Как може да постигне 30% или повече намаление на потреблението на енергия от индустриален клас?

How can industrial-grade PSA oxygen generator achieve a 30% or more reduction in energy consumption?

Newtek (Hangzhou) Energy Technology Co., Ltd., е водещ производител на системи за генериране на газ на място, с акцент върху технологията на адсорбция на замах на под налягане (PSA) за индустриални и медицински приложения. С десетилетия на опит в инженерството за разделяне на газ, компанията се е утвърдила като пионер в енергийно ефективното производство на кислород, обслужвайки металургия, химическа обработка, пречистване на отпадни води и производство. Генераторите на кислород от индустриален клас на Newtek са проектирани да доставят кислород с висока чистота (93–99,5%), като същевременно дават приоритет на устойчивостта, надеждността и ефективността на разходите.

В основата на индустриалните предложения на Newtek е модулна PSA система, която използва усъвършенствани зеолит молекулярни сита, за да отдели кислорода от околния въздух. Тези генератори работят чрез циклична адсорбция-където азотът селективно е хванат от силата под налягане и десорбция-къде, хванат в капан азот, се освобождава, за да се регенерира силата. Основните характеристики на индустриалните единици на Newtek имат мащабируеми производствени мощности (от няколко кубически метра на час до стотици), стабилна конструкция за непрекъсната работа в сурови индустриални среди и интелигентни системи за управление, които оптимизират производителността в реално време.

Определящ атрибут на Newtek'sPSA кислородни генераторие акцентът им върху енергийната ефективност. Чрез иновативно инженерство, материални науки и оптимизация на процесите, оборудването на компанията постигна значително намаляване на потреблението на енергия в сравнение с конвенционалните PSA системи, привеждане в съответствие с глобалните индустриални тенденции към декарбонизация и устойчиво производство.

По-специално, усилията за научноизследователска и развойна дейност на Newtek се фокусираха върху холистичния дизайн на системата, където всеки компонент-от филтри за всмукване на въздух до тръбопроводи за доставяне на кислород-е проектиран, за да сведе до минимум загубата на енергия. Този интегриран подход гарантира, че повишаването на ефективността не се ограничава до отделните части, а съединението в целия процес на генериране на кислород, което позволява 30%+ намаляване на потреблението на енергия, което отличава нейните индустриални системи.

PSA кислороден генератор

PSA газова система

Промишлените процеси разчитат до голяма степен на кислорода, което прави PSA генераторите критична енергия потребител на енергия в производствените съоръжения. Традиционните PSA системи, макар и ефективни при производството на кислород, често са енергийно-ефективни:

Свръхкомпенсация в настройките на налягането, за да се осигури чистота, което води до излишно използване на енергия.

Фиксирани цикли на адсорбция/десорбция, които не се адаптират към колебанието на търсенето, губете енергия по време на периоди с ниска употреба.

Неефективна работа на компресора, при която компресорите работят с пълен капацитет, независимо от действителните нужди от кислород.

Тези неефективност допринасят за високите експлоатационни разходи и увеличените въглеродни отпечатъци, което подтиква индустриите да търсят решения, които намаляват потреблението на енергия, без да се компрометира изхода или чистотата на кислорода.

В епоха, в която индустриалната устойчивост е обвързана с регулаторното спазване и конкурентоспособността на пазара, енергийната ефективност в производството на кислород се превърна в стратегически приоритет. За енергийните индустрии дори пределните намаления на използването на енергия, свързано с кислород, могат да се превърнат в значителни икономии на разходи и подобрени данни за околната среда.

Три основни компонента задвижват използването на енергия в традиционните индустриалниPSA кислородни генератори:

Въздушни компресори: Сгъстяващият околен въздух към високото налягане, необходим за адсорбция (обикновено 6–8 бара), представлява 60–70% от общата консумация на енергия на системата. Конвенционалните компресори често работят с постоянна скорост, консумирайки пълна мощност, дори когато търсенето на кислород е ниско.

Задействане на клапана: Честото колоездене на клапаните за превключване между фазите на адсорбция и десорбция изисква значителна енергия, особено в системи с остарели дизайни на клапаните, които изтичат или работят неефективно.

Процеси на регенерация: Десорбирането на азот от сита често включва газ на прочистване на прочистване или вакуум, които добавят към използването на енергия в традиционните системи.

Разглеждането на тези области е от решаващо значение за постигането на значителни икономии на енергия в индустриалното PSA оборудване. Спомагателните системи подготвят околния въздух за процеса на PSA, могат да допринесат за енергийните отпадъци в конвенционалните настройки.

Индустриалните PSA генератори на Newtek интегрират компресорите с променлива скорост (VSD), ключова иновация за намаляване на потреблението на енергия. За разлика от компресорите с фиксирана скорост, VSD единиците регулират скоростта си на въртене в реално време, за да съответстват на търсенето на кислород:

По време на пиковото производство компресорът се увеличава до пълния капацитет за постигане на високи дебити.

По време на затишие (когато производствената линия паузи), компресорът се забавя, като консумира само енергията, необходима за поддържане на изхода на базовия кислород.

Тази адаптивност елиминира енергийните отпадъци, свързани с работа с постоянна скорост. В индустриите с колебателни нужди от кислород само VSD компресорите могат да намалят използването на енергия с 15–20%, значителна част от общата 30% цел.

VSD компресорите на Newtek разполагат с модерни дизайни на двигатели, които преобразуват електрическата енергия в механична енергия с по -висока ефективност от традиционните индукционни двигатели. Това допълнително намалява загубата на енергия по време на компресията, особено при частични натоварвания, където конвенционалните двигатели често са по -ниски.

Ефективността на PSA системите зависи до голяма степен от работата на молекулярните сита и дизайна на адсорбционни/десорбционни цикли. Newtek разработи две допълнителни иновации в тази област:

Зеолити с голям капацитет: Собствените зеолитни формулировки на Newtek имат по -висок афинитет към азота, което позволява по -ефективна адсорбция. Това означава, че системата може да постигне същата чистота на кислорода с по -ниско работно налягане (4–6 бара вместо 6–8 бара), намалявайки енергията, необходима за компресия. Тези зеолити имат по-бърза скорост на адсорбция, скъсявайки времето на цикъла и намаляват продължителността на енергийно-интензивните фази на компресия.

Адаптивен контрол на цикъла: Традиционните PSA системи използват фиксиран цикъл (60 секунди на адсорбция/цикъл на десорбция). Интелигентните алгоритми за контрол на Newtek регулират дължината на цикъла въз основа на факторите в реално време: нивата на насищане на сито, качеството на атмосферния въздух и търсенето на кислород. По време на ниското търсене циклите се удължават, за да се намали честотата на задействането на клапана, като се намали потреблението на енергия за операции на клапана с до 25%. По време на високото търсене циклите се съкращават, за да се поддържа продукцията без свръхпредпазване.

Заедно тези напредъци намаляват енергийната интензивност на адсорбционния процес с 10–15%.

Регенериращите молекулярни сита (десорбция) обикновено са енергийно интензивни, тъй като изисква освобождаване на хванат азот. Системите на Newtek включват механизми за възстановяване на енергия, за да смекчат това:

Прочистване, подобрено на налягане: Вместо да използва външна енергия за прочистване на азот, системата пренасочва малка част от кислорода с високо налягане от фазата на адсорбция, за да подпомогне десорбцията. Това намалява необходимостта от вакуумни помпи или допълнително компресия, спестявайки енергия.

Възстановяване на топлина: Компресорите генерират значителна отпадъчна топлина. Системите на Newtek улавят тази топлина и я използват за затопляне на газта на прочистването, повишавайки ефективността на десорбцията и намаляване на енергията, необходима за регенериране на силата. Възстановената топлина се използва за предварително загряване на входящия околен въздух, намаляване на работното натоварване върху въздушните сушилни и подобряване на общата ефективност на системата.

Тези иновации намаляват използването на енергия във фазата на десорбция с 20–30%, допринасяйки значително за общите спестявания

Дори малки изтичания на въздух в PSA системите принуждават компресорите да работят по -усилено за поддържане на налягането, губеща енергия. Newtek адресира това чрез:

Клапани с висока укрепване: Прецизно инженерни клапани с уплътнения с плътно запечатване и минимален клирънс намаляват изтичането по време на колоезденето. Тези клапани изискват по -малко енергия, за да задействат и поддържат налягането по -ефективно. Клапите са проектирани да работят с по -ниско налягане, като допълнително намаляват използването на енергия по време на превключване.

Аеродинамични тръби: Гладките, оптимизирани оформления на тръбопроводи минимизират спада на налягането в прием на въздух и линии за доставяне на кислород. Намалената турбулентност означава, че компресорите изразходват по -малко енергия за прокарване на въздуха през системата. Лактите и кръстовищата се закръглят, за да се предотврати прекъсването на потока, а диаметри на тръбите са с размер точно, за да се избегне свръхкапацитет, което може да причини ненужни загуби на триене.

Чрез минимизиране на течовете и загубите на налягане, тези дизайнерски ощипвания намаляват консумацията на енергия с допълнителни 5–10%.

Въздушните сушилни и филтрите се използват за отстраняване на влагата и замърсители от околния въздух, преди да влезе в PSA единицата, често се пренебрегват източници на енергийни отпадъци в конвенционалните системи. Newtek реинженерира тези компоненти, за да работи в тандем с основната PSA система:

Изсушаване на въздуха, основано на търсене: Традиционните въздушни сушилни работят непрекъснато, дори когато търсенето на кислород е ниско. Сушилните на Newtek регулират работата си въз основа на въздушния поток в реално време, намалявайки използването на енергия по време на затишие.

Филтри за капка с ниско налягане: Филтрите с висока ефективност с минимален спад на налягането намаляват натоварването на компресорите, като гарантират, че по-малко енергия се изразходва за натискане на въздух през етапи на пречистване.

Тези оптимизации допринасят за допълнително 3–5% намаление на общата консумация на енергия.

Индустриалните PSA генератори на Newtek са оборудвани с управлявани от AI платформи за управление, които действат като "мозък" на системата, като координират всички компоненти, за да се сведе до минимум използването на енергия. Тези системи:

Наблюдавайте търсенето на кислород в реално време от свързани индустриални процеси (стоманена пещ или резервоар за аерация на отпадни води) и съответно коригирайте производството.

Прогнозирайте колебанията на търсенето въз основа на исторически данни (пикови часове в производствена инсталация) и превантивно регулирайте скоростта на компресора и времето на цикъла.

Открийте неефективността (запушен въздушен филтър или износен клапан) и оператори на предупреждение, предотвратявайки влошените производителност на енергийните отпадъци.

Системата за управление оптимизира взаимодействието между компонентите, забавя леко компресора по време на превключване на клапана, за да намали шиповете на налягането или регулиране на времето на десорбция въз основа на температурата на околната среда, което влияе върху работата на ситото. Тази цялостна координация гарантира, че никой компонент не работи изолирано, увеличавайки общата ефективност.

Промишлените съоръжения често изискват различни обеми на кислород, тъй като производственият мащаб нагоре или надолу. Модулните PSA системи на Newtek позволяват „десен оразмеряване“ на генериране на кислород:

Множество по -малки генератори могат да работят паралелно, като само толкова единици са активни, колкото е необходимо, за да отговорят на настоящото търсене. Съоръжение, използващо 50% от максималния си капацитет на кислород, може да изключи половината от модулите си, като намалява пропорционално използването на енергия.

Модулите могат да бъдат добавени или премахнати, без да нарушават операциите, като се гарантира, че системата никога не консумира повече енергия, отколкото се изисква за текущото производствено натоварване.

Тази мащабируемост избягва „наказанието за свръхкапацитет“ на традиционните мащабни PSA системи, които губят енергия, като работят при частично натоварване. В големи индустриални комплекси модулите могат да бъдат разпределени географски близо до точките на употреба на кислород, намалявайки загубата на енергия в тръбопроводи на дълги разстояния.

При производството на стомана кислородът се използва за рязане, заваряване и обогатяно с кислород горене за повишаване на температурите на пещта. Стоманена инсталация със среден размер, използваща PSA системата на Newtek, отчита 32% намаление на консумацията на енергия в сравнение с предишната му конвенционална PSA единица. Контролите с променлива скорост и контролите на адаптивния цикъл се оказаха особено ефективни, като се приспособяват към колебанията на кислорода на растението по време на партидна обработка. По време на през нощта затихвания в производството системата намалява продукцията със 70%, като намалява енергията, използвайки значително, без да се компрометира готовността за сутрешни смени.

Химическият синтез често изисква прецизни концентрации на кислород за реакции на окисляване. Фармацевтично растение, използващо модулната PSA система на Newtek, постигна 35% намаляване на енергията чрез работа на мащабирането на модула, за да съответства на производствените партиди. Възстановяването на топлината от компресорите намалява разчитането на растението от външни отоплителни системи, създавайки допълнителни икономии на енергия. Способността на системата да регулира чистотата на кислорода в реално време от 93% до 99,5%-елиминира необходимостта от енергийно-интензивни стъпки след пречистване, като допълнително намалява потреблението.

Аерацията е критична стъпка при пречистването на отпадъчните води, изискваща големи обеми кислород за поддържане на аеробни бактерии. Съоръжение за общински отпадни води с помощта на Newtek'sPSA кислородни генераториС възстановяването на енергия във фазите на десорбция намаляват използването на енергия, свързана с аерацията с 31%. Адаптивната система за управление коригира изхода на кислорода въз основа на показателите за качество на водата в реално време, като се избягва прекомерната доставка през периоди с ниско замърсяване. Модулният дизайн позволи на съоръжението да добавя единици постепенно, тъй като капацитетът на лечение се разширява, като гарантира, че използването на енергия пропорционално с търсенето.

В опаковката и опазването на храните кислородът се използва за създаване на модифицирани атмосфери. Голяма инсталация за преработка на храни прилага PSA системата на Newtek и отбеляза 28% намаляване на използването на енергия в сравнение с предишното му снабдяване на базата на цилиндър. Способността на системата да генерира кислород при поискване елиминира енергийния транспорт и съхранение, свързани с цилиндри, докато компресорите с променлива скорост съответстват на изхода с производствения график на базата на смяна на растението.

30% намаление на потреблението на енергия директно се превръща в по-ниски емисии на парникови газове, като се предполага, че използваното електричество е на решетка. За енергийните индустрии това намаление се привежда в съответствие с целите на глобалната декарбонизация, помагайки на съоръженията да постигнат целите на въглеродния неутралитет и да спазват разпоредбите за емисиите. В регионите, разчитащи на изкопаеми горива за електричество, въздействието е особено важно, докато в райони с високо проникване на възобновяема енергия, въглеродният отпечатък на генерирането на кислород е допълнително сведен до минимум.

Енергията обикновено представлява 40–60% от общите оперативни разходи на индустриалните PSA системи. 30% намаление на използването на енергия се превръща в значителни спестявания, като периодите на изплащане често в рамките на 2–3 години. За съоръжения с високо търсене на кислород тези спестявания могат да се сблъскат с стотици хиляди долари годишно, освобождавайки ресурси за други инициативи за устойчивост или оперативни подобрения.

Много региони прилагат по -строги стандарти за енергийна ефективност на индустриалното оборудване (Директивата за екодизайн на ЕС или Китайското законодателство за опазване на енергията). Нискоенергийните PSA системи на Newtek помагат на тези разпоредби, като избягват наказанията и засилват допустимостта за стимули за зелена енергия. В някои случаи системите отговарят на условията за данъчни облекчения или безвъзмездни средства, насочени към насърчаване на устойчивостта на индустрията.