso dalis. Deguonies sistema turi būti sujungta su krosnelėmis, degikliais, pistoletais, degimo sistemomis ar sodrinimo įranga, išlaikant stabilų srautą ir slėgį nuolatinio veikimo metu.
Kaip veikia PSA deguonies generavimo technologija?
PSA deguonisgeneratoriai atskiria deguonį nuo suspausto oro pakartotiniu adsorbcijos ir regeneracijos procesu. Pagrindinis sistemos komponentas yra adsorbcijos bokštas, užpildytas ceolito molekuliniu sietu, kuris turi skirtingas azoto ir deguonies molekulių adsorbcijos charakteristikas.
Tipiška PSA deguonies generavimo sistema susideda iš kelių pagrindinių komponentų:
| Komponentas | Funkcija |
|---|---|
| Oro kompresorius | Atskyrimo procesui tiekia suslėgtą orą |
| Oro valymo sistema | Pašalina alyvą, drėgmę ir nešvarumus iš suspausto oro |
| Adsorbcijos bokštai | Yra molekulinio sieto medžiagos azoto atskyrimui |
| Molekulinis sietas | Selektyviai adsorbuoja azoto molekules |
| Deguonies laikymo bakas | Stabilizuoja deguonies srautą ir slėgį |
| PLC valdymo sistema | Valdo vožtuvų perjungimą ir sistemos veikimą |
PSA procesas prasideda, kai į oro kompresorių patenka aplinkos oras. Po suspaudimo oras praeina per filtravimo ir džiovinimo įrangą, kad pašalintų teršalus. Šis išankstinio apdorojimo procesas yra svarbus, nes alyva ir drėgmė gali sumažinti molekulinio sieto adsorbcijos efektyvumą ir sutrumpinti medžiagos tarnavimo laiką.
Išvalytas suslėgtas oras patenka į vieną adsorbcijos bokštą. Esant padidintam slėgiui, azoto molekules sugauna molekulinis sietas, o deguonies molekulės praeina per adsorbcijos sluoksnį. Gautos deguonies prisotintos dujos surenkamos ir siunčiamos į deguonies laikymo baką.
Po tam tikro veikimo laikotarpio molekulinis sietas prisotinamas azoto. Tada sistema perjungia oro srautą į kitą adsorbcijos bokštą, o prisotintas bokštas pereina į regeneracijos etapą. Sumažinus slėgį, išsiskiria adsorbuotas azotas, leidžiantis molekuliniam sietui atgauti adsorbcijos pajėgumą.
Automatiškai perjungdamos adsorbcijos ir regeneracijos ciklus, PSA sistemos gali nuolat gaminti deguonį.
PSA deguonies generatoriai paprastai užtikrina maždaug 90–95% deguonies grynumo. Galutinis grynumas priklauso nuo molekulinio sieto kokybės, darbinio slėgio, oro srauto sąlygų ir sistemos konfigūracijos.
Kaip veikia VPSA deguonies generavimo technologija?
VPSA deguonisgeneratoriai naudoja tą patį pagrindinį molekulinio sieto atskyrimo principą, bet taiko vakuuminio regeneravimo technologiją. Pagrindinis skirtumas yra oro tiekimo būdas ir adsorbcinės medžiagos regeneravimo būdas.
Užuot naudoję aukšto slėgio suslėgtą orą kaip pagrindinę varomąją jėgą, VPSA sistemos paprastai naudoja pūstuvus žemo slėgio oro tiekimui ir vakuuminius siurblius, kad pašalintų azotą regeneracijos metu.
VPSA veikimo procesas apima:
Aplinkos oras į sistemą patenka per pūstuvą.
Oras praeina per adsorbcijos sluoksnius su molekuliniu sietu.
Azoto molekulės adsorbuojamos, kol praeina deguonis.
Deguonies turtingos dujos surenkamos kaip produktas deguonis.
Vakuuminiai siurbliai regeneracijos metu pašalina azotą iš molekulinio sieto.
Adsorbcijos ir regeneracijos ciklai tęsiasi automatiškai.
Kadangi VPSA sistemos veikia žemesnio slėgio sąlygomis, jos sumažina priklausomybę nuo aukšto slėgio oro suspaudimo įrangos. Dėl šio veikimo metodo VPSA tinka naudoti, kai reikia didelių deguonies gamybos pajėgumų ir nuolatinio veikimo.
Didelėse plieno gamybos įmonėse VPSA sistemos dažnai yra suprojektuotos su keliais adsorbcijos įrenginiais, didelės talpos orapūtėmis, vakuumine įranga ir centralizuotomis valdymo sistemomis. Šios konfigūracijos leidžia sistemai užtikrinti stabilų deguonies tiekimą daug sunaudojantiems procesams.
Kokie yra pagrindiniai skirtumai tarp PSA ir VPSA deguonies generatorių?
Nors PSA ir VPSA deguonies generatoriai yra pagrįsti panašia adsorbcijos technologija, dėl jų sistemų konstrukcijos skiriasi taikymo sritis ir veikimo charakteristikos.
| Palyginimo elementas | PSA deguonies generatorius | VPSA deguonies generatorius |
|---|---|---|
| Oro šaltinis | Suslėgtas oras | Žemo slėgio oras iš pūstuvo |
| Regeneravimo metodas | Slėgio mažinimas | Vakuuminis regeneravimas |
| Pagrindinė įranga | Kompresorius, džiovintuvas, filtrai | Orapūtė, vakuuminis siurblys |
| Darbinis slėgis | Didesnis slėgis | Mažesnis slėgis |
| Sistemos talpa | Mažos ir vidutinės talpos | Vidutinė ir labai didelė talpa |
| Montavimo erdvė | Kompaktiškesnis | Reikalingas didesnis plotas |
| Energijos efektyvumas | Tinka vidutiniam našumui | Tinka didelei nepertraukiamai gamybai |
| Tipiškas taikymas | Bendras pramoninis deguonies naudojimas | Didelė plieno ir sunkioji pramonė |
Pagrindinis skirtumas yra ne deguonies atskyrimo galimybė, o sistemos mastas ir veikimo sąlygos. PSA sistemos dažniausiai parenkamos, kai deguonies poreikis yra vidutinis, o įrengimo lankstumas yra svarbus. VPSA sistemos yra tinkamesnės, kai deguonies suvartojimas pasiekia didelį pramoninį mastą ir energijos suvartojimas tampa pagrindiniu aspektu.
Deguonies poreikis didelės apimties plieno gamyboje
Plieno gamyba apima kelis procesus, kuriuose deguonis vaidina lemiamą vaidmenį.
BOF plieno gamyboje deguonis įpurškiamas į išlydytą geležį, kad oksiduotų anglį ir pašalintų nepageidaujamus elementus. Deguonies srauto greitis, grynumas ir stabilumas turi įtakos rafinavimo procesui.
Kadangi BOF operacijoms reikalingas nuolatinis deguonies tiekimas per gamybos ciklus, deguonies generavimo sistemos turi palaikyti stabilias išėjimo sąlygas.
Aukštakrosnių operacijose gali būti naudojamas deguonies sodrinimas, siekiant padidinti deguonies koncentraciją tiekiamo oro sraute. Tai gali turėti įtakos degimo sąlygoms ir krosnies veikimui.
Didelėms plieno gamykloms sodrinimo procesams paprastai reikia daug deguonies, todėl didelės galios deguonies generavimo sistemos yra svarbios.
Elektrinės lankinės krosnys naudoja elektros energiją plieno laužui lydyti. Deguonis gali būti naudojamas degimui palaikyti, anglies oksidacijai ir proceso optimizavimui.
Deguonies poreikis priklauso nuo krosnies dydžio, gamybos greičio ir veikimo metodų.
Deguonis taip pat naudojamas plieno gamybos, pjovimo ir terminio apdorojimo srityse. Palyginti su pirminiais plieno gamybos procesais, šioms reikmėms paprastai reikia mažesnio deguonies kiekio, tačiau vis tiek reikia stabilios tiekimo kokybės.
Kodėl VPSA sistemos dažnai naudojamos didelėms plieno gamykloms?
Didelėms plieno gamykloms deguonies suvartojimas yra vienas iš svarbiausių veiksnių renkantis gamybos technologiją.
VPSA sistemos dažnai naudojamos didelio masto pritaikymams, nes jų dizainas yra orientuotas į didelio kiekio deguonies gamybą. Orapūtių ir vakuuminio regeneravimo naudojimas leidžia sistemai efektyviai veikti tokiomis sąlygomis, kai deguonies poreikis išlieka didelis ilgą laiką.
Didelėse plieno gamyklose paprastai yra:
- Nuolatiniai gamybos grafikai
- Didelis deguonies suvartojimas
- Griežti tiekimo stabilumo reikalavimai
- Ilgos įrangos darbo valandos
- Sumažėjusių veiklos sąnaudų paklausa
Tokiomis sąlygomis deguonies gamybos įranga turi subalansuoti gamybos pajėgumus ir energijos suvartojimą.
Tačiau galutinis pasirinkimas tarp PSA ir VPSA turėtų būti pagrįstas faktinėmis gamyklos sąlygomis, o ne vien gamybos mastu. Taip pat reikėtų atsižvelgti į tokius veiksnius kaip elektros kaina, įrengimo vieta, deguonies poreikis ir techninės priežiūros galimybės.
PSA ir VPSA sistemų energijos suvartojimo palyginimas
Energijos suvartojimas yra svarbus aspektas gaminant pramoninį deguonį, nes plieno gamybai jau reikia daug energijos.
PSA sistemos remiasi oro kompresoriais, kad padidintų oro slėgį. Didėjant deguonies gamybos pajėgumams, didėja kompresoriaus energijos suvartojimas. Mažesnio ir vidutinio deguonies poreikio atveju ši konstrukcija gali būti praktiškas sprendimas.
VPSA sistemose vietoj aukšto slėgio kompresorių naudojami orapūtės ir vakuuminiai siurbliai. Didelėse deguonies gamybos srityse šis mažesnio slėgio veikimo metodas gali sumažinti energijos suvartojimą pagaminto deguonies vienetui.
Faktiniam energijos efektyvumui įtakos turi keli veiksniai:
| faktorius | Efektas |
|---|---|
| Deguonies išėjimas | Didesnė gamyba reikalauja didesnių vėdinimo pajėgumų |
| Deguonies grynumas | Aukštesni grynumo reikalavimai gali turėti įtakos sistemos veikimui |
| Molekulinio sieto būklė | Senstančios medžiagos gali sumažinti atskyrimo efektyvumą |
| Oro apdorojimo kokybė | Drėgmės ir alyvos užterštumas turi įtakos adsorbcijos veikimui |
| Darbo valandos | Nuolatinis veikimas padidina energijos vartojimo efektyvumo poveikį |
Todėl plieno gamintojai turėtų įvertinti deguonies generavimo sistemas remdamiesi ilgalaikėmis eksploatavimo sąlygomis, o ne tik lygindami pradines įrangos specifikacijas.
Į ką plieno gamintojai turėtų atsižvelgti prieš rinkdamiesi deguonies generatorių?
Renkantis deguonies generatorių reikia išanalizuoti tiek techninius, tiek eksploatacinius reikalavimus.
Reikalingas deguonies srautas yra pirmasis veiksnys, kurį reikia įvertinti. Gamintojai turi atsižvelgti į įprastą gamybos paklausą, didžiausią suvartojimą ir galimą plėtrą ateityje.
Skirtingiems plieno procesams reikalingos skirtingos deguonies sąlygos. Įranga turi būti sukonfigūruota pagal krosnies reikalavimus, vamzdyno konstrukciją ir proceso parametrus.
PSA ir VPSA sistemoms reikia skirtingų išdėstymų. PSA sistemoms reikia vietos kompresoriams ir oro apdorojimo įrangai, o VPSA sistemoms reikia didesnių plotų orapūtėms, vakuuminiams siurbliams ir adsorbcijos įrenginiams.
Deguonies generavimo sistemose reikia reguliariai tikrinti filtrus, vožtuvus, molekulinio sieto medžiagas ir valdymo komponentus. Tinkama priežiūra padeda palaikyti stabilią deguonies gamybą.
Šiuolaikiniai pramoniniai deguonies generatoriai paprastai apima PLC valdymo sistemas, slėgio stebėjimą, grynumo aptikimą, aliarmo funkcijas ir nuotolinio ryšio galimybes. Šios funkcijos padeda operatoriams stebėti įrangos būseną nuolatinės gamybos metu.
NEWTEK deguonies generatorių gamyba ir pramoninis pritaikymas
NEWTEKdaugiausia dėmesio skiria pramoninėms PSA deguonies generavimo sistemoms, PSA azoto generavimo sistemoms ir susijusioms oro suspaudimo ir valymo įrangai. Įmonė teikia vietoje dujų gamybos sprendimus, skirtus pramoniniams vartotojams, kuriems reikalingas nuolatinis dujų tiekimas.
Deguonies generavimo sistemos projektavimas apima daugybę techninių aspektų, įskaitant išankstinį oro apdorojimą, adsorbcijos proceso konfigūraciją, deguonies saugojimą, automatinį vožtuvų valdymą ir sistemos integravimą. NEWTEK kuria įrangos konfigūracijas pagal skirtingus taikymo reikalavimus, įskaitant deguonies srautą, grynumo lygį, slėgio sąlygas ir montavimo aplinką.
Tokiose pramonės šakose, kaip plieno gamyba, metalo apdirbimas ir kitos deguonies suvartojančios programos, bendrovė daugiausia dėmesio skiria įrangos našumui suderinti su faktinėmis eksploatavimo sąlygomis. Įrangos projektavimo procese atsižvelgiama į sistemos konfigūraciją, gamybos stabilumą ir ilgalaikio veikimo reikalavimus.
Integruodama deguonies atskyrimo technologiją su pramoninių dujų sistemos projektavimu, NEWTEK padeda klientams sukurti vietoje deguonies tiekimo sistemas, tinkamas nuolatinei gamybos aplinkai.
Išvada
PSA ir VPSA deguonies generatoriai naudoja molekulinio sieto adsorbcijos technologiją deguoniui gaminti iš oro, tačiau jie yra skirti skirtingiems pramonės reikalavimams.
PSA deguonies generatoriai dažniausiai tinka naudoti, kai reikalingas nedidelis deguonies gamybos pajėgumas, lankstus montavimas ir modulinė konfigūracija. VPSA deguonies generatoriai labiau tinka didelio masto plieno gamybai, kur deguonies poreikis yra didelis ir reikalingas nuolatinis darbas.
Plieno gamintojams, pasirenkant tinkamą deguonies generavimo technologiją, reikia įvertinti deguonies suvartojimą, gamybos procesus, energijos suvartojimą, įrengimo sąlygas ir ateities plėtros planus. Tinkamai suprojektuota deguonies generavimo sistema gali užtikrinti stabilų deguonies tiekimą vietoje ir palaikyti nuolatinį modernių plieno gamybos įrenginių veikimą.
